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Entstehung und Entwicklung des Y-Stahlschwellenoberbaus 

(nach einem Vortrag von Prof. Dr.-Ing. Karl Endmann vom 28.02.2006)

Einführung

Bei den Eisenbahnen ist der Querschwellenoberbau die am häufigsten anzutreffende Oberbauform. Er stellt heute die Standardausführung im Gleisbau dar.

Als Baustoff werden für die Schwellen Holz-, Beton- und Stahl verwendet. Holzschwellen sind in der Anschaffung teuer und müssen umständlich recycelt werden. Sie kommen künftig immer seltener vor.

Bei den europäischen Eisenbahnen werden in den meisten Fällen Spannbetonschwellen eingebaut. Im Laufe der Zeit sind immer größere, längere und schwerere Einzelschwellen entwickelt worden. Stahlbeton ist der Baustoff für Zweiblockschwellen, Doppelschwellen, Rahmenschwellen bis hin zu den verschiedenartigen Festen Fahrbahnen. Neben den Betonschwellen werden in wenigen Fällen neue oder aufgearbeitete Stahltrogschwellen im Gleisbau verwendet. Die Stahltrogschwellen müssen auf ganzer Länge sorgfältig gestopft werden, um den "Trog" vollständig auszufüllen. Diese Schwellen können hohe Schallemissionen erzeugen.

Vorzüge Stahl

Stahl hat als Baustoff für Gleisschwellen zahlreiche Vorteile. An erster Stelle sind die Formbarkeit des Baustoffes und die Möglichkeit des Fügens mittels Schweißverbindungen zu nennen. Die Nutzungsdauer beträgt im Oberbau je nach Materialstärke und Abrostung rund 70 Jahre.

Leitgedanke "reines" Fachwerk

Unter Berücksichtigung der vielen Vorzüge von Stahlschwellen sind Überlegungen über eine Fachwerkkonstruktion für den Gleisbau angestellt worden, indem Stahlschwellen als Streben zwischen die Fahrschienen eingezogen werden. Die Schienen sitzen dabei auf den Knotenblechen auf und bilden den Ober- und Untergurt des Fachwerkträgers. Zur Realisierung eines solchen Gleises ist es nicht gekommen, denn der Gleisrahmen erwies sich als zu steif und in Gleiskrümmungen nicht ausführbar.

Leitgedanke "aufgelöstes" Fachwerk

Der Gedanke eines solchen Fachwerks wurde nach dem letzten Weltkrieg wieder aufgegriffen und führte zur Entwicklung eines sozusagen "aufgelösten" Fachwerks mit Y-Stahlschwellen.

Entwicklung 1983

Es wurde zunächst nach einem geeigneten Trägerprofil für die neue Stahlschwelle gesucht. Da im Standartprogramm der Lieferanten kein passendes Profil vorhanden war, wurde ein Träger entwickelt. Der Peinerträger IB 100 S, dieser Träger erfüllt die Anforderungen zur Herstellung von Y-Stahlschwellen. Nach der Wahl des Trägerprofils musste die "Y" Formgebung vorgenommen werden.

Entwicklung 1984

Mit einer geeigneten Schienenauflagerung und -befestigung entstand 1984 das erste Y-Stahlschwellengleis im Stahlwerk Peine-Salzgitter. Dort wurden auch erste Belastungsversuche der Y-Stahlschwellen im Schotterbett und auf Fester Fahrbahn unter Begleitung durch das BZA München durchgeführt. Sie wurden ergänzt durch Entgleisungs- und Reparaturversuche. Neben den Beobachtungen vor Ort wurden Untersuchungen von Prof. Dr.-Ing. Führer in der Prüfanstalt der Hochschule für Verkehrswesen (HfV) Dresden durchgeführt und Gutachten von Prof. Dr.-Ing. Eisenmann an der TU München erarbeitet.

Erste Einsätze

In den Folgejahren liefen die Produktion von Y-Stahlschwellen und ihr Einsatz im Eisenbahnoberbau allmählich an.

Zu den ersten Einbaustellen gehören:

1987

• Strecken- und Bahnhofsgleise der Ost-Hannoverschen- Eisenbahnen (OHE)

• Ausrüstung eines Streckengleises der Ost-West-S-Bahn S 8 der DB mit verzinkten Y-Stahlschwellen auf Asphalttragschichten im Linderhauser Tunnel

1989

• Weichen mit Y-Stahlschwellen im Hbf Zürich

• Weichen im Bereich der damaligen Deutschen Reichsbahn

• 3.000m Y-Stahlschwellenoberbau bei der AKN Eisenbahn AG

Weiche mit Y-Stahlschwellen

Weitere Einsätze

Als weitere Einsatzstellen bei der DB und auf Privatbahnstrecken wären zu nennen

1990

• 1657m Gleis als BMFT- Forschungsprojekt auf Fester Fahrbahn mit Asphalttragschichten der Ausbaustrecke für 200km/h Düsseldorf - Köln bei Langenfeld (Rhld.)

1991

• 2100m Gleis im Schotterbett für den schweren Güterverkehr bei Wülfrath (Rhld.)

• Wiederherstellung der Schmalspurgleise auf dem Brocken mit Y-Stahlschwellen

• 2492m Gleis im Netz der Bentheimer Eisenbahn AG

• Y-Stahlschwellen im Netz der Furka Oberalpbahn und der Rhätischen Bahn in der Schweiz

In den folgenden Jahren wurde die Y-Stahlschwelle immer häufiger auf den Strecken der DB AG und auf zahlreichen Privatbahnstrecken im Inland und Ausland eingesetzt. Als besonderes Ereignis ist der Lückenschluss am Hbf Kaliningrad (früher Königsberg) zu erwähnen, wo Y-Stahlschwellen für Normal-, Breit- und Doppelspur eingebaut wurden. Heute sind Y-Stahlschwellen in Deutschland und neun ausländischen Staaten weit verbreitet. Für 2006 besteht das Ziel, den 1.000 Gleiskilometer mit Y-Stahlschwellen auszurüsten.

Sonderformen

Die gute Formbarkeit und das Schweißen von Stahl ermöglichen Sonderbauformen mit Y-Stahlschwellen, wie die bereits erwähnten Weichen oder Meterspurgleise mit Zahnstangen.

Bei der Herstellung des Y-Stahlschwellenoberbaus sind am Anfang Probleme aufgetreten, weil die Gleisgeometrie missachtet wurde. Wenn Y-Stahlschwellen im Gleisbogen geometrisch nicht exakt verlegt werden, lässt sich ein verspanntes und eingeschottertes Gleis wegen seines großen Querverschiebewiderstandes kaum mehr richten.

Fragestellungen der DB

Die DB AG stand in den letzten Jahren dem neuen, aber inzwischen bewährten Y-Stahlschwellenoberbau kritisch gegenüber. Dies ist im Rahmen der Sicherheit sinnvoll und notwendig. Sie forderte wissenschaftliche und praktische Beweise für die Belastbarkeit, Lagestabilität und Wirtschaftlichkeit.
Die Beweise wurden erbracht und der DB AG vorgelegt.

• Für die Belastbarkeit liegen statische Berechnungen vor.

• Für die Lagestabilität gibt es Beweisführungen theoretischer und praktischer Art, zum Beispiel unter Anwendung der Finite-Elemente-Methode

• Durch den Einsatz moderner Gleisbaumaschinen für den Y-Stahlschwellenoberbau wurden wirtschaftliche Einbaumethoden entwickelt, die dem Einbau von Spannbetonschwellen nicht nachstehen.

• Auch kaufmännische Betrachtungen lassen erkennen, dass die Anwendung von Y-Stahlschwellen am richtigen Ort wirtschaftlich und in vielen Fällen dem Querschwellenoberbau überlegen ist.

FYS - Fördergesellschaft

1991 wurde der Verein "FYS-Fördergesellschaft Y-Stahlschwellenoberbau" gegründet mit dem Ziel, die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet des Y-Stahlschwellenoberbaus, sowie den Absatz der Y-Stahlschwelle zu fördern. Das in der Satzung der FYS verankerte Ziel ist weitgehend erreicht, so dass der Verein seine Tätigkeit zum 31. März 2006 eingestellt hat.

Die FYS ist an einem markanten Punkt angekommen, denn in diesem Jahr dürfte der 1.000 Gleiskilometer mit Y-Stahlschwellen vollendet werden, und der Verein kann auf eine 15-jährige, vielseitige Tätigkeit hinweisen.

Vorsitzender der FYS war über viele Jahre hinweg Prof. Dr.-Ing. Karl Endmann. Für seine akribische, zuverlässige und erfolgreiche Arbeit möchte sich die ThyssenKrupp GfT Gleistechnik GmbH an dieser Stelle bedanken. Wir werden trotz Auflösung des Fördervereins die inhaltliche Arbeit weiter fortführen. In diesem Gedanken ist diese CD nun in der dritten Ausgabe unter der ThyssenKrupp GfT Gleistechnik GmbH entstanden.

Orientierungshilfen

Über die Y-Stahlschwelle gibt es vielfache Literatur in Form von Büchern, Zeitschriften, Prospekten oder CD-ROM. Auch das Internet liefert zahlreiche Informationen (z. B. unter "Y-Stahlschwellen" im WEB ca. 270 Seiten). Eine kleine Auswahl der verfügbaren Literatur ist hier vorhanden. Schließlich dienten eine Veranstaltung wie der Workshop 2006 und Beratungen auf den Baustellen vor Ort zur weiteren Festigung der Kenntnisse über die Y-Stahlschwelle.

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