Masse-Feder-Systeme

1 Körperschall undseine Folgen

Ruhe kehrt ein
Straßenverkehr und Züge verursachen aufgrund ihrer Geschwindigkeit
und des Eigengewichts Körperschall.
Dieser breitet sich im Boden aus undwirkt schwingungsanregend auf
Gebäude und auf in der Nähe aufgestellte, empfindliche Messgeräte oderMaschinen.

ebäude, Geräte und Maschinensind selbst auch schwingungsfähige Systeme. Erregungen durch Züge
oder Verkehr verstärken sich zusätzlich
durch die Struktur der betroffenen
Objekte. Die mechanischen Schwingungen und der dadurch hervorgerufene
Sekundärluftschall, also Lärm, sind fürden Menschen auf Dauer gesundheitsschädigend. Vibrationen beeinflussen

Gzudem die Funktionsfähigkeit vonMaschinen und Geräten. Erhebliche
Einschränkungen und negative Auswirkungen auf Qualität und Produktivität
können die Folge sein. Bei einer
dynamischen Überbeanspruchung derGebäudestruktur besteht darüber
hinaus die Gefahr von Schäden an derSubstanz, wie Setzungen und Risse.

3

2 Hochwirksamer
Körperschallschutz

Wirksamkeitüber Jahrzehnte4örperschallemissionen können am
Entstehungsort durch unterschiedliche Maßnahmen je nach Anforderung
reduziert werden. Masse-Feder-Systeme kommen überall dort zum Einsatz,
wo an den Körperschallschutz die
höchsten Anforderungen gestellt
werden. Die Werkstoffe Sylomer® und
Sylodyn® werden als individuelle,K

elastische Lagerungen auf der ganzen
Welt eingesetzt. Sie gewährleisten die
geforderte Wirksamkeit über Jahrzehnte. Die erprobten Werkstoffe gelten
zusammen mit dem technischen
Know-how von Getzner heute als die
High-Tech-Standardlösung für MasseFeder-Systeme.

Vorteile von Lagern aus
Sylomer ® und Sylodyn ®

Für die Anwendung als hochelastisches
Lager in einem Masse-Feder-Systemsind Sylomer® und Sylodyn® die idealen
Werkstoffe – egal für welche Bauart.

— Zuverlässige, homogene und dauerhafte Elastizität— Kurzzeitige, auch extreme Überbelastung möglich— Direktes Befahren durch schwere Fahrzeuge möglich— Niedrige Baukosten durch einfache und schnelle Installation— Unterschiedliche Bauformen durch Variation der Dichte, Dicke
und Fläche des Werkstoffs— Hohe Wirtschaftlichkeit durch Langzeitstabiliät— Minimierter Unterhaltsaufwand

5

3 Wirkungsweise eines
Masse-Feder-Systems

Schwingungenwirksam isolieren
Ziel der Schwingungsisolierung ist es,
den Oberbau von seiner Umgebung
dynamisch zu entkoppeln und so dieÜbertragung von Erschütterungen
und Körperschall zu verringern.

Fe(t)iese Entkopplung erfolgt durch
Ausbildung eines schwingungsfähigen Systems. Wird eine dauerhaftelastische Federschicht, wie Sylomer®
oder Sylodyn®, eingebaut, so erfolgt
die Isolierung direkt an der Quelle derEmissionen. Dadurch wird gewährleistet, dass die Fußpunktkraft Fu(t) kleinerals die Erregerkraft Fe(t) ist. So verringern sich die Schwingungen, die durch
die Fußpunktkräfte hervorgerufen
werden.

D

m

c

d

Fu(t)

ie Wirkungsweise eines elastischgelagerten Oberbaus lässt sichanhand eines Ersatzsystems, dem
sogenannten Einmassenschwinger,sehr gut beschreiben. Viele Schwingungsprobleme können näherungsweise mit diesem einfachen physikalischen
Modell diskutiert werden. Wird die
Oberbaumasse durch eine kurzzeitigeäußere Kraft Fe(t) aus der Gleichgewichtslage gebracht, so führt die Masse
Schwingungen mit der Eigenfrequenz
f0 aus.

D

6

ƒ

0

1
2π

c

m

c = dynamische Federsteifigkeit
m = Oberbaumasse +unabgefederte Radsatzmasse

ie schnell die Amplitude dieser
Schwingung abklingt, hängt vonder Dämpfung durch die Feder ab. Bei
Sylomer®- und Sylodyn®-Werkstoffen
wird die Dämpfung durch den mechanischen Verlustfaktor beschrieben.

W

Lasat[bertragungsfaktor VR

Zur Beurteilung eines Masse-FederSystems ist der Amplitudenfrequenzgang (Betrag der Übertragungsfunktion) zu ermitteln. Er beschreibt das
Amplitudenverhältnis in Abhängigkeit
der Frequenz f oder in Abhängigkeit
des Frequenzverhältnisses zwischen
der Fußpunktkraft Fu(t) und der Erregerkraft Fe(t) bei der Quellenisolation.

3,0
0,2
0

Bei der Schwingungsisolation gibt es
zwei Bereiche, nämlich einen Verstärkungs- und einen Isolationsbereich.

mendem Dämpfungsgrad reduziert
wird, während der Isolationsgrad mit
zunehmender Dämpfung geringer wird.

Die Verstärkung entsteht nur dann,wenn eine Erregerfrequenz, die mit derEigenfrequenz der elastischen Lagerung übereinstimmt, vorhanden ist
oder eine breitbandige Anregung
vorliegt.

Für die Eigenschaften der Feder eines
Masse-Feder-Systems bedeutet das,dass diese ein möglichst geringes
Verhältnis von dynamischer zu statischer Steifigkeit aufweisen sollte. Die
dynamische Steifigkeit des Lagers
sollte außerdem durch Frequenz undBelastung nur eine geringe Veränderung erfahren.

Die Isolation beginnt ab einer Frequenz, die 2•f0 entspricht. Aus dem
Amplitudenfrequenzgang ist zu
ersehen, dass die Verstärkung bei der
Isolationseigenfrequenz f0 mit zuneh-

0,1
0

2,5

0,3

2,0

Die Dimensionierung eines MasseFeder-Systems ist eine Optimierungsaufgabe für Ingenieure. Diese Aufgabe
erfordert fundiertes und spezialisiertes
Know-how, wie es Getzner mit Partnern
seit Jahren bietet. Die Wirkungsweiseeines Masse-Feder-Systems kann allerdings durch stehendes Wasser unterdem Massetrog und im System massiv
beeinflusst werden. Beim Bau eines
Masse-Feder-Systems ist daher der
Einbau einer dauerhaft ausreichenden
Drainage unbedingt sicherzustellen.

0.5

1,5

0,8
1,0

=1,0

0,8

0,3
0,2

0,5

0,5
0,1
Verstärkung
Isolation

0,0
0,3

0,4

0,6

0,8

1

2

2

3
4
5 6 7 8
Abstimmungsverhältnis

7

4 Ausführungsvarianten

Eine Vielzahl unterschiedlicher
Bauarten von Masse-Feder-Systemen
wurde in den letzten Jahrzehnten vonden europäischen Eisenbahnen
entwickelt. So gibt es Bauarten in
Ortbeton- oder Fertigteil-Bauweise,
Kombinationen aus beidem, mit oderohne Schotterbett.
ei der Auslegung der elastischen
Lager für Masse-Feder-Systeme ist
auch die gewählte Bauausführung fürdie Funktionalität und Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems ausschlaggebend.

B

Ob vollflächige, streifenförmige oderpunktförmige Auslegung – Getzner
sorgt mit seinem Know-how fürtechnisch einwandfreie, wirtschaftlich
nachhaltige und funktionierende
Lösungen.

8Vollf lächige Lagerung

Streifenförmige Lagerung

Punktförmige Lagerung

Vollﬂächige
Lagerung

Streifenförmige
Lagerung

Punktförmige
Lagerung

it einer vollflächigen elastischen
Lagerung werden je nach Anwendungsfall Eigenfrequenzen zwischen
14 und 25 Hz realisiert. Dies entspricht
einer erreichbaren Körperschalldämmung bis 30 dB im überkritischen
Frequenzbereich.

treifenförmige Lager werden
vorzugsweise bei Masse-FederSystemen eingesetzt, die in FertigteilBauweise oder in kombinierter Fertigteil-/Ortbeton-Bauweise ausgeführt
werden. Die im Fahrbetrieb auftretenden Horizontalkräfte – sowohl in
Fahrtrichtung (Brems- und Beschleunigungskräfte) als auch quer zur Gleisachse (z. B. Fliehkräfte, Seitenkräfte
infolge von Gleislagefehlern) – sinddurch die relativ großen Lagerflächen
gut beherrschbar.

ie gewählte Bauform der Gleistragplatten oder Gleiströge bestimmt
die Form der punktförmigen Lager.
Meist sind es in Ortbeton-Bauweise
hergestellte Gleistragplatten, die nachdem Aushärten angehoben werden. Die
Lager werden durch Einbringöffnungenin der Platte eingeschoben.

M

Die Bauvorteile einer vollflächigen
elastischen Lagerung von Getzner
liegen:— in der einfachen, schnellen undkostengünstigen Bauweise— in der geringen Gefahr von Baufehlern— in der großflächigen Lasteinleitung inden Untergrund— in der Bedämpfung von Strukturschwingungen der Gleistragkörper
— in der geringen Anzahl von Verlegefugen— in der hohen Horizontalstabilität desGesamtsystems— im wirtschaftlichen GesamtsystemS

Mit der streifenförmigen Lagerung sindim Vergleich zur vollflächigen Lagerung tiefere Oberbau-Abstimmfrequenzen (8 — 15 Hz) bei einem vertretbaren
wirtschaftlichen Aufwand erzielbar.
Insgesamt wird durch die streifenförmige Lagerung eine höhere KörperschallDämmung erreicht.

D

Da durch den Fahrbetrieb Horizontalkräfte entstehen, muss bei der Dimensionierung der meist relativ kleinen
Lagerfläche auf die Übertragung dieser
Kräfte geachtet werden. Um den
Vorgaben entsprechend die horizontalen Auslenkungen zu begrenzen,
kommt in der Praxis das Optimum derGrößen „Schubmodul, Lagerdicke undLagerfläche“ zum Einsatz.
Die tiefsten Abstimmfrequenzen sinddurch punktförmige Lagerungenerreichbar (5 — 12 Hz). Diese Form derLagerung erfüllt die höchsten Anforderungen an den Körperschallschutz. Mitdieser Systemart ist eine Körperschalldämmung von 30 dB und mehr durchaus erreichbar.

95 Gestaltung von elastischgelagerten Übergängen

Für einen reibungslosen Übergang
ie Übergangsbereiche zu benachbarten Oberbauformen (Schotteroberbau, Feste Fahrbahn) müssen
sehr präzise geplant werden, damit
keine dauerhaften Störstellen im Gleis
entstehen. Bei Masse-Feder-Systemen
entstehen immer Übergangsbereiche,da diese, im Gegensatz zu normalen
Oberbauten, höhere Einsenkungen mit
sich bringen. Durch Temperaturschwankungen und Betonminderungsind die Übergangsbereiche zusätzlich
besonderen Beanspruchungen ausgesetzt. Getzner bietet auch hier kompetente Lösungen.

D

Die erforderliche Systemsteifigkeit inden Übergangskonstruktionen kannzum Beispiel erreicht werden durch:— eine verdichtete Lageranordnung— eine Änderung der Lagermaterialsteifigkeit— den Einbau besonderer Schienenbefestigungen— den Einbau von Schwellenbesohlungenchen können. Mit der Finite-ElementeMethode (FE-Methode) berechnet undsimuliert Getzner alle Faktoren für die
optimale Auslegung in Übergangsbereichen.

Bei der Umsetzung ist zu beachten,
dass zu hohe Stützpunktkräfte eine
Schienenbefestigung überbeanspru-Übergang zw. MasseFeder-System und fester
Fahrbahn mit elastischen Schwellensohlen.
Schotteroberbau

10Feste Fahrbahn

116 Ausführungsfehler
beim Bau

Unsere Erfahrung
gibt Ihnen Sicherheit
au- oder Konstruktionsfehler oderunsachgemäße bzw. unterlassene
Detailausführungen beeinflussen
fallweise die realen Eigenschaften von
Masse-Feder-Systemen.

B

Beispiele hierfür sind:— Nicht ausreichende oder fehlende Drainagen führen zum „Stempeleffekt“ im System— Bei vollflächigen Systemen: fehlende, ungeeignete oder zu steife
Seitenmatten— Fehlerhafte Isolation von Kabelschächten, Entwässerungseinläufen
und sonstigen Verbindungen— Ungeeignetes Lagermaterial oder Unterschreitung bestimmter
Lager-Mindestdicken— Hohe Anzahl an Verlegefugen— Nicht fachgerechter, sorgloser Einbau des Lagermaterials— Konstruktive Gestaltung wie Länge der Fahrbahnplatte oder Ausführung der Bewehrung, unzureichende Lastverteilung auf dem
Elastomer

usführungsmängel an einem
Masse-Feder-System lassen sichnachträglich meist nur unter immensem Aufwand beheben. Abhängig vonder Schwere der Mängel ist in manchen
Fällen sogar ein kompletter Neubau
erforderlich.

A

12

7 Anforderungen an
ein Elastomer-Lager

Vielseitig undbewährteit mehr als vier Jahrzehnten
bewähren sich die Werkstoffe
Sylomer® und Sylodyn® im Eisenbahnoberbau als wirksamer Schutz vor
Erschütterungen und Körperschall.

S

Getzner-Werkstoffe tragen zum Schutz
von Kunstbauwerken bei, verbessern
die Stabilität von Fahrwegen, reduzieren die dynamische Beanspruchungdes Schotters und damit den Unterhaltsaufwand. Selbst nach 30 Jahrenund mehr sind Bahnanwendungen aus
Sylomer® und Sylodyn® nachweislich
noch wirkungsvoll im Einsatz: Bei der
Prüfung ausgebauter Proben zeigten
die Elastomere selbst nach den vielen
Betriebsjahren keinerlei Ermüdung.
Besonders bei teilflächiger Lagerung
ist es wichtig, die Anforderungen andas Lagermaterial und die Qualitätsüberwachung projektspezifisch zu
definieren.
ie Norm DIN 45673-7, Mechanische
Schwingungen – Elastische
Elemente des Oberbaus von Schienenfahrwegen – Teil 7: Labor-Prüfverfahren für elastische Elemente von
Masse-Feder-Systemen“ führt ergänzend dazu weitere Hinweise zur
Gebrauchstauglichkeit und Prüfung der
statisch-dynamischen Steifigkeiten an.

D

Bedingungen für funktionierende und langlebige
Masse-Feder-Systeme:— Um die erforderlichen, spezifischen Eigenschaften der Lager zu
bestimmen, sind die statischen und dynamischen Steifigkeiten zu
prüfen.
— Mittels Dauerschwingversuch mit mindestens drei Millionen Lastwechseln wird die Veränderung der spezifischen Lagereigenschaften
durch Betriebsbelastungen geprüft.
— Auch die Veränderung der Lagereigenschaften durch Umwelteinflüsse (z. B. Ozon, Wasser, Öle, Chemikalien) muss geprüft werden.
— Weiters wird geprüft, inwieweit sich die Lagergeometrie durch
Kriechen, Betriebsbelastung und Umwelteinflüsse verändert.
— Die Qualität der Lager wird bereits vor dem Einbau sorgfältig überwacht.

13

8 Finite-ElementeBerechnung

14Eine Finite-ElementeBerechnung bringt folgende
Ergebnisse:

Wissen,
was auf Sie zukommt— Tragfähigkeit der Tragplatteür eine Systemanalyse ist immer ein physikalisches
Ersatzsystem zu entwickeln, das aus Massenverhältnissen, Steifigkeiten und Dämpfungskoeffizienten besteht. Die
bekannteste Systemanalyse ist die Finite-Elemente-Berechnung (FE-Berechnung).

— Statische Verformung infolge
Eigengewichts

F— Eigenformen— Eigenfrequenzen— Festigkeitsangaben— Dynamische Beanspruchung und
SchwingbewegungenBei der Schwingungsisolierung wird meistens davon ausgegangen, dass das schwingungsisolierte Objekt (Tragplatte desFahrwegs) und der Untergrund jeweils starre Körper sind. Das
Ziel dieser Annahme ist, rechnerisch die Wirkung der Schwingungsisolierung nachzuweisen. Möchte man jedoch Grenzen
ausloten und das Gesamtverhalten des Systems verstehen, so
werden weitere, für das reale System relevante Freiheitsgrade
zugelassen und mit Hilfe einer FE-Berechnung analysiert.

— Systemverhalten bei einer bestimmten Anregung (Simulation)— Vorhersagen des dynamischen
Verhaltens eines Systems bei
verschiedenen Systemparametern

ie Anforderungen an Konstruktionen wachsen ständig.
Getzner bietet eine Vielzahl an Leistungen, um Planern
und Ingenieurbüros bei der komplexen Materie als kompetenter Partner zur Seite zu stehen.

D— Erforderliche Modifikationen für ein
gewünschtes dynamisches Verhalten

159 Verlegehinweise16Isolation eines Masse-Feder-Systems
gegenüber einer Kanalleitung

Vorbereitende
Maßnahmen

Anlieferung

Verlegungei der Verlegung ist es wichtig,
darauf zu achten, dass die
Sylomer®- oder Sylodyn®-Lager die
spätere Tragplatte vollständig von der
Umgebung entkoppeln. Schallbrücken
verhindern eine funktionierende
Schwingungsisolation, ebenso sollte
die Entwässerung des Systems gewährleistet sein.

G

etzner liefert die Werkstoffe direkt
auf die Baustelle: Seitenmatten,
Streifen- sowie Einzellager auf Paletten, Bodenmatten als zusammengerollte Bahnen mit einer Standardbreite von
1,50 m. Je nach Geometrie und Einbaubedingungen konfektioniert Getzner
die Matten bereits im Werk undermöglicht dadurch eine schnelle undwirtschaftliche Verlegung.

ei der Konfektion der Rollen achtet
Getzner stets auf das Gesamtgewicht. Die Matten können so jederzeit
problemlos von einem Zwei-Mann-Teamverlegt werden. Auf diese Weise
werden Verlegeleistungen von über500 m2 pro Person und Tag erzielt.
Streifen- und Einzellager kann sogar
eine einzelne Person positionieren. Die
Mattenlänge oder herausragende
Ecken korrigiert der Verleger problemlos mit Einwegmessern.

B

Der Untergrund muss daher eben undfrei von spitzen oder scharfkantigen
Gegenständen sein. Ist dies nur bedingt
möglich, kann zum Beispiel ein Vlies,
das zwischen Untergrund und Mattegelegt wird, die Lagerung entsprechend schützen. Bewährt hat sich aucheine Sauberkeitsschicht aus Beton.
Speziell Einzellager müssen stabil undlagegenau positioniert werden. Ein
entsprechender Sockel mit einem
Stahlrahmen stellt eine erfolgreiche
Möglichkeit dar.

Die Bodenmatten können sowohl längs
als auch quer zur Gleisachse verlegt
werden. Dabei ist es wichtig, die Anzahl
an Verlegefugen möglichst gering zu
halten. Die verbleibenden Verlegefugen
werden mit Hilfe eines Klebebandes
verschlossen, damit verhindert wird,
dass Betonmilch eintritt und Körperschallbrücken ausbildet.

B

Getzner erstellt auf Wunsch professionelle Verlegepläne oder stellt eine
Bauaufsicht zur Verfügung, um einensachgerechten Einbau zu garantieren.

Bei einer vollflächigen Lösung ist
gegebenenfalls eine Bewehrung
sinnvoll. Hierbei muss eine ausreichende Lastverteilung der Bewehrung auf
den Sylomer®- bzw. Sylodyn®-Matten
sichergestellt sein. Entsprechende
Auflager (Holz- oder Kunststoffplatten)verhindern überhöhte Flächenpressungen oder Einsenkungen.

17

10 Internationale
Referenzenösungen von Getzner sind weltweit
im Einsatz – wie die Fachleute vonGetzner. Mit unseren 10 Niederlassungen sind wir in wichtigen geographischen Räumen vor Ort präsent. Überunsere zahlreichen Vertriebspartner
bedienen wir so gut wie alle relevanten
Märkte der Welt.

L

Niederlassungen in:— Bürs, Österreich— Berlin, Deutschland— München, Deutschland— Stuttgart, Deutschland— Lyon, Frankreich— Amman, Jordanien— Tokio, Japan— Pune, Indien— Beijing, China— Charlotte, USA

Getzner NiederlassungenGetzner Vertriebspartner
Referenzländer

18

Mailand Straßenbahn

Nottingham Straßenbahn

ie von Getzner realisierten
Projekte sprechen für sich.
Hier ein Auszug aus unserer
Referenzliste im Sektor Bahn:

Vollbahn

Straßenbahnen

Auswahl an Projekten:— Brenner Zulauf Nord,
Römerbergtunnel,
Zammer Tunnel,
Arlbergtunnel,
Neuer Lainzer Tunnel,
Sittenbergtunnel (ÖBB)— City Tunnel Leipzig,
Alter Mainzer Tunnel,
Neuer Mainzer Tunnel,
Tiergartentunnel,
Berlin Nord-Süd,
Lehrter Bahnhof,
Amperbrücke,Flughafenanbindung Köln/Bonn,
Siegauentunnel,
Auditunnel Ingolstadt (DB AG)— NEAT: Zürichbergtunnel,
Zimmerbergtunnel (SBB)— Rom-Fiumicino,
Udine-Tarvis,
Mailand-Saronno,
Catania (FS)— Channel Tunnel Rail Link
(Network Rail)— Brüssel (SNCB)— Augsburg— Barcelona— Berlin— Bern— Bordeaux— Brest— Constantine— Essen— Florenz— Genf— Göteborg— Graz— Grenoble— Isfahan— Le Mans— Linz— Lyon— Madrid— Mailand— MarseilleD

München U-Bahn— Mashad— Montpellier— München— Nantes— Nizza— Nottingham— Orléans
— Paris - St. Denis— Paris - T1
— Prag— Rom— Rouen— Santo Domingo— Sevilla— Shiraz— Straßburg
— Stuttgart— Teneriffa— Valencia— Wien

U-Bahnen/S-Bahnen— Athen— Augsburg— Berlin— Bochum— Buenos Aires— Dortmund— Düsseldorf— Hong Kong
— Incheon— Krakau— Mailand— München— New York— Nürnberg— Sao Paulo— Wien— Zürich

19

Getzner Werkstoffe GmbHAm Borsigturm 11
13507 Berlin
Deutschland
T +49-30-405034-00
F +49-30-405034-35
info.berlin@getzner.com
Getzner Werkstoffe GmbH
Nördliche Münchner Str. 27a82031 Grünwald
Deutschland
T +49-89-693500-0
F +49-89-693500-11
info.munich@getzner.com
Getzner Spring Solutions GmbH
Gottlob-Grotz-Str. 1
74321 Bietigheim-Bissingen
Deutschland
T +49-7142-91753-0
F +49-7142-91753-50
info.stuttgart@getzner.com
Getzner France S.A.S.
Bâtiment Quadrille
19 Rue Jacqueline Auriol
69008 Lyon
Frankreich
T +33-4 72 62 00 16
info.lyon@getzner.com

Getzner Werkstoffe GmbH
Middle East Regional OfficeAbdul - Hameed Sharaf Str. 114
Rimawi Center - Shmeisani
P. O. Box 961 303
Amman 11196, Jordanien
T +9626-560-7341
F +9626-569-7352
info.amman@getzner.com
Getzner India Pvt. Ltd.
1st Floor, Kaivalya
24 Tejas Society, Kothrud
Pune 411038, Indien
T +91-20-25385195
F +91-20-25385199
info.pune@getzner.com
Nihon Getzner K.K.
6-8 Nihonbashi Odenma-cho
Chuo-ku, Tokio
103-0011, Japan
T +81-3-6842-7072
F +81-3-6842-7062
info.tokyo@getzner.com
Getzner Materials (Beijing) Co., Ltd.
No. 905, Tower D, the Vantone Center
No. Jia 6, Chaowai Street, Chaoyang District
10020, Peking, VR China
T +86-10-5907-1618
F +86-10-5907-1628
info.beijing@getzner.com
Getzner USA, Inc.
8720 Red Oak Boulevard, Suite 528
Charlotte, NC 28217, USA
T +1-704-966-2132
info.charlotte@getzner.com

www.getzner.com

MFS Gesamt de © Copyright by Getzner Werkstoffe GmbH | 01-2017Änderungen vorbehalten.

Getzner Werkstoffe GmbH
Herrenau 56706 BürsÖsterreich
T +43-5552-201-0
F +43-5552-201-1899
info.buers@getzner.com