Rechnerische Optimierung vonbesohlten Weichenschwellen
im Schotteroberbau

Aufgrund ihrer komplexen Geome­trien sind der Aufwand und dieKosten des Gleisunterhaltes bei
Weichen deutlich höher als imgeraden Gleis. Speziell die Steiig­
keitsunterschiede der Gleisbettungin Fahrtrichtung, welche konstruk­
tiv durch die Bauform der Weichen
vorgegeben sind, führen zu unter­schiedlichen Schieneneinsenkungen.
Daraus resultieren zusätzliche
Beanspruchungen des Oberbaus bei
der Überfahrt eines Zuges.

Durch den Einsatz von elastischen
Schwellenbesohlungen lassensich hier deutliche Verbesserungenhinsichtlich der Gleislagestabilität
und des Erschütterungsschutzes
erzielen. Der Schotter wird geringer
beansprucht und die Stopintervalle
dadurch vergrößert. Die Lebenszykluskosten (LCC) einer Weiche können
deutlich verringert werden.
Um das System der elastisch gelagerten Weiche im Schotteroberbau
gezielt weiterentwickeln zu können,
müssen die Ansprüche an die Elastizität und das Verhalten bei einer
Zugüberfahrt verstanden werden.
Aus dieser Forderung ist in enger
Zusammenarbeit mit den Österreichischen Bundesbahnen (Abt. Engineering Services) und dem Ingenieurbüro Fritsch, Chiari & Partner ZTGmbH (FCP) ein nichtlineares Rechenmodell auf Basis der Finiten Elemente
Methode (FEM) erarbeitet worden.
Getzner Werkstoffe hat mit diesem
FEM-Modell die Möglichkeit, die elastischen Schwellenbesohlungen vom
Typ Sylomer® oder Sylodyn® in den
verschiedenen Bereichen innerhalb

Sylomer®/Sylodyn®-Schwellenbesohlung

FEM-Modell zur Optimierung der Weichenbesohlung

einer Weiche so zu platzieren, dassSteiigkeitssprünge in der Gleisbettung
reduziert bzw. verhindert werden.

Typ Sylomer® ausgestattet – so in Baden (2002), Gunskirchen (2003) undVöcklabruck (2004).

Dies ermöglicht eine ungestörte undsichere Zugüberfahrt auch bei hohen
Geschwindigkeiten. So können z.B.
Steiigkeitssprünge im Herzstückbereich durch eine Abstufung der Bettungssteiigkeit kompensiert werden.
Zudem ist es durch eine Aufteilung
der Steiigkeit untewr den Kurzschwellen (nach der letzten durchgehenden
Schwelle) möglich, der bei Zugüberfahrt auftretenden Verkippung
entgegenzuwirken. Die Einsenkungender Weichenfahrbahn werden somit„geglättet“.

Erschütterungsmessungen haben hierdeutliche Vorteile im Vergleich zu unbesohlten Weichen ergeben: Vor allem
Erschütterungen im Frequenzbereichüber 40 Hz – 50 Hz wurden verringert.
Die Setzungen im Schotteroberbau
konnten selbst im Vergleich zu einer
Weiche mit beweglichem Herzstück
reduziert werden. Diese positiven
Erfahrungen und die Möglichkeiten
der rechnerischen Optimierung mittels
FEM-Modell haben zu einer Regelbauart bei den Österreichischen Bundesbahnen geführt.

Durch seine Parametrisierung erlaubt
das FEM-Modell die geometrischen
Randbedingungen, Bodensteiigkeiten
und einwirkenden Achslasten zu
berücksichtigen. Dadurch kann fürnahezu jede Situation eine optimierte
Lösung erarbeitet werden. Bereits inden letzten Jahren wurden in Österreich versuchsweise einzelne Weichen
mit einer deinierten Steiigkeitsverteilung der Schwellenbesohlung vom

Für 2006 ist vorgesehen, weitere
Weichen mit Sylomer®-Schwellenbesohlungen auszurüsten. Anschließend
werden Einsenkungsmessungen zur
Validierung erfolgen. Der Trend bei derelastischen Lagerung von Weichenschwellen wird in Zukunft dahin gehen,
die Besohlung schon unmittelbar bei
der Herstellung der Schwellen zu integrieren. Harald Loy, 23. 01. 2006

Erschienen in Ausgabe 5/2006
der Eisenbahntechnische Rudschau
www.getzner.com

Sleeper Pads in Turnouts on
Ballasted Track – Mathematical
Optimization

he use of sleeper pads allows
for signiicant improvements tobe achieved in terms track stability
and vibration reduction. The ballast is subject to lower loads, which
increases the tamping intervals. As aresult, the Life Cycle Costs (LCC) canbe signiicantly reduced.

TIn order to attempt focused development of the systems involved in usingelastic sleeper pads in turnouts onballasted tracks, it is necessary tounderstand the requirements on theelasticity and the behaviour of thematerials.
A non-linear calculation model basedon the Finite Elements Method (FEM)
was developed in close cooperation
with the Austrian Federal Railways(Engineering Services Dept.) and theengineering ofice Fritsch, Chiari &Partner ZT GmbH (FCP) to address
this need. With the aid of this FEM
model, Getzner Werkstoffe has theability to situate the elastic Sylomer®
or Sylodyn® sleeper pads in the various areas of turnouts in such a manner

Sylomer®/Sylodyn®-Schwellenbesohlung

FEM-Modell zur Optimierung der Weichenbesohlungthat sharp transitions in the stiffnessof the track superstructure are reduced or prevented.

in the Sylomer® sleeper pads, for example in Baden (2002), Gunskirchen(2003) and Vöcklabruck (2004).

This, in turn, facilitates safe, problemfree trafic across the turnouts, athigh speeds as well. For example,sharp transitions in the stiffness inthe crossing frog of the turnouts canbe compensated by gradiating thestiffness of the bedding. Moreover,by distributing the stiffness under
the short sleepers (after the last longsleeper) it is possible to reduce theswaying that occurs when trains passthrough the turnouts. Hence, thesubsidence areas turnouts are “smoothed out”.

Measurements of vibrations haverevealed substantial advantages
in comparison to turnouts without
sleeper pads: in particular there wasa reduction in vibrations in the 40-50
Hz frequency range. Settling of
the ballast bed can also be reduced
even compared to turnouts with amoveable crossing frog.

By the way of parameterization, theFEM model allows for the geometric conditions, subgrade stiffness
and the axle loads to be considered.
Accordingly, an optimal solution canbe devised for almost any set of circumstances. In recent years, for thepurpose of testing individual turnouts
in Austria have been outitted witha deined distribution of stiffnesses

These positive experiences and thepossibility of mathematical optimization using the FEM model haveresulted in a standard design modelfor the Austrian Federal Railways.
In 2006 plans call for more turnoutsto be outitted with Sylomer® sleeperpads. After installation measurementsof track subsidence will be done tovalidate the results. The trend for thefuture in the production of turnout
sleepers is that the pads will be mounted directly during the manufacturing
process. Harald Loy, 23. 01. 2006

P ublished inissue 5/2006 of ETR
www.getzner.com
AUSTRIA — Bürs

GERMANY — Berlin — Munich

JORDAN — Amman

JAPAN — Tokyo

INDIA — Pune

CHINA — Beijing

SP Turnouts de/en© Copyright by Getzner Werkstoffe GmbH | 05-2011

Due to the complex geometries ofturnouts, a considerably greater
amount of work and expenses isneeded for the track maintenanceas compared to the regular track. In
particular, a varying vertical rail
delection results from the diffe­
rences in the stiffness of the track
bedding in the travelling direction.
This, in turn, results in additional
stresses and subsidence on thetrack superstructure when trains
pass by.