Y-Stahlschwellenoberbau Historie

Entstehung und Entwicklung des Y-Stahlschwellenoberbaus

Leitgedanke „aufgelöstes“ Fachwerk vs. „reines“ Fachwerk

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

Der „Fachwerkgedanke“ wurde durch Herrn Dipl.-Ing. Jürgen Frenzel wieder aufgegriffen, weiterentwickelt und führte zur Entwicklung eines sozusagen „aufgelösten“ Fachwerks mit Y-Stahlschwellen. Als Erfinder dieses Y-Stahlschwellenoberbaus ist daher Herr Dipl.-Ing. Jürgen Frenzel zu nennen; ab 1983 stieß dann Herr Dipl.-Ing. Günter Fasterding als Co-Entwickler und Erfinder hinzu. (Anm. seit 2010 hat Frenzel keine Aktivitäten mehr an der Y-Stahlschwelle)

Entwicklung 1983 Entwurf einer Y-Stahlschwelle

Jürgen Frenzel suchte zunächst nach einem geeigneten Trägerprofil für die neuen Stahlschwellen. Ausgewählt wurde der Peinerträger IB 100 S-1, denn dieser Träger erfüllt die Anforderungen zur Herstellung von Y-Stahlschwellen. Nach der Wahl des Trägerprofils musste die Formgebung vorgenommen werden. Durch Zusammenarbeit gelang es im Stahlwerk Peine-Salzgitter AG kalt verformte Schwellenträger zu bekommen, die nebeneinander gelegt die Form des Buchstabens „Y“ bilden.

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 auch 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 bearbeitet.

Milestones/ Einbaustellen Y-Stahlschwellengleise:

1986 1.000 m Gleis der Deutschen Bundesbahn (DB) auf Schotter- und Asphalttragschichten auf der Strecke H– BS
1987 Strecken- und Bahnhofsgleise der Ost-Hannoverschen- Eisenbahnen (OHE)  und Ausrüstung eines Streckengleises der Ost-West-S-Bahn S 8 der DB Netz mit verzinkten Y-Stahlschwellen auf Asphalttragschichten im Linderhauser Tunnel
1989 Weichen mit Y-Stahlschwellen im Hbf Zürich und Weichen (Bereich der Deutschen Reichsbahn)
22.05.1993 Lückenschluss am Hbf Kaliningrad (früher Königsberg), hier wurden Y-Stahlschwellen für Normal-,
Breit- und Doppelspur eingebaut.

Probleme..?  …gelöst!

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.

Wenn beim Bau einer Festen Fahrbahn mit Asphalttragschichten fehlerhaft gearbeitet wird, treten unabhängig von der Schwellenart Folgeschäden ein, die nicht den Y-Stahlschwellen anzulasten sind.

Dynamik, Lagestabilität, Wirtschaftlichkeit

Für die statische Belastbarkeit liegen Berechnungen vor, die nicht zu widerlegen sind. Die dynamische Beanspruchung wurde in Simulationsmodellen wissenschaftlich untersucht, wobei die Denkansätze auf die versetzten Biegelinien der rechten und linken Schiene Rücksicht nehmen müssen. Beim Querschwellengleis verlaufen die Biegelinien bekanntlich synchron.

Die ganz anders geartete Schienen- und Stützpunktbeanspruchung des Y-Stahlschwellenoberbaus hat auch eine andere Schotterpressung zur Folge, die mit den herkömmlichen Rechenansätzen nicht zu berechnen ist, wie sie für den Querschwellenoberbau brauchbar sind. Für die Lagestabilität gibt es unter dem Einfluss der Fahrzeug- und Temperaturbelastung 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.

Die gute Formbarkeit und das Schweißen von Stahl ermöglichen Sonderbauformen mit Y – Stahlschwellen, wie die bereits erwähnten Weichen oder Meterspurgleise mit Zahnstangen (z.B. Schweiz)