A 20420 E

SERVICE AUS ERSTER HAND

Zeitschrift für das gesamte System Bahn
September 2021

9

Potenziale zur Minderung der CO2 Emissionen
von Bestands-Dieseltriebwagen
Potential for Reduction of CO2 Emission in Existing
Diesel Multiple Units© DB Systemtechnik

Magnetische Odometrie – Neuartige
Methode zur Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit von Schienenfahrzeugen

Chancen und Hürden im Rahmen des neuen
europäischen Zulassungsverfahrens vonSchienenfahrzeugen© Firmengruppe Max Bögl / Oliver KernerModernisieren und dieZulassung erhalten

Magnetic Odometry – New Method for Velocity
Determination of Rolling Stock

Mit Retrofit bietet die Deutsche Plasser ein Service-Programm, das die Lebenszeit
einer Maschine um Jahre verlängert. Die intakte Grundsubstanz einer Maschine
bleibt erhalten und in Absprache mit dem Kunden wird nur dort aufgearbeitet und

Opportunities and hurdles within the framework of the
new European homologation process for rolling stock

erneuert, wo er dies wünscht. Es werden dabei gezielt die Komponenten ausge-

Oberbauerneuerung und In-situ-Messungen auf
der höchsten Eisenbahnbrücke in der Schweiz

tauscht, wo neue Technologien zu höherer Produktivität führen.
Abhängig vom Zustand der Maschine liegen die Kosten für ein Retrofit deutlich unter

Renovation of Superstructure and Field Measurements
on Switzerland’s Highest Railway Bridge

dem Anschaffungspreis einer neuen Maschine. Zudem dauert es je nach Umfang
der Arbeiten und Größe der Maschine nur zwischen acht und zehn Monaten.
Danach geht die Maschine direkt vom Werk wieder in den Einsatz – denn die
Deutsche Plasser stellt sicher, dass die Zulassung erhalten bleibt.

Instandhaltungsstrategie„ferngesteuerte Instandhaltung Cityjet“© S-Bahn Berlin GmbHDEUTSCHE PLASSER
Tel.: +49 (89) 93008-0
E-Mail: info@deutsche-plasser.de

www.deutsche-plasser.de

Maintenance Strategy“Remote Controlled Maintenance Cityjet”

145. Jahrgang

Organ der DMG

www.zevrail.de145 (2021) 9 SEPTEMBER

346 I INFRASTRUKTUR NETWORK

Oberbauerneuerung und In-situ-Messungenauf der höchsten Eisenbahnbrücke in der
SchweizRenovation of Superstructure and Field Measurements
on Switzerland’s Highest Railway Bridge
Dipl.-Ing. Martin Quirchmair, Bürs (Österreich), Dipl.-Ing. Stefan Werner, Zürich (Schweiz),Dipl. Ing. ETH Beat Burgherr, Herisau (Schweiz), Dr. Harald Loy, Innsbruck (Österreich)

Zusammenfassung

Abstract

Am Viadukt Sittertobel der Schweizerischen Südostbahn AG
wurde der Eisenbahnoberbau, im Rahmen der von 2019 bis
2021 am gesamten Bauwerk durchgeführten Sanierungsarbeiten,
komplett erneuert und modernisiert. Dabei wurde unter anderemdie Übergangssituation zwischen offener Fahrbahn und Schotteroberbau, inklusive Schienenauszugsvorrichtung, neugestaltet.
Vergleichende In-situ-Messungen wurden vor und nach dem
Umbau durchgeführt, um die Verbesserungen zu verifizieren.
Der folgende Artikel beschreibt die Planung und rechnerische
Auslegung des neuen Oberbaudesigns, mit Fokus auf den eingebauten elastischen Elementen. Anschließend werden die Gleismessungen beschrieben, die daraus resultierenden Erkenntnisse
vorgestellt und das Ergebnis bewertet.

At the viaduct Sittertobel of the Schweizerische Südostbahn AG
restoration was done in 2019 and 2020. Part of this project wasa total retrofit and upgrading of the railway superstructure. The
transition zone between open deck and ballasted track, including the expansion joint, was newly designed. In-situ measurements before and after reconstruction were used to verify the
improvements.
This article describes the planning and technical design of thesuperstructure, focusing on its elastic elements. Furthermore, it
includes a description of the measurement itself as well as thefindings and evaluations.

1

Das Viadukt Sittertobel

Das Viadukt Sittertobel der Schweizerischen Südostbahn AG (SOB) ist eines derbeeindruckendsten Eisenbahnbauwerke
des 20. Jahrhunderts im Alpenraum. Das
1910 fertiggestellte Bauwerk ist mit einer
Höhe von 99 m die höchste Eisenbahnbrücke der Schweiz und stellte nicht nur
für Ingenieure, sondern auch für Bauunternehmen, eine besondere Herausforderung dar.
Das Viadukt setzt sich aus zwei Vorlandbrücken und einem 120 m langen, bis zu
12 m hohen, stählernen Einzelfachwerk-

träger, dem ca. 920 t schweren „Fischbauch“, zusammen (Bild 1).
Die Hauptinspektionen der letzten Jahre
zeigten natürliche Alterungserscheinungen an den Vorlandbrücken, als auch am
Fischbauch. Durch die hohe Bedeutung
des Viadukt Sittertobel im Netz der SOB
und da es zudem Bestandteil des Kulturschutzgüterinventars ist, wurde der Erhalt
und eine Nutzung für weitere 50 Jahre angestrebt [1]. Umfangreiche Analysen im
Vorfeld bekräftigten, dass eine Instandsetzung technisch möglich und wirtschaftlich sinnvoll war. Neben Sanierungenam Bauwerk selbst, wurde der gesam-te Oberbau des Viadukts erneuert unddie Übergangssituation zwischen offener
Fahrbahn und Schotteroberbau, inklusive Schienenauszugsvorrichtung, neugestaltet (Bild 1).

2

Ausgangslage

Die Vorlandbrücken des Viadukt Sittertobel sind mit einem Schotteroberbau
ausgestattet, welcher vor Umbau aus einem Schottertrog mit Holzschwellen bestand. Aufgrund der Tragfähigkeit des Einzelfachwerkträgers wird am Fischbaucheine deutlich masseärmere offene Fahr-

145 (2021) 9 SEPTEMBERNETWORK INFRASTRUKTUR I 347

bahn verwendet. Diese war mit Brückenholzern, inklusive Füllschwellen, ausgerüstet [1]. Die Brückenhölzer waren auf
Gummiplatten gelagert, welche der Fahrbahn zusätzliche Elastizität gaben. Speziell der Bereich der Schienenauszugsvorrichtung, deren Zentrum sich vor Umbau 4 m vom Fischbauch entfernt befand,zeigte starke Hohllagenbildung mit Verschleißerscheinungen, wie Schotterzerstörung und verkürzten Wartungsintervallen. Ein Hauptaugenmerk der Oberbausanierung wurde deshalb auf die Problemstelle Schienenauszug gelegt.

3

Oberbaudesign

Die Neugestaltung des Oberbaus wurde
federführend durch das Kompetenzzentrum Fahrbahn AG (KPZ) übernommen.
Durch die geforderte hohe Langlebigkeit
des Oberbaus, in Kombination mit der
Schwierigkeit des Schwellentausches amFischbauch, wurde entschieden von Holzschwellen abzusehen und stattdessen witterungsbeständige FFU (Fiber reinforced
Foamed Urethane) Schwellen einzusetzen. Für den Anschluss an das Regelgleis,
welches mit Betonschwellen ausgestattet
ist, wurden zusätzlich Weichenschwellen verwendet. Um die Übergangssituation in Kombination mit der Schienenauszugsvorrichtung zu entschärfen wurden die Problemstellen räumlich getrennt.
Das Zentrum des neuen Schienenauszugs wurde im Abstand von 14 m zum
Anschluss Fischbauch zu Vorlandbrücke
vorgesehen. Am Fischbauch selbst wurden elastische Stützpunkte (Delkor) verwendet, um die Oberbausteifigkeit der offenen Fahrbahn an den Schotteroberbau
anpassen zu können. Ein Vergleich der
Oberbaukonfigurationen vor und nach
Sanierung ist in Bild 2 zu finden.

4

Bild 1: Das Viadukt Sittertobel überspannt eine Gesamtlänge von 365 m

Bild 2: Oberbaukonfiguration vor und nach Sanierung

Schienenauszug

Schienenauszugsvorrichtungen finden
vor allem bei Übergangskonstruktionen
auf langen Brücken im Bereich der Bewegungsfuge Anwendung. Sie sind in
der Lage Schienenlängsbewegungen zu
kompensieren und verhindern unzulässig große Schienenspannungen aufgrund
von thermischen Längenänderungen und
dynamischen Belastungen.
In der Schweiz werden die Anforderungen an die Fahrbahn auf Brücken unter
anderem im Regelwerk I‑22068 der SBB

Bild 3: Grundprinzip der Schienenauszugsvorrichtung. Zungen- (grün) und Backenschiene(rot) sind mittels Stützbacken aneinandergepresst und können Längsbewegungen ausgleichenbeschrieben. Dieses Regelwerk beschreibt
ebenso die Verwendung von Schienenauszugsvorrichtungen abhängig von der
Länge und Art der Brücke [2].

Das Prinzip des Schienenauszugs ist in
Bild 3 dargestellt.
Im Zentrum der Vorrichtung ist die Schiene in Zungen- und Backenschienen geteilt

145 (2021) 9 SEPTEMBER

348 I INFRASTRUKTUR NETWORK

Bild 4: Vorlandbrücke nach Sanierung. Die Beischienen erstrecken sich über das gesamte
Viadukt Sittertobel

und wird mithilfe von Stützbacken formschlüssig aneinandergepresst. Die Schienenenden können aneinander gleiten und
die Bewegungen der Brücke kompensieren. Moderne Schienenauszüge besitzen
hierbei Auszugslängen von 1.200 mm
und mehr.
Wie andere Sonderkonstruktionen im
Gleis verursacht auch die Schienenauszugsvorrichtung eine lokale Änderung der
Oberbaueigenschaften, welche bei dynamischer Beanspruchung zu Belastungsspitzen führen kann. Nicht ohne Grundsind im Bereich von Schienenauszügen
verstärkt Verschleißerscheinungen wie
Schotterzerstörung und Hohllagen zu finden, welche in weiterer Folge zu erhöhtem Wartungsaufwand führen.

5

Steifigkeitsoptimierung
mit elastischen
Elementen

Die Anpassung der Steifigkeiten am Übergang Fischbauch zu Vorlandbrücke wurde mit Hilfe von FEM-Rechenmodellen
durchgeführt. Das Konzept des Oberbaudesigns war bereits durch das KPZ gemacht worden, sodass nun die Optimierung der Elastizität des Fahrwegs vorgenommen werden konnte.
Auf Basis von Berechnungen unterschiedlicher Produktkombinationen, wurde diein Bild 2 dargestellte Konfiguration als ambesten geeignet beurteilt. Die Stützpunkte

der offenen Fahrbahn wurden mit einer
Steifigkeit von 20 kN/mm festgelegt. Im
Schotteroberbau der Vorlandbrücke wurde im Bereich der Schienenauszugsvorrichtung, welcher mit FFU-Schwellen ausgestattet wurde, eine Unterschottermattevom Typ D1519, mit einer Bettungssteifigkeit von 0,15 N/mm3, verlegt. Die Weichenschwellen, welche den Anschluss an
den Regeloberbau bilden, sind mit elastoplastischen Schwellensohlen der TypeSLB 2210 G ausgestattet und somit für die
Konservierung der Gleislage, sowie zur
Schotterschonung optimiert. Bild 4 zeigt
den sanierten Oberbau der Vorlandbrücke des Viadukt Sittertobel auf der Seite Herisau.
Es ist zu erkennen, dass neben der Schiene 54E2 zusätzlich Beischienen befestigt
sind, welche sich über die gesamte Länge der Brücke erstrecken. Diese fungieren
am Viadukt Sittertobel als Fangschienen
und verhindern das Abirren eines entgleisten Zugs an den Brückenrand. Aus
technischer Sicht werden Beischienen
auch zur Steifigkeitsanpassung in Übergangsbereichen verwendet. Diese Vorgehensweise ist jedoch oft mit Folgeproblemen behaftet, da sie Einfluss auf die mechanische Beanspruchung der Oberbaukomponenten haben.
Beischienen mussten somit in der Berechnung der Übergangssituation Beachtung
finden. Speziell am Anschluss des Fischbauchs an die Vorlandbrücken treten auf-

grund der versteifenden Wirkung erhöhte Kräfte auf, welche auch im berechneten Einsenkungsverlauf zu erkennen sind.
Der Grund für dieses Verhalten liegt darin, dass die Beischienen auf der offenen
Fahrbahn de facto keinen Einfluss auf
die Fahrwegsteifigkeit haben. Diese wird
am Fischbauch durch die weichen Stützpunkte dominiert, welche auf den starr
gelagerten FFU-Schwellen sitzen und die
Schiene von der Beischiene fasst vollständig entkoppeln. Im Schotteroberbau wird
deren versteifende Wirkung aktiv. Speziell die erste Schwelle im Schotteroberbau
wird durch die Fixierung der Beischienen
auf der offenen Fahrbahn festgehalten,
was sich in der Rechnung durch verminderte Einsenkung widerspiegelt und eine
Störstelle im Gleis generiert. Eine einfache Maßnahme diesen Effekt zu verringern, ist das Lösen der Beischienen vonder ersten FFU-Schwelle im Schotteroberbau. Das Modell zeigt, dass diese Lösung
in einer deutlich homogeneren Einsenkung im Anschlussbereich resultiert, waswiederum direkt in die wirkenden Kräfte
eingeht. Das rechnerische Ergebnis dieser Adaptierung ist in Bild 5 zu finden
und wurde in der Planung der Umbauten
berücksichtigt [3].

6

Messtechnische
Begleitung

Zur Verifizierung der Verbesserungenaufgrund der Oberbausanierung wurden
Messungen im Gleis vor, im Mai 2019,
und nach Umbau, im September 2020,
durchgeführt. Die Planung und Durchführung wurde von der Railway Division derFirma Getzner Werkstoffe übernommen.

6.1 Messquerschnitte
Um die Gleislage im Übergangsbereich
von Fischbauch zu Vorlandbrücke inklusive Schienenauszugsvorrichtung zu bewerten, wurde der Fokus auf Schieneneinsenkungsmessungen gelegt. Entsprechend des neuen Oberbaudesigns wurden vier Messquerschnitte (M1 bis M4)
definiert, welche schematisch in Bild 6
zu finden sind.
Messquerschnitt M1 befand sich am
Fischbauch und maß die Einsenkungender offenen Fahrbahn. Die Auslenkung
am Schienenauszug wurde am Messpunkt M2 bestimmt. Hier war zu beachten, dass die Position des Zentrums des145 (2021) 9 SEPTEMBERNETWORK INFRASTRUKTUR I 349

Schienenauszugs durch die Sanierung
verschoben wurde. Dies wurde in Bild 6
mit den Zusätzen „2019“ und „2020“ vermerkt. Die Messquerschnitte M3 und M4
bestimmten die Einsenkung der FFUSchwellen und der besohlten Weichenschwellen. Beide Messquerschnitte befanden sich am Anfang eines Gleisbogens
mit einem Radius von ca. 350 m.
Zur qualitativen Beurteilung der Gleislage kann die Schwellenbiegung herangezogen werden. Hierbei wird an drei Punkten
der Schwelle, den Schwellenköpfen undder Schwellenmitte, die Einsenkung relativ zum Schotter bestimmt. Es wird einemögliche Biegung der Schwelle bei Überfahrt festgestellt, welche für gewöhnlich
durch mittiges Aufreiten hervorgerufen
wird. Diese Messung wurde an den Messpunkten M5 und M6 durchgeführt. M5befand sich an der zweiten Schwelle im
Schotteroberbau. M6 war eine Schwelle
im Bereich des Zentrums des Schienenauszugs und änderte somit die Position
analog zu Messquerschnitt M2.
Vibrationen am Bauwerk wurden am
Messpunkt „M7“ aufgenommen. Die Vibrationen waren in diesem Zusammenhang rein als Maß der dynamischen Belastung bei Überfahrt zu sehen. Können
diese reduziert werden ist die Beanspruchung des Oberbaus und in weiterer Folge des Bauwerks selbst verringert.

Bild 5: Berechneter Einsenkungsverlauf am Übergang Fischbauch auf Vorlandbrücke. Die
Beischiene ist an der ersten Schwelle im Schotteroberbau befestigt bzw. gelöst

6.2 Messprinzip
Für die Schieneneinsenkungsmessung,an den Messquerschnitten M1, M3 und
M4, wurde aufgrund der Bedingungen vor
Ort das in Bild 7 dargestellte Messprinzip verwendet.
Unter der Annahme, dass die Verkippung
der Schiene φ gering und die Bewegungin y‑Richtung vernachlässigbar klein ist,kann über eine einfache geometrische Beziehung (Formel 1) die Einsenkung Δz in
Schienenfußmitte und in analoger Weise die Einsenkungen am Schienenfußrand (SFinnen und SFaußen) rückgerechnet werden.

(1)
Bei den zu erwartenden Auslenkungenwurde der maximale Fehler mit kleinerdrei Prozent abgeschätzt, was für dieseEinsenkungsmessungen als ausreichend
genau erachtet wurde.

Bild 6: Messaufbau am Viadukt Sittertobel. „2019“ entspricht der Messung vor Umbau.
„2020“ entspricht der Messung nach Umbau

Bild 7: Messprinzip der Einsenkungsmessung an den Punkten M1, M3 und M4

Im Zentrum der Schienenauszugsvorrichtung (Messpunkt M2) ist die Schiene in
Zungen- und Backenschiene geteilt. Die
Messung musste somit direkt am Schienenfuß erfolgen und die beobachteten

Auslenkungen konnten ohne Transformation in die Auswertung einfließen.
Zusätzlich zu den Schieneneinsenkungen wurden die Schwellenbiegungen an
den Positionen M5 und M6 bestimmt.

145 (2021) 9 SEPTEMBER

350 I INFRASTRUKTUR NETWORK

gefasst wurden. Auf diese Weise konnte
für die Vor- und Nachmessung ein zur Bewertung geeigneter Wert der Einsenkung
gewonnen werden.
Die Vibrationen am Punkt M7 wurden fürdieselben vier Zugsvorbeifahrten je Zugtype ausgewertet, wobei hier das Verfahren Max-Hold zum Einsatz kam.

7

Bild 8: Messaufbau im Feld vor Sanierung. M2, M3 und M4 sind Einsenkungsmessungen.
M5 und M6 dienen zur Bestimmung der Schwellenbiegung. Der „Trigger“ dient zum automatischen Starten der Messung

Die Messung erfolgte mit Hilfe von Wegaufnehmern, welche an im Schotter eingeschäumten Basen befestigt waren und
die Einsenkung der Schwelle relativ zum
Schotter gemessen haben. Der Messaufbau im Feld ist in Bild 8 am Beispiel der
Messung vor Umbau zu sehen.
Vibrationen wurden am Messpunkt M7gemessen. Der Beschleunigungsaufnehmer wurde am Granitsockel, direkt amAnschluss Fischbauch zu Vorlandbrücke,aufgeklebt.
Da die Messungen nur am Anfang direkt
vor Ort begleitet werden konnten, wurde eine Auslösung per Pre-Trigger gewählt. Der Beschleunigungssensor, welcher das Trigger-Signal lieferte, wurde
auf einer Schwelle des Fischbauchs platziert (Bild 8). Somit konnten sowohl bei
der Vormessung, als auch bei Nachmessung je rund 15 Stunden an Regelbetrieb
aufgezeichnet werden.

6.3 Auswertung
Am Viadukt Sittertobel verkehren drei
verschiedene Gattungen von Personenzügen:− Flirt− GTW Thurbo− Voralpenexpress (Mitte 2019 erneuert
durch Traverso)
Im Jahr 2019 wurde der klassische Voralpenexpress (VAE) durch den moderne-

ren Traverso ersetzt. Die Vormessungenim Jahr 2019 fanden somit noch mit dem
klassischen Voralpenexpress statt, dieNachmessungen im Jahr 2020 bereits mit
dem neuen Traverso.
Aufgrund der Sanierungsarbeiten am
Oberbau und am Viadukt selbst, war zu
den Zeitpunkten der Messungen eine
Langsamfahrstelle eingerichtet. Die Züge
verkehrten nicht mit den im Regelbetrieb
vorgesehenen 80 km/h, sondern mit einer reduzierten Geschwindigkeit von
50 km/h.
Für die Messquerschnitte M1, M3 und M4
wurde die Einsenkung in Schienenfußmitte berechnet und zur Auswertung herangezogen. Beim Schienenauszug (Messposition M2) konnte die Einsenkung aufgrund der Teilung der Schiene nicht inSchienenfußmitte gemessen oder sinnvoll
berechnet werden. Auf Basis der Messergebnisse der Vormessungen aus dem Jahr
2019, wurde entschieden zur Bewertung
die außenliegende Backenschiene zu verwenden, da diese am Punkt M2 bereits
den Großteil der Last getragen hat.
Die so gemessenen maximalen Schieneneinsenkungen (M1 bis M4) und Schwellenbiegungen (M5 und M6), der amstärksten belasteten Achsen (Antriebsachsen) wurden zu einem gemittelten
Wert je Zug und Messpunkt zusammengefasst. Für jede Zugtype wurden vier Vorbeifahrten in die Auswertung miteinbezogen, welche wiederum zu einem repräsentativen, gemittelten Wert zusammen-

Messergebnisse

Die Personenzüge GTW Thurbo, Flirt undVoralpenexpress, als auch der in 2019 eingeführte Traverso, zeigten bei den Einsenkungs-, Schwellenbiegungs- und Vibrationsmessungen Ergebnisse in vergleichbarer Größenordnung und Charakteristik.
Aus diesem Grund werden an dieser Stelle
die gemittelten Ergebnisse aller Zugüberfahrten vor bzw. nach Sanierung zur Diskussion der verbesserten Gleislage herangezogen. Die Charakteristik („Form“) der
Signale an den Messquerschnitten M1 bis
M4 wird am Beispiel einer Zugüberfahrt
des Typs Flirt, welcher in Richtung Herisau verkehrte, diskutiert. Für eine detaillierte Aufarbeitung der Messergebnisse wird an dieser Stelle an den dem KPZ
und der SOB vorliegenden Messbericht
verwiesen [4].

7.1 Schieneneinsenkungen
Bild 9 zeigt die Einsenkungsverläufe füreine Überfahrt der Zugtype Flirt in Richtung Herisau vor („2019“) und nach Sanierung („2020“).
Messquerschnitt M1 am Fischbauch zeigte in beiden Fällen gleichmäßige Einsenkung, ohne Verkippung der Schiene. Vor
der Sanierung wurde die Einsenkung vor
allem durch die Gummiplatten unter den
Brückenhölzern bestimmt. Nach dem
Umbau ist die nötige Elastizität durch dieelastischen Stützpunkte gegeben.
Die Schienenauszugsvorrichtung wurde
an Position M2 gemessen. Hier sind deutliche Unterschiede nach dem Umbau zu
erkennen, wobei sich auch die neue Position des Schienenauszugs im Zeitsignal wiederfindet. Bei der ersten Messung
wurden große Verformungen bei Überfahrt beobachtet, was im Graphen speziell an der Backenschiene („außen“) zu erkennen ist. Diese zeigte signifikant mehr
Einsenkung als die Zungenschiene („innen“). Die Einsenkung war mit mehr als
4 mm im Vergleich zum restlichen Gleis
signifikant erhöht. Nach dem Umbau war

145 (2021) 9 SEPTEMBERNETWORK INFRASTRUKTUR I 351

Bild 9: Übersicht der Messsignale an den Positionen M1 bis M4 für eine Überfahrt des Zugtyp Flirt. SFinnen, SFaußen und SFmitte stehen hierbei
für die Positionen am Schienenfuß.

die Einsenkung von Zungen- und Backenschiene annähernd ident und am zeitlichen Versatz der beiden Messsignale kannerkannt werden, wie die Zungenschiene
die Radlast an die Backenschiene übergibt(Bild 10). Mit rund 2 mm Einsenkung ist
der Schienenauszug sehr gut an das Regelgleis angepasst.
Die Messpunkte M3 und M4 zeigten etwas reduzierte Schieneneinsenkungen.
Speziell am Punkt M4 fällt auf, dass die
Schiene stark verkippte. M4 befand sichbereits deutlich im Gleisbogen (r=350 m)
und die Außenschiene war deutlich überhöht. Da zum Zeitpunkt der Messung die
Züge mit einer reduzierten Geschwindigkeit von 50 km/h, anstatt der vorgesehenen 80 km/h, fuhren, wird vermutet, dass der Zug im Bogen Richtung
Zentrum rutschte und der Schienenkopf nach bogeninnen gedrückt wurde.
Es war somit eine erhöhte Rotation derSchiene zu erwarten mit möglicher Verschiebung in y‑Richtung. Ist dies der Fall,
wäre am Punkt M4 eventuell auch ein
größerer Messfehler als abgeschätzt zu
erwarten gewesen. Es ist somit nicht unwahrscheinlich, dass man am Punkt M4
bei Normalgeschwindigkeit leicht unterschiedliche Einsenkungen beobachtet hätte.

Nach Mittelung aller ausgewerteten Zugüberfahrten zeigte das neue Oberbaudesign einen deutlich homogeneren Einsenkungsverlauf, wie in Bild 11 zu sehen ist.

Der Übergang, inklusive Schienenauszugsvorrichtung, wurde somit betreffend Schieneneinsenkung deutlich verbessert.

Bild 10: Die Übergabe der Radlast von Zungen- auf Backenschiene findet sich im Zeitverlauf
der Messsignale nach Sanierung wieder

145 (2021) 9 SEPTEMBER

352 I INFRASTRUKTUR NETWORK

7.2 SchwellenbiegungenWie bereits beschrieben wurden die
Schwellenbiegungen relativ zum Schotter gemessen. Da das Widerlager (Metallbügel) im Schotter der angrenzenden Schwellenfächer der zu messenden
Schwelle festgeklebt wurde, konnte eine
Bewegung des Schotters, und somit desWiderlagers selbst, bei Zugsüberfahrt
nicht ausgeschlossen werden. Die gemessenen Werte sind somit als Qualitätskriterium zu sehen und die Absolutwerte sind
mit den Unsicherheiten der Schotterbewegung behaftet. Die Ergebnisse finden
sich in Bild 12.
Die zweite Schwelle im Schotteroberbau (M5) zeigte vor der Sanierung einehohe Auslenkung und Biegung. Dies entspricht der Wahrnehmung vor Ort, bei
der die Hohllagen im Übergangsbereich
Fischbauch zu Vorlandbrücken deutlicherkennbar waren. Nach dem Umbau
waren die Auslenkungen deutlich geringer. Es schien jedoch nach wie vor eine
Hohllage direkt am Übergang vorhan-den gewesen zu sein. Die Situation sollte sich jedoch durch die zum Zeitpunkt
der Messung noch ausstehende Sauberkeitsstopfung nochmals verbessert haben. Wichtig ist hier nochmals anzumerken, dass durch die Verbindung der
Schwelle mit den Beischienen, der Mittelteil der Schwelle bei Überfahrt nachoben festgehalten wird. Die in der Messung ersichtliche geringere Auslenkung
in Schwellenmitte resultierte somit nicht
zwingend vom mittigen Aufreiten der
Schwelle, sondern mit hoher Wahrscheinlichkeit vom versteifenden Effekt der
Beischienen.
Die Schwelle an der Schienenauszugsvorrichtung (Messpunkt M6) zeigte bei derVormessung ein leichtes Aufreiten. Nach
Neulage lag die Schwelle satt im Schotter
und zeigte keinerlei Biegung.

7.3 Vibrationen
Um die Homogenität des Übergangs im
Sinne der Energieübertragung an das
Bauwerk zu bewerten, wurden am Punkt

Bild 11: Gemittelte Schieneneinsenkungen vor (2019) und nach (2020) Sanierung

M7, direkt am Anschluss Fischbauch zu
Vorlandbrücke, Schwingungsmessungendurchgeführt. Die bei Zugüberfahrt auf
das Viadukt übertragene kinetische Energie, ist ein Maß für die Gleichmäßigkeit
der Gleislage beim Oberbauwechsel undden folglich auftretenden Kraftspitzen. Es
handelt sich hier also nicht um den klassischen Schwingungsschutz, bei welchem
die dominierende Anregung des Zugs im
Bereich von 63 Hz reduziert werden soll.
Vielmehr ist das gemessene Spektrum
in seiner Gesamtheit zu bewerten, da
Schläge durch Störstellen im Oberbau in
der Regel zu breitbandigen Anregungenführen. Der Vorher-Nachher-Vergleich in
Bild 13 zeigt das gemessene Terzspektrum. Das Streuband definiert sich durch
die Minimal- und Maximalwerte aller ausgewerteten Zugüberfahrten.
Es scheint im ersten Blick überraschend,
dass im Bereich von 31,5 bis 63 Hz keine Verbesserung zu erkennen war. Der
Grund hierfür liegt sehr wahrscheinlich
in der Auswahl der elastischen Komponenten, welche nach dem Gesichtspunkt
der Optimierung des Übergangs inklusive Schienenauszugsvorrichtung dimensioniert wurden. Schätzt man die Eigenfrequenzen des Fischbauchs mit elastischen
Stützpunkten, sowie des Schotteroberbaus mit steifer Unterschottermatte ab, soliegen diese im Bereich vom 30 bis 40 Hz.
Nach dem einfachen Modell des Einmassenschwingers wäre somit eine Verstärkung bis annähernd 60 Hz möglich, wobei für eine saubere Betrachtung auch die
Eigenfrequenzen vor Sanierung betrachtet
werden müssten. Eine grobe Abschätzung
ist hier jedoch ausreichend, da durch
den Wechsel von Einzelfachwerkträger
auf Steingewölbe, mit entsprechendem
Oberbauwechsel, die Randbedingungenim Übergangsbereich zunehmend unde-

Bild 12: Schwellenbiegungen bei Überfahrt. M5 ist die zweite Schwelle im Schotteroberbau. M6 im Zentrum der Schienenauszugsvorrichtung

145 (2021) 9 SEPTEMBERNETWORK INFRASTRUKTUR I 353

finiert werden und der Vertrauensbereich
der analytischen Rechnung im Grunde
nicht mehr gegeben ist.
Nichtsdestoweniger zeigte die Messung
im Mittel eine Verminderung der ins Viadukt eingeleiteten Schwingungen vonrund 5 dB, bei gleichbleibenden Pegeln
in den für die Resonanz als kritisch abgeschätzten Frequenzbändern. Die Schwingungsmessungen bekräftigen den in den
Einsenkungsmessungen beobachtetenhomogeneren Übergangsverlauf.

8

Fazit

Am Viadukt Sittertobel der Schweizerischen Südostbahn AG wurde im Rahmen
der Generalsanierung der Oberbau inklusive Schienenauszug erneuert. Hierbei
wurde mit modernen Komponenten undmodellbasierter Steifigkeitsoptimierung
ein wartungsarmer Übergang gestaltet.
Der Wechsel zwischen unterschiedlichen
Unter- und Oberbauformen stellt hohe
Herausforderungen an das Oberbaudesign. Speziell auf großen Brücken kommt
hierbei durch die, für den Ausgleich derthermischen Längenänderung notwendige, Schienenauszugsvorrichtung, eine
zusätzlich zu beachtende Störstelle ins
Spiel.
Zur Verifikation der Verbesserungen am
Viadukt Sittertobel wurden In-situ-Messungen vor und nach Sanierung durchgeführt. Hierbei konnte gezeigt werden,
dass die Schieneneinsenkung im gesamten Übergangsbereich inklusive Schienenauszug deutlich homogenisiert wurde. Der steifigkeitsoptimierte Übergang
zwischen offener Fahrbahn und Schotteroberbau spiegelt sich ebenso in den
verminderten Vibrationen wider, was für
die Reduktion der dynamischen Kräfte
bei Überfahrt spricht.
Mit den durchgeführten Sanierungsarbeiten am Viadukt selbst und dem modernen
Oberbaudesign ist der Betrieb für weitere
Jahrzehnte gesichert.
#730_A5(Bildnachweis: 1 bis 13, Verfasser)
Literatur[1][2]

Wagner, R.: Instandsetzung des Sitterviadukts; 19. Symposium Brückenbau in Leipzig; Ausgabe 1/2 2019; ISSN 1867-643X.
SBB; Regelwerk I-22068: Anforderungen der
Fahrbahn an Brücken und oberbautechnische Massnahmen im Einflussbereich derBrücken; 01.03.2015.

Bild 13: Vibrationsmessung am Übergang Fischbauch zu Vorlandbrücke.
Bezugswert (v0 = 10-9 m/s)
[3][4]

SOB; Plan Nr.: 1392.3302; 09.04.2018.
Getzner Werkstoffe; Bericht 2020-086-REV3:
Gleismessungen am Sitterviadukt im Gleisnetz der Schweizerischen Südostbahn AG;
Internal Report, Bürs, 2020 (n.v.).

Dipl.-Ing. Martin Quirchmair(37). Studium der Technischen Physik an der Technischen Universität Wien.
Seit 2013 Entwicklungsingenieur bei Getzner Werkstoffe GmbH mit Schwerpunkt Oberbauoptimierung
und Schwingungsreduktion im Eisenbahnoberbau mittels Elastomeren. Von 2015 bis 2017 Projektmanager Railway für Getzner USA Inc. in Charlotte, North
Carolina. Seit 2018 Entwicklungsingenieur inder Railway Division und u.a. Verantwortlicher für internationale Forschungsprojekte(z. B. Horizon 2020 – Shift2Rail), Fahrweg-Simulationen, Messungen im Gleis, Koordinator vonLaboruntersuchungen und die Produktgruppe Schwellenlager.
Anschrift: Getzner Werkstoffe GmbH,
Herrenau 5, 6706 Bürs, Österreich.
E-Mail: martin.quirchmair@getzner.com
Dipl.-Ing. Stefan Werner (45).
Studium des Bauingenieurwesens an der Technischen
Universität München. Executive MBA FHO St. Gallen.
Seit 2013 Fachexperte Fahrbahn bei KPZ Fahrbahn AG.
Forschungsprojekte im Auftrag der Eidgenossen: „Eisenbahnlärm Infrastruktur 2017, Schlupfwellenin engen Bögen“, „Hochdämpfende Zwischenlagen, 2020“, Geschäftsfeld Forschung und
Entwicklung.
Anschrift: KPZ Fahrbahn AG, Schützengasse 3,
8001 Zürich, Schweiz.
E-Mail: stefan.werner@kpz-fahrbahn.ch

Dipl. Ing. ETH Beat Burgherr(62). Studium des Bauingenieurwesens an der Eidgenössichen Techischen Hochschule in Zürich mit Diplom
1984. Bis 1997 Ingenieurtätigkeit in Ingenieurbüro fürHoch- und Tiefbau. 1997 bis
2006 Leiter Hochbauabteilung und Leiter Qualitätsmanagement in Ingenieurbüro für Hoch- und Tiefbau und Umwelt
in St. Gallen. 2006-2012 Projektleiter Brückenbau beim Projektmanagement SBB Region Ost.
Seit 2012 Fachexperte und Senior Projektleiter
Ingenieurbau beim Projektmanagement der
SOB Infrastruktur in Herisau.
Anschrift: SOB Infrastruktur, Projektmanagement, Bahnhofplatz 3, 9100 Herisau, Schweiz.
E-Mail: beat.burgherr@sob.ch
Dr. Harald Loy (46). Bauingenieurstudium an der Technischen Universität München, später Promotion an
der Universität Innsbruck
mit Auszeichnung. Ab 2000
Technischer Berater in München. Seit 2005 Entwicklungsingenieur bei Getzner Werkstoffe GmbH im Bereich Forschung& Entwicklung. Von 2007 bis 2011 parallele
Anstellung als Wissenschaftlicher Mitarbeiterder Universität Innsbruck und derzeit Postdoc
am Institut für Infrastruktur, Arbeitsbereich Intelligente Verkehrssysteme. Schwerpunkte inden Bereichen Simulation, Laborprüftechnik
und In-Situ-Messungen. 2014 Nominierung fürden Staatspreis für Innovation, Übernahme der
Verantwortung als Leiter Team Systementwicklung. Seit 2018 Head of R&D Railway Division.
Anschriften: Getzner Werkstoffe GmbH,
Herrenau 5, 6706 Bürs, Österreich.
Universität Innsbruck, Institut für Infrastruktur,Intelligente Verkehrssysteme, Technikerstr. 13,6020 Innsbruck, Österreich.
E-Mail: harald.loy@getzner.com oderharald.loy@uibk.ac.at