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Verfahren zur Herstellung von Fahrwegträgern - Dokument DE10336004B3
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10336004B3 24.03.2005
Titel Verfahren zur Herstellung von Fahrwegträgern
Anmelder Gebr. von der Wettern GmbH, 50679 Köln, DE
Erfinder Grossert, Eberhard, Prof.Dr.-Ing., 38114 Braunschweig, DE;
Marks, Thomas, 57223 Kreuztal, DE;
Rickhoff, Wolfgang, 38116 Braunschweig, DE
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Anmeldedatum 01.08.2003
DE-Aktenzeichen 10336004
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.03.2005
IPC-Hauptklasse E01B 25/32
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fahrwegträgern, insbesondere für eine Magnetschwebebahn, mit wenigstens einem Träger (1) aus Stahl- oder Spannbeton, wenigstens einem Funktionsbauteil (2) mit einer Gleitleiste, einer Seitenführschiene und Anschlusskörpern sowie einem Statorpakete und eine Motorwicklung aufweisenden Ausrüstungsteil (3), wobei die Funktionsbauteile als vorgefertigte Stahlbetonverbundbauteile unlösbar an den Träger anbetoniert sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fahrwegträgern entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Fahrwegträger für Magnetschwebebahnen sind in Form von Stahlkonstruktionen (z. B. DE 199 46 105 A1) oder Stahl-/Spannbetonkonstruktion (z. B. DE 39 24 486 C1) oder als hybride Mischform (z. B. DE 41 15 936 A1) bekannt.

Bekannte Fahrwegträger bestehen im wesentlichen aus einem Brückenträger in Form eines Plattenbalkens oder Hohlkastens mit Kragarmen und Funktionselementen zum Tragen, Führen und Absetzen der Magnetschwebebahn, die an der Kragplatte oder am Balken befestigt sind.

Fahrwegträger sind über diskrete Stützstellen oder flächig auf Unterbauten aufgelagert.

Bekannt ist, dass die Funktion des Brückenträgers am effektivsten und wirtschaftlichsten durch eine Spann-/Stahlbetonkonstruktion erfüllt wird. In der Regel wird der Brückenträger auch bei im Grundriss gekrümmter Fahrweggradiente gerade ausgebildet. Die notwendige Bogenabrückung wird über variable Kragarmlängen der Kragplatte ausgeglichen, so dass die Trägeraußenkanten quasi parallel zur Raumkurve verlaufen. Erforderliche Querneigungen von 0° bis 12° mit zugehörigen Horizontalradien werden bei geradem Plattenbalken durch variable Kragarmlängen realisiert.

Im Bereich der Trag-/Führfunktionen einer Magnetschwebebahn werden Stahlkonstruktionen als Funktionselemente zur Erzielung der geforderten Maßhaltigkeiten eingesetzt. Sie unterscheiden sich in der Ausbildung der Funktionselemente und deren Anordnung am Brückenträger. Zum Teil werden einzelne Funktionselemente zu Funktionsbauteilen bzw. -modulen verbunden. Funktionselemente oder Funktionsbauteile bei einigen bekannten Fahrwegträgern sind lös- und auswechselbar am Brückenträger befestigt.

Schäden an den Stahlbauteilen bekannter Träger führen alternativ zur Sanierung vor Ort, zum Austausch des betroffenen Funktionsmoduls oder -elements oder zum Austausch des gesamten Trägers. Maßgebend für die Wahl der Instandsetzungsmethode ist in der Regel die benötigte Dauer der Unterbrechung des Schwebebahnbetriebs.

Die Ausrüstung für den Fahrbetrieb der Magnetschwebebahn, im wesentlichen Statorpakete und Motorwicklung, ist in sehr engen Toleranzgrenzen an die Lage der Funktionselemente gebunden. Statorpakete sind in der Regel mit austauschbarer Verschraubung am Träger befestigt. Bei Versagen der Verschraubung zwischen dem Statorpaket und dem Anschlusskörper zum Fahrwegträger antwortet das System mit einer detektierbaren Verschiebung von ca. 2 mm, die für den Fahrbetrieb als ungefährlich angesehen wird.

Alle der Witterung ausgesetzten Stahlteile der meisten bekannten Fahrwegträger müssen dauerhaft konserviert und grundsätzlich wartungsfrei sein. In definierten Zeitintervallen sind Inspektionen vorgesehen, um den Zustand des Tragsystems zu überprüfen. Je größer die Stahloberfläche ist und je unzugänglicher und verwinkelter Einzelflächen angeordnet sind, desto größer ist der Instandhaltungs- oder Instandsetzungsaufwand.

Bauteile, die sich einer automatisierten Inspektion entziehen, müssen entsprechend ihrer Ausfallwahrscheinlichkeit überdimensioniert sein. Dies betrifft insbesondere alle Arten von Befestigungen bei bekannten Fahrwegträgern.

Die Kosten für den Fahrweg stehen in direktem Zusammenhang mit der Aufrechterhaltung eines ungestörten Fahrbetriebs. Jede "Streckenbaustelle" für die Instandhaltung oder Instandsetzung des Fahrweges stellt eine Stör- und potentielle Gefahrenstelle dar. Entscheidend für die Wahl der Instandsetzungsmaßnahme ist meistens die Instandsetzungsdauer vor Ort. Ein bekannter Austausch von einzelnen Funktionsbauteilen oder -elementen hat Vorteile bei der Größe der eingesetzten Gerätschaften und der Logistik der vorzuhaltenden Ersatzteile. Schwerer wiegende Nachteile liegen aber insbesondere in der ganzzahligen Vervielfachung des Aufwandes mit der Zahl auszutauschender Module, der beschränkten Arbeitsfreiheit durch die Motorwicklung und im Beschädigungsrisiko von angrenzenden Ausrüstungsteilen. Ein Ausführungsrisiko liegt auch in der Vielfältigkeit der auszuführenden Instandsetzungsroutinen.

Bezüglich der Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit eines Fahrwegträgers in der Summe seiner Bauteile ist kaum davon auszugehen, dass einzelne Funktionselemente ausfallen. Wenn einzelne Bauteile alterungsbedingt versagen, sind alle Bauteile eines Trägers ebenso versagensgefährdet. Im Havariefall oder durch höhere Gewalt werden wahrscheinlich mehrere benachbarte Module beschädigt. In vielen Fällen wird voraussichtlich eine Entscheidung für einen kompletten Trägeraustausch fallen müssen.

Fahrwege, bei denen ein kompletter Trägeraustausch erfolgen muss, sind aus der DE 101 38 623 A1, DE 198 29 903 A1 und DE 41 15 935 C2, 16 bekannt.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt zusammenfassend die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren anzugeben, um den Instandhaltungs- und Instandsetzungsaufwand zu minimieren, Instandsetzungsroutinen zu vereinfachen, erforderliche Überbemessungen zu reduzieren sowie die Herstellungs- und Unterhaltungskosten der Fahrwege für Magnetschwebebahnen zu senken.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Gegenüber einem Teil der bekannten Konstruktionen ist der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Träger konsequent auf Robustheit ausgelegt. Die tragenden Stahlbauteile sind vor der Witterung geschützt und zusätzlich schwingungsgedämpft im Funktionsbauteil eingebettet. Lediglich die Funktionsflächen der Gleitleiste und der Seitenführungsschiene sind äußeren Einflüssen ausgesetzt. Wegen ihrer Ebenheit sind sie jedoch leicht zu inspizieren und instand zu halten.

Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommende zusammenhänge Konstruktionsteil ist als statisch überbestimmtes Tragwerk selbsttragend und schon allein aus herstellungstechnischen Gründen überdimensioniert. Die Seitenführungsschiene ist mittelbar oder unmittelbar mit der Gleitleiste fest verbunden. Die Gleitleiste ist zusätzlich über die Anschlusskörper durch Verbund in der Betonkonstruktion des Stahlbetonfertigteils verankert. Der Ausfall von Schweißnähten – auch über größere Bereiche – führt unter dynamischer Last im schlimmsten Fall zu detektierbaren, aber für den Fahrbetrieb unbedenklichen Verformungen.

Falls aufgetretene Schäden für die Restlebenszeit des Trägers als unzulässig diagnostiziert werden, wird der gesamte Träger vorteilhaft komplett ausgetauscht.

Das Grundkonzept des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Trägers geht von der bekannten polygonalen Anordnung der Hauptträgerquerschnitts von Stützort zu Stützort der Unterbauten aus. Die kreisbogenförmige oder sinusförmige Anordnung der Funktionsmodule im Kurvenradius RH wird vorteilhaft durch die polygonale Anordnung angenähert. Während der Herstellung des Fahrwegträgers kann die Betonoberfläche unter Nutzung der Gleitebenen als Schablone abgezogen werden. Dadurch entsteht eine bestmögliche Anpassung an den räumlichen Flächenverlauf.

Die Oberseite des Trägers ist insbesondere im Übergangsbereich zwischen dem Funktionsbauteil und dem Tragbalken vorzugsweise längsspaltfrei. Damit ist eine erhebliche Reduzierung der Schallemissionen verbunden.

Die Kraftübertragung zwischen den Funktionsbauteilen und dem Betonträger erfolgt über Beton und Betonstahl. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass die hohen dynamischen Einwirkungslasten im Kragarmbereich nicht wie bekannt lokal über einzelne Konsolen oder Befestigungselemente abgetragen, sondern die auftretenden Beanspruchungen über die gesamte Funktionsbauteillänge kontinuierlich in den Hauptträgerquerschnitt eingeleitet werden.

Die als Befestigungspunkte für die Statorpakete dienenden Anschlusskörper sind sowohl an der Gleitleiste befestigt als auch in den Beton des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildeten Funktionsbauteils eingegossen und damit integraler Bestandteil des Funktionsbauteils. Die gesamte Konstruktion des Funktionsbauteils ist dadurch redundant gegen Versagen einzelner Funktionselemente aufgebaut.

Das statisch konstruktive Konzept des Trägers lässt verschiedene Entwässerungskonzepte zu.

Die Funktionsbauteile sind am Träger zuverlässig gegen ungewolltes oder gewaltsames Lösen befestigt.

Die Konstruktion des Fahrwegträgers ist auf schnellen und problemlosen, kompletten Trägeraustausch ausgelegt. Der Austausch von ganzen Fahrwegträgern vermeidet Streckenbaustellen. Ein weiterer großer Vorteil liegt in der hohen Ausführungssicherheit der Maßnahme, da diese aus der Herstellung des Fahrweges bereits bekannt und geübt ist.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Träger ist konsequent auf Minimierung des Konservierungsaufwandes ausgelegt. Bezüglich der Funktionssicherung existieren praktisch keine Bereiche, die für Korrosionsschutzsicherung unzugänglich und der Bewitterung ausgesetzt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Fahrwegträgers ist vorteilhaft auf kostengünstige Serienproduktion abgestimmt. Dies wirkt sich vorteilhaft bei der Festlegung und Optimierung von stets wiederkehrenden Arbeitsschritten aus. Es bietet sich somit eine weitgehende Automatisierung der Produktion an.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens ist, dass die damit hergestellten Fahrwegträger wenigstens teilweise in kleinen oder mittelständischen Fertigungsbetrieben hergestellt werden können, was erfahrungsgemäß zu einer wirtschaftlichen Herstellung und Bereitstellung von Fahrwegträgern führt.

Die Träger können vollständig ausgerüstet im Herstellungswerk verladen werden. Wegen der handlichen Packmaße der Träger ist der problemlose Einsatz von Standardgeräten (Tieflader, Krane) selbst unter beengten Verhältnissen (Wohn-, Altstadtgebiete) möglich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausgestaltungen oder Ausführungsmöglichkeiten eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fahrwegträgers sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend erläutert.

Es zeigen:

1 einen als Einfeldträger ausgebildeten Fahrwegträger (1) in räumlicher Ansicht,

2 eine Querschnittsdarstellung des zu 1 gleichen Fahrwegträgers (1),

3 ein Funktionsbauteil (2) in einer räumlichen Ansicht, wobei durch gestrichelte Linien eine ebenso mögliche Verlängerung des Bauteils angedeutet ist,

4 den inneren Konstruktionsaufbau eines Funktionsbauteils (2) in einer für die Fertigteilherstellung des Funktionsbauteils vorteilhaften Orientierung in zweidimensionaler Ansicht.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellendes Funktionsbauteil (2) wird in Stahlbetonverbundbauweise vorgefertigt.

Bis zu einem Kurvenradius RH > 2000 m des Fahrweges wird vorteilhaft mit ca. 3 m langen Funktionsbauteilen das erforderliche polygonale Stichmaß des Fahrwegträgers eingehalten.

Die Funktionselemente Gleitleiste (21), Seitenführschiene (22) und Anschlusskörper (23) sind zu einem selbsttragenden Konstruktionsteil miteinander verbunden. Anschlusskörper (23) für ein Ausrüstungsteil (3), an dem Statorpakete und Motorwicklungen angeordnet werden können, sind entweder aus Stahl oder Stahlguss an die Gleitleiste dauerfest angeschweißt. Die Anschlusskörper (23) weisen eine für Betonverbund vorteilhafte Form auf. Zur konstruktiven Ausgestaltung können weitere Konstruktionselemente, z. B. Aussteifungs- oder Verbindungsbleche (26) oder Kopfbolzen (27), in der Stahlkonstruktion angeordnet sein. Konstruktionsbleche (26) können vorteilhaft mit Löchern zur Durchführung von Bewehrungsstäben versehen sein.

Für Horizontalradien 1000 m ≤ RH ≤ 2000 m kann entweder die Seitenführschiene mit Überdicke hergestellt und anschließend bearbeitet oder auf eine Länge von ca. 2 m verkürzt hergestellt werden. Für Radien RH kleiner ca. 1000 m ist die Seitenführschiene zu bearbeiten.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das selbsttragende Konstruktionsteil teilweise oder komplett als Gussteil aus ferromagnetischem Material gefertigt.

Durch Nachbearbeitung des selbsttragenden Konstruktionsteils, insbesondere Abspanen der Gleitleiste (21), Seitenführschiene (22) und der Anschlusskörper (23), kann das Konstruktionsteil für die Maß- und Formanforderungen an seine spätere Position im Fahrwegträger (1) vorbereitet werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Konstruktionsteils werden nur die nicht von Beton geschützten Flächen der Stahlkonstruktion in bekannter Weise konserviert oder gegen Korrosion geschützt. Zur späteren Abdichtung zwischen der Gleitleiste (21) und der späteren Betonoberfläche des Trägers (1) können vorteilhaft Dichtstreifen aus Polysulfid oder auf PUR-Basis angeordnet werden.

Nach Anordnung von Betonstahl als Bewehrung (25) oder als Anschlusseisen (25) wird das Konstruktionsteil mit Beton (24) zu einem Betonfertigteil vergossen. Letzteres stellt das Funktionsbauteil (2) dar. Wie das Ausführungsbeispiel in 4 zeigt, wird das Konstruktionsteil auf der Seitenführschiene (22) gelagert und die nicht gezeigten Seiten sowie die Stirnseite und die der Gleitleiste (21) gegenüber liegende Seite mit einer Schalhilfe (42) geschlossen.

Durch Anordnung von Konturschalelementen (41) wird die spätere Trägeranschlussseite mit einer Kontur für Schubübertragung versehen, wobei die Verzahnungstiefe vorteilhaft an den Größtkorndurchmesser des Betonzuschlags angepasst wird. Gegebenenfalls ist ein lokaler Einsatz von Fasern im Beton vorteilhaft.

Andere Verfahren zur Herstellung des Funktionsbauteils (2) sind ebenso möglich. Ein fertiggestelltes Funktionsbauteil (2) ist in 3 dargestellt.

Das Betonieren des Fahrwegträgers (1) erfolgt vorteilhaft in der bekannten Spannbetonbauweise mit sofortigem Verbund in einem Spannbett. Durch den sofortigen Verbund des Spanngliedes mit dem Beton (direktes Einbetonieren des gespannten Stahls) ist die Gefahr von Spannstahlbrüchen gegenüber Verfahren mit nachträglichem Verbund erheblich reduziert.

Die Funktionsbauteile (2) werden maßhaltig in oder an der Schalkonstruktion des Trägers (1) oder unabhängig von der Schalkonstruktion des Trägers (1), aber in deren Nähe angeordnet und bezüglich ihrer späteren Position und Lage im Träger (1) unter Berücksichtigung von Kriechen und Schwinden des Trägerbetons in exakter Raumkurvenlage ausgerichtet. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt dies mit Computer gesteuerten Maschinen.

Bezüglich der Systemtechnik und der Instandhaltung ist eine ebene, glatte und längsspaltlose Trägeroberfläche vorteilhaft. Alternativ kann eine Wasser leitende Konturierung mit einem Entwässerungssystem vorteilhaft sein.

Nach Vervollständigung der Schalkonstruktion des Trägers (1), insbesondere an Versatzstellen zwischen dem Funktionsbauteil (2) und den Trägerkragarmen, wird der Träger (1) betoniert und dadurch die Funktionsbauteile (2) an den Träger (1) unlösbar anbetoniert.

Der Träger (1) wird in einer Ausrüstmaschine vermessen. Nach Auswertung der Ergebnisse können vorteilhaft die Anschlusskörper (23) für die Befestigung der Statorpakete mechanisch bearbeitet werden.

Die Ausrüstungsteile (3) können bereits im Herstellungswerk des Trägers (1) montiert werden. Alternativ können zunächst die Statorpakete an den Anschlusskörper (23) montiert und die Motorwicklung an anderer Stelle oder zu anderem Zeitpunkt an den Statorpaketen angeordnet werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Fahrwegträger und daraus zusammengesetzte Fahrwege für Magnetschwebebahnen sind in der Herstellung und Instandhaltung zuverlässiger und kostengünstiger als einige bekannte Fahrwegträger und deren Herstellungsverfahren.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung von Fahrwegträgern für eine Magnetschwebebahn mit wenigstens einem in einer Schalkonstruktion betonierten Träger (1) aus Stahl- oder Spannbeton, wenigstens einem Funktionsbauteil (2) mit einer Gleitleiste, einer Seitenführschiene und Anschlusskörpern, an denen ein Statorpakete und eine Motorwicklung aufweisendes Ausrüstungsteil (3) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass

    a) in einem ersten Verfahrensschritt die Gleitleiste (21), die Seitenführschiene (22) und die Anschlusskörper (23) zu einem zusammenhängenden Konstruktionsteil angeordnet und miteinander verbunden werden,

    b) in einem zweiten Verfahrensschritt in vorgenanntem Konstruktionsteil eine Anschlussbewehrung (25) angeordnet und dann das Konstruktionsteil und die Anschlussbewehrung (25) durch Betonieren (24) zu einem festen monolithischen, das Funktionsbauteil (2) bildenden Betonfertigteil verbunden wird,

    c) in einem dritten Verfahrensschritt das Funktionsbauteil (2) in seiner vorbestimmten Lage relativ zur Längsachse des Trägers (1) angeordnet und in seiner Raumkurvenlage maßgenau ausgerichtet wird,

    d) in einem vierten Verfahrensschritt der Träger (1) betoniert wird, wobei das Funktionsbauteil (2) fest und unlösbar mit dem Träger (1) verbunden wird und

    e) in einem fünften Verfahrensschritt das Ausrüstungsteil (3) am Funktionsbauteil (2) angeordnet und befestigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusammenhängende Konstruktionsteil teilweise oder komplett als Gussteil aus ferromagnetischem Material gefertigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsbauteile (2) in Trägerlängsrichtung in diskreten Abschnittslängen oder ungefähr ganzzahligen Vielfachen davon gefertigt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitleiste (21), Seitenführschiene (22) und Anschlusskörper (23) zwischen dem ersten und zweiten oder zwischen dem vierten und fünften Verfahrensschritt mechanisch bearbeitet werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) in Spannbetonbauweise mit sofortigem Verbund hergestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsbauteile (2) automatisch Computer gesteuert relativ zum Träger (1) ausgerichtet und lagegesichert gehalten werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche zwischen dem Funktionsbauteil (2) und dem Träger (1) für eine Querkraftübertragung konturiert ausgebildet wird, wobei die Kontur an den Größtkorndurchmesser des Betonzuschlags für den Beton des Funktionsbauteils oder des Trägers angepasst wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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