Die Funktionen, die ein Schienenpolster erfüllen muss
Das Schienenpolster hat vier Aufgaben. Es sorgt für vertikale Elastizität und verleiht dem Gleis eine definierte Steifigkeit, die Rad-{1}}Schienenstöße absorbiert und die Schwelle, den Schotter und das Rollmaterial vor hochfrequenten Vibrationen schützt. Es verteilt die Radlast auf den Schwellensitz und verhindert so eine lokale Überbeanspruchung des Betons oder Holzes. Es sorgt für die elektrische Isolierung zwischen Schiene und Schwelle bei Gleisstromkreisen und schützt den Schienensitz vor Verschleiß. Alle vier Aufgaben hängen vom Polstermaterial ab: Die Steifigkeit ergibt sich aus dem Polymer und seiner Formulierung, die Dämpfung aus dem viskoelastischen Verhalten, die Isolierung aus den elektrischen Eigenschaften und die Lebensdauer aus der Alterungsbeständigkeit. Da das Polster das weiche Element in der Befestigungskette ist, steuert sein Zustand das Langzeitverhalten des gesamten Systems. Die Auswahl des Polsters ist daher eine Entwurfsentscheidung, die an die Norm des Befestigungssystems gebunden ist, und keine Katalogauswahl.
Materielle Familien und ihre Eigenschaften
Die im allgemeinen Einsatz befindlichen Polstermaterialien sind nachstehend zusammengefasst.
| Material | Typische Eigenschaften | Am besten-passende Streckentypen | Einschränkungen |
|---|---|---|---|
| Naturkautschuk | Gute Elastizität und Dämpfung, geringe Kosten | Konventionelle Linien, Stadtbahn | Mäßige Ozon- und Hitzealterung |
| EPDM-Gummi | Gute Elastizität, ausgezeichnete Ozon-, UV- und Wärmealterung | Konventionelle und exponierte Leitungen, heißes Klima | Höhere Kosten als NR |
| Polyurethan | Hohe Elastizität und Festigkeit, hohe Verschleißfestigkeit, stabile Steifigkeit | Hochgeschwindigkeits- und Schwertransportstrecken | Höhere Kosten, Feuchtigkeitsempfindlichkeit in einigen Formulierungen |
| EVA | Hohe Isolation, geringe Dichte, formstabil | Verfolgen-Stromkreisbereiche, isolierte Abschnitte | Geringere Belastbarkeit als Gummi und PU |
| Verbundwerkstoff, faserverstärkt | Kombiniert Gummielastizität mit Faserbelastbarkeit | Schwere-Zonen mit hoher Belastung | Höhere Kosten, begrenzte Lieferanten |
Naturkautschuk bietet die beste Elastizität pro Stückkosten und bleibt das Arbeitstier herkömmlicher Schnüre. EPDM bietet Ozon- und Hitzebeständigkeit zu einem Preis, der in heißen und UV--exponierten Klimazonen wichtig ist, in denen Naturkautschuk aushärtet und Risse bekommt. Polyurethan kombiniert Elastizität mit Festigkeit und Abriebfestigkeit, und seine Steifigkeit kann mit einer engen Toleranz formuliert werden, weshalb es bei Hochgeschwindigkeits- und Schwertransportsystemen bevorzugt wird. EVA zeichnet sich durch eine hervorragende Isolierung aus und wird dort eingesetzt, wo der Gleisstromkreis kritisch ist und die Belastung mäßig ist. Verbundpolster sind die technische Antwort, wenn hohe Elastizität und hohe Belastbarkeit gleichzeitig erforderlich sind.
Steifigkeit ist der Designparameter
Beim Befestigungssystem wird das Polster anhand seiner Steifigkeit und nicht anhand der Materialbezeichnung spezifiziert. Die statische Steifigkeit, die Belastung pro Durchbiegungseinheit bei einer definierten Vorspannung, bestimmt das vertikale Verhalten der Schiene, und die dynamische Steifigkeit, gemessen unter zyklischer Belastung, ist aufgrund der viskoelastischen Natur von Polymeren immer höher als der statische Wert; Das Verhältnis von dynamischer zu statischer Steifigkeit beträgt typischerweise 1,3 bis 1,8 für Gummipads und niedriger für Polyurethan. Die Systemnorm, zum Beispiel EN 13481-1 und EN 13481-2 für Systeme auf Betonschwellen, definiert den Steifigkeitsbereich, den die Befestigung erfüllen muss, und die Unterlage wird so ausgewählt, dass das zusammengebaute System, Unterlage plus Clip plus Platte, in diesem Bereich landet. Auf Hochgeschwindigkeitsstrecken ist eine präzise, gleichmäßige Steifigkeit von Polster zu Polster erforderlich, da sich die Streuung der Steifigkeit als Streuung der Gleisgeometrie bei Geschwindigkeit zeigt; Auf Schwerlaststrecken besteht die Anforderung darin, die Steifigkeit unter hoher Belastung beizubehalten, da eine Unterlage, die unter Kriechen weich wird, die Schienenunterstützung verändert und die Beschädigung des Schotters beschleunigt. Die Härte, ausgedrückt in IRHD, ist der Indikator für die Steifigkeit in der Fertigung und der am häufigsten auf Zertifikaten vermerkte Wert.
Isolationsleistung und Gleisstromkreise
Wenn Gleisstromkreise verwendet werden, ist die Unterlage Teil der elektrischen Isolierung des Befestigungssystems: Sie muss die Schiene von der Schwelle isolieren, damit der Signalstrom der Schiene und nicht der Erde folgt. Der Isolationswiderstand eines Pads wird durch das Polymer und durch Zusätze wie Ruß bestimmt, weshalb hochisolierende Pads ohne leitfähige Füllstoffe formuliert werden. Bei isolierten Befestigungssystemen wird die Widerstandsanforderung durch die Prüfmethode EN 13146-5 überprüft und der Systemwert in der Befestigungsnorm definiert; In der Praxis werden für Gleisstromkreisabschnitte hochisolierende Unterlagen aus EVA oder speziell formuliertem EPDM spezifiziert, wobei der Isolationswiderstand typischerweise über 10^9 Ohm im trockenen Zustand erforderlich ist und auch bei Regen noch ausreichend ist. Ein häufiger Ausfall vor Ort ist die Verunreinigung der Polster: Schotterstaub, leitende Ablagerungen und Feuchtigkeit, die sich auf der Polsteroberfläche festsetzen, können selbst bei einem perfekten Polster die Isolierung umgehen. Deshalb umfasst die Wartung isolierter Abschnitte auch die Reinigung des Schienensitzes und des Polsterbereichs.
Dicke, Höhenverstellung und Stapelung
Schienenunterlagen werden in verschiedenen Stärken hergestellt, üblicherweise zwischen 5 und 12 mm für die Arbeitsfläche, wobei dünnere Unterlegplatten für die Gleishöhenanpassung verwendet werden. Die Dicke dient zwei Zwecken: Sie legt die Steifigkeit der Unterlage fest, da eine dickere Unterlage aus dem gleichen Material weicher ist, und sie passt die Schienenhöhe an die richtige Gleishöhe an. Höhenverstellpolster werden in der Regel aus härte-angepassten Materialien wie Polyethylen hoher-Dichte oder Nylon-Unterlegscheiben geliefert, die formstabil sind und unter Last nicht kriechen. Die Stapelregel ist wichtig: Generell sollten nicht mehr als zwei Einstellscheiben unter einer Arbeitsunterlage gestapelt werden, da jede Schnittstelle eine Gleitebene und eine Unregelmäßigkeit in der Steifigkeit hinzufügt und ein hoher Stapel weicher Materialien zu einem Stabilitätsproblem für die Schiene wird. Wenn die erforderliche Höhenkorrektur die praktische Stapelgrenze überschreitet, betrifft die Korrektur die Schwelle oder den Schotter und nicht die Unterlage. Die Dicke des Polsters und der Stapel der Unterlegscheiben zusammen müssen außerdem dafür sorgen, dass die Spitzenbelastung des Clips innerhalb seines Arbeitsbereichs bleibt, da ein dickerer Stapel die Arbeitsposition des Clips verändert.
Auswahl-Checkliste und häufige Fehler
Die Auswahl-Checkliste für eine Belagbestellung beginnt mit dem Schienenprofil und dem Befestigungssystem, dann der Achslast und Geschwindigkeit, dann der Umgebung (heiß, kalt, Küste oder Wüste), dann den Gleisstromkreisanforderungen und schließlich dem Dicken- und Härtebereich der Systemzeichnung. Häufige Fehler, die es zu vermeiden gilt: Auswahl des Materials allein aufgrund des Preises, was normalerweise zu einem Polster mit der falschen Steifigkeit für das System führt; Ignorieren des dynamischen-zu-statischen Steifigkeitsverhältnisses, sodass die Strecke steifer ist als bei Geschwindigkeit berechnet; Verwendung von EVA für Schwertransporte, bei denen die Tragfähigkeit nicht ausreicht; und Installieren eines Polsters, das breiter oder schmaler als die Schienenbasis ist und sich entweder an den Kanten wellt oder Kantenlinienkontakt herstellt. Der gelieferte Belag sollte auf Härte, Abmessungen und Oberflächengüte überprüft werden und im Zertifikat sollte das Material, die Härte und die Steifigkeit bzw. die Steifigkeitsklasse angegeben werden, damit die Norm des Befestigungssystems vor der Montage der Beläge auf dem Papier abgeglichen werden kann.
Häufig gestellte Fragen
F1: Welches Polstermaterial eignet sich am besten für Hochgeschwindigkeitsstrecken?
Polyurethan wird im Allgemeinen für den Hochgeschwindigkeitseinsatz bevorzugt, da seine Steifigkeit innerhalb einer engen Toleranz gehalten werden kann und Elastizität mit Verschleißfestigkeit kombiniert wird, was eine gleichmäßige Streckensteifigkeit bei hoher Geschwindigkeit gewährleistet.
F2: Was ist der Unterschied zwischen statischer und dynamischer Steifigkeit eines Pads?
Die statische Steifigkeit ist das Last-{0}}Durchbiegungsverhältnis unter konstanter Last; Die dynamische Steifigkeit ist das Verhältnis unter zyklischer Belastung. Aufgrund des viskoelastischen Verhaltens ist die dynamische Steifigkeit bei Gummi typischerweise 1,3- bis 1,8-mal höher als die statische.
F3: Warum benötigen Gleis--Stromkreisbereiche spezielle Pads?
Denn die Unterlage muss die Schiene elektrisch von der Schwelle isolieren, damit der Signalstrom in der Schiene bleibt. Hochisolierende Pads werden ohne leitfähige Füllstoffe formuliert und durch den Isolationstest EN 13146-5 verifiziert.
F4: Wie viele Pads oder Unterlegscheiben können zur Höhenverstellung gestapelt werden?
Generell gelten nicht mehr als zwei Einstellscheiben unter der Arbeitsplatte. Jede Schnittstelle fügt eine Gleitebene und Unregelmäßigkeiten in der Steifigkeit hinzu, und eine übermäßige Stapelung destabilisiert den Schienensitz.
F5: Wie wird die Polstersteifigkeit in einer Bestellung angegeben?
Durch die Befestigungssystemzeichnung: Material, Härte in IRHD, Dicke und Steifigkeit bzw. Steifigkeitsklasse, abgestimmt auf die Systemanforderung EN 13481. Zur Überprüfung sollten diese Werte im Zertifikat angegeben werden.
F6: Was verkürzt die Pad-Lebensdauer im Betrieb am meisten?
Überlastung durch ein steifes, nicht angepasstes System, Kantenbelastung durch eine Unterlage, die schmaler als die Schienenbasis ist, Kontamination mit Schotterpartikeln und Alterung durch Ozon oder UV-Strahlung in exponierten heißen Klimazonen. Alle vier sind bei richtiger Auswahl und Wartung vermeidbar.