MASSE-FEDER-SYSTEME
SCHUTZ VOR ERSCHÜTTERUNGEN UND KÖRPERSCHALL
SCHUTZ VOR ERSCHÜTTERUNGEN UND KÖRPERSCHALL
Erschütterungsschutz im Bahnverkehr
Im Eisenbahnwesen ist der Schutz vor Erschütterungen ein wichtiges Thema, da ohne Schutzmaßnahme Risse an Gebäuden neben Bahnstrecken oder über Bahntunneln entstehen können. Die Verbreitung und Amplitude von in den Untergrund abgestrahlten Erschütterungen und Schallwellen, die in Häusern auch zu sekundärem Luftschall und damit zur Lärmbelästigung führen können, wird stark abgemindert. Die Vibrationen entstehen z.B. durch Gleislagefehler bei Zugüberfahrt: Bei jeder Achsüberfahrt wird die Schiene stoßartig auf die Schwelle geschlagen, die Erschütterungen und Schallwellen werden durch den Schotter bzw. die Gleistragplatte in den Untergrund übertragen und breiten sich dort aus.
Eine weitere Quelle für solche Vibrationen bieten Radunrundheiten, bei der eine oder mehrere Schadstellen pro Achsumlauf für Inhomogenitäten im Rad-Schiene-Kontaktkraftverlauf sorgen. Auch diese haben einen stoßförmigen Charakter und führen auf gleichem Wege wie Gleislagefehler zu Erschütterungswellen im Untergrund. Zu hohe Amplituden in den Erschütterungen werden verhindert, indem das Schotterbett bzw. die Gleistragplatte vom Untergrund isoliert wird.
Eine weitere Quelle für solche Vibrationen bieten Radunrundheiten, bei der eine oder mehrere Schadstellen pro Achsumlauf für Inhomogenitäten im Rad-Schiene-Kontaktkraftverlauf sorgen. Auch diese haben einen stoßförmigen Charakter und führen auf gleichem Wege wie Gleislagefehler zu Erschütterungswellen im Untergrund. Zu hohe Amplituden in den Erschütterungen werden verhindert, indem das Schotterbett bzw. die Gleistragplatte vom Untergrund isoliert wird.
Dies geschieht durch eine elastische Schicht, die zwischen dem Untergrund und dem Gleisoberbau eingesetzt wird. Die Eigenschaften dieser Schicht (meistens ein elastomeres Material) müssen so gestaltet sein, dass die Eigenfrequenz dieser Schicht wesentlich niedriger ist als die aus dem Zugverkehr emittierten Frequenzen, je größer der Abstand der Frequenzen ist, desto besser wirkt der Isolierwirkungsgrad, die Erschütterungen werden also nicht durch Dämpfung aus dem System genommen, sondern durch Quellenisolierung. Zur Bemessung des Erschütterungsschutzes werden die Masse der Gleistragplatte sowie die Achslasten der die Strecke benutzenden Züge benötigt. Ist die Bemessung fehlerhaft, können die Erschütterungen und somit ungewollte negative Auswirkungen in der Streckenumgebung sogar verstärkt werden (Resonanzeffekte). Die Schutzmaßnahme kann vollflächig, streifen- oder punktförmig ausgeführt werden, jedoch ist in jedem Fall darauf zu achten, dass keine Schallbrücken entstehen. Die Vibrationen werden von den elastischen Elementen an der Oberseite aufgenommen, ein Durchschlagen der Stöße muss verhindert werden, was durch die gängigen Produkte auch sichergestellt ist.
Funktionsweise Masse-Feder-System
Das Komposit aus Gleistragplatte inklusive Schwelle und Schiene, des elastischen Elementes sowie der starren Untergrundmasse wird auch Masse-Feder-System (MFS) genannt, wobei das elastische Element als Feder wirkt. Masse-Feder-Systeme können hinsichtlich der Feder als vollflächig, streifen- oder auch punktförmig ausgeführt werden. Dadurch ergibt sich ein großes Potential, was den Erschütterungsschutz betrifft, da die MFS optimal dem Oberbau angepasst werden können.
Sollten besonders kritische Eigenfrequenzen von unter sieben Hertz zum Erschütterungsschutz benötigt werden, besteht neben der Möglichkeit eines doppelt verlegten MFS, Einzellager zu verwenden. Für eine schwingungstechnische Entkopplung zwischen dem Oberbau und der Umgebung ist die Masse und Steifigkeit der Fahrbahn (Schottertrog oder Feste Fahrbahn) mit der Federsteifigkeit des elastomeren Elementes genau abzustimmen.
MASSE-FEDER-SYSTEME
Beschreibung, Anwendung
Diese speziell designten USM-Typen mit ihrer einzigartigen Formgebung, bestehen aus Synthese- und Naturkautschuk und sind in verschiedenen Ausführungen und in unterschiedlichen Steifigkeiten für Einsatzfälle mit Achslasten bis 250 kN und für alle Zuggeschwindigkeiten erhältlich. Die Matten bewirken eine effektive Verringerung der Schwingungs- und Erschütterungsemissionen des schienengebundenen Verkehrs. Die Kegelnoppenmatten werden entsprechend den jeweiligen schwingungstechnischen Anforderungen zur effizienten Isolation von Körperschall und Erschütterungen in Masse-Feder-Systemen eingesetzt.Die USM-Typen werden aus hochwertigen Kautschukmischungen hergestellt. Sie sind mechanisch hoch belastbar und dauerhaft witterungsbeständig. Die Matten nehmen so gut wie kein Wasser auf, zeichnen sich durch einen hohen elektrischen Isolationswiderstand aus und ermöglichen eine Drainage in der Mattenebene.
Die USM-Reihe eignet sich gleichermaßen für den Schotteroberbau und Feste-Fahrbahn-Systeme. Typen mit höherer Steifigkeit werden auch als sogenannte Übergangsmatten zur Steifigkeitsanpassung von verschiedenartigen benachbarten Gleisabschnitten verwendet.
Die Prüfungen der USM-Reihen wurden nach DIN 45673-5 und DIN 45673-7 durchgeführt.
Vorteile
- Reduzierung der dynamischen Radkräfte
- Reduzierung der Gleis- und Fahrzeugbelastung
- Verringerung der Gleiswartungskosten
- Durch hohe Dauerfestigkeit ist kein Austausch erforderlich
- Lebensdauererwartung min. 60 Jahre
- Reduzierung von Erschütterungen, Körperschall und sekundärem Luftschall
- Höhere Lebensqualität für die Anwohner
- Erhöhter Fahrkomfort
- Schutz angrenzender erschütterungsempfindlicher Bauwerke und Gebäude
