A 20420 E

HOCHLEISTUNG I PRÄZISION I ZUVERLÄSSIGKEIT

Zeitschrift für das gesamte System Bahn
November-Dezember 2020

Der Blick in die Zukunft des Gleisbaus
Die Zukunft des Gleisbaus entsteht schon heute in den
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11-12

144 (2020) 11-12 NOVEMBER-DEZEMBER

420 I INFRASTRUKTUR NETWORKREVIEWED
Isolierstöße im Gleis
Insulated Rail Joint
Dipl.-Ing. Martin Quirchmair, Bürs (Österreich),
Assoc.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Stefan Marschnig, Graz (Österreich)Dipl.-Ing. Michel Fellinger, Graz (Österreich), Dr. Harald Loy, Bürs (Österreich)

Zusammenfassung

Abstract

Isolierstöße stellen neben Weichen die häufigste Fahrwegstörung
im Gleis dar. In Österreich sind etwa 40% der Gleisstörungen auf
Isolierstöße zurückzuführen, was neben erhöhtem Wartungsaufwand zu Herausforderungen im geregelten Zugbetrieb führt.
Dies schlägt sich in der Wirtschaftlichkeit nieder. Der Isolierstoß,ebenso wie jeder klassische Schienenstoß, stört die Homogenität
des Oberbaus und verursacht eine unterschiedliche Bettungssteifigkeit. Dies führt bei Überfahrt zu erhöhter dynamischer
Beanspruchung, welche sich in beschleunigtem Verfall des Oberbaus, im Speziellen des Schotters und des Stoßes selbst, widerspiegelt. Durch die Verwendung von Schwellensohlen können
die Bettungssteifigkeit des Oberbaus und das Setzungsverhalten
am Stoß optimiert werden. Die Verwendung und messtechnische Beurteilung von Schwellensohlen an einem Isolierstoß in
Nordamerika sowie an klassischen Schienenstößen in China,
bestätigen die positiven Effekte, die durch modellunterstützte
Auslegung und geeignete Materialparameter erreicht werden.
Weitere Verbesserungen sind möglich. Der wartungstechnische und wirtschaftliche Mehrwert von steifigkeitsoptimierten
Isolierstößen ist vielversprechend.

Insulated rail joints are related to the majority of signaling
malfunctions in track, not considering turnouts. In Austria
about 40% of all track malfunctions are due to insulated rail
joints, which leads to highly increased maintenance efforts
and challenges to keep trains on schedule. These issues canalso affect the profitability of a track. Insulated rail joints, aswell as standard rail joints, disturb the homogeneity of therailway superstructure and result in a change of bedding
stiffness. During train passage increased dynamic loading
occurs in the vicinity of the joint leading to accelerated degradation of the superstructure, especially the ballast and the joint
itself. By using under sleeper pads the bedding stiffness of thesuperstructure as well as the settlement behavior at the joint
can be optimized. Measurements of a padded insulated rail joint
in North America and padded rail joints in China confirm thepositive effects gained by model based design and well suitedmaterial properties. Further improvements are possible. The
benefits of stiffness optimized insulated rail joints regarding
maintenance reduction and profitability look very promising.

1

Einleitung

Signaltechnik ist ein integraler Bestandteil moderner Eisenbahnnetze. Viele elektrische Signale werden nach wie vor überdie Schiene übertragen, wobei die Gleisfreimeldeanlage (Bild 1) eine der wichtigsten sicherheitsrelevanten Techniken
darstellt. Um die Funktion dieser Anlagen zu gewährleisten müssen definierte

Streckenabschnitte zueinander elektrischgetrennt werden, was durch die Verwendung von Isolierstößen erreicht wird.
Der Einsatz von Isolierstößen hat signaltechnisch einen hohen Nutzen, welcher
jedoch auf Kosten der Homogenität im
Gleis geht. Nicht ohne Grund stellen Isolierstöße neben Weichen eine der herausforderndsten Problemstellen im Gleis dar.
Eine Verlängerung der Lebensdauer von

Isolierstößen durch wartungsarme Konzepte, basierend auf einem homogeneren
dynamischen Gleisverhalten, resultiert inerhöhter Effizienz und Wirtschaftlichkeit
der Gleisnutzung.

2

Eine Störstelle im Gleis

Der ideale Eisenbahnoberbau zeichnetsich durch ein gleichmäßiges statisches

144 (2020) 11-12 NOVEMBER-DEZEMBER

und dynamisches Verhalten im gesamten Gleisnetz aus, da jede Änderung in
der Gleisbettung zu erhöhten dynamischen Kräften und verstärkter Schädigung der Oberbaukomponenten führt.
Durch die Notwendigkeit von Weichen,
Isolierstößen und anderen Vorrichtungen im Gleis sind lokale Steifigkeitssprünge in der Praxis nicht zu vermeiden und führen zu erhöhtem Wartungsaufwand.
Isolierstöße sind ein wesentlicher Teilder Sicherheitstechnik und werden nachheutiger Sicht viele weitere Jahre im Eisenbahngleis zu finden sein. Um eine
perfekte elektrische Isolierung der Schienenstränge zu gewährleisten, werden
die Schienenenden und die zur Verbindung notwendigen Laschen und Bolzen
mit verschiedensten Isolatoren (z.B. Polyamiden) von den Schienen separiert
und verklebt (Bild 2). Typischerweise
werden Isolierstöße im Abstand von ein
bis drei Kilometern angeordnet und sindam Anfang und Ende von Weichen zu
finden.
Durch den Einbau von Isolierstößen wird
die Homogenität des Gleises gestört, dasich das statische und dynamische Verhalten von der Umgebung unterscheidet.
Es treten erhöhte lokale Kräfte auf, diezu beschleunigtem Verschleiß im Bereichdes Isolierstoßes führen. Typische Schäden wie Ausbrüche, Überwalzungen bis
hin zum Kurzschluss (Rotausleuchtung)werden beobachtet. Die mechanischen
Spannungen im Isolierstoß nehmen aufgrund der erhöhten Schieneneinsenkung
durch Schotterzerstörung zu, was die Situation weiter verschärft.
Die Nutzungsdauer von Isolierstößen
hängt von der Art des Schienenverkehrs
und dessen Intensität ab. AustralischeStudien beobachteten eine Lebensdauer
von nur 50 Mio. Lasttonnen für Frachtverkehr, während in den Vereinigten Staaten
von Amerika von ca. 200 Mio. Lasttonnen
die Rede ist, was einer effektiven Lebenszeit von 12 bis 18 Monaten entspricht
und zu Mehrkosten von 10 000 Dollar
pro Meile und Jahr führt. In Europa investiert Network Rail (UK) aufgrund vonDefekten an Isolierstößen 10 Mio. Pfundüber eine Zweijahresperiode [1]. Als Problemstelle sind Isolierstöße auch bei denÖsterreichischen Bundesbahnen identifiziert. Sie sind mit rund 40% die häufigste Fahrwegstörung im Gleis, ohne
Weiche (Bild 3).

NETWORK INFRASTRUKTUR I 421

ABSCHNITT FREI

Sender

ABSCHNITT BESETZT

SenderI Bild 1: Grobprinzip der Gleisfreimeldeanlage

I Bild 2: Schematische Darstellung eines Isolierstoßes

Fahrwegstörungen KAT.1 2016 (ohne Weiche)
Quelle: ÖBB Infra
Fehlmeldung
12%

Isolierstoß
42%

Licht- u.
Sichtraum
10%
Gleislagefehler
10%

Schienenbruch
8%

I Bild 3: Fahrwegstörungen der Kat. 1 (ohne Weiche) in 2016 [2] (Kat.1 entspricht einer Betriebseinschränkung, d.h. Vollsperre oder Langsamfahrstelle)144 (2020) 11-12 NOVEMBER-DEZEMBER

422 I INFRASTRUKTUR NETWORK

Zusammensetzung normierter jährlicher Kosten
Einfluss des Bogenhalbmessers

Hochbelastete Strecke mit gutem Untergrund
600%
500%

gesamte Lebenszykluskosten
kalkulatorische Abschreibung
Instandsetzung (Verschleiß, keine Inspektion)

400%
300%
200%
100%
0%

R>1000m600m<R<1000m

400m<R<600m

250m<R<400m

R<250mBogenhalbmesser in m

I Bild 4: Einfluss des Bogenhalbmessers auf die Lebenszykluskosten [3]den Feinanteile lagern sich ab, treten vermehrt an die Oberfläche und führen zu
sogenannten „weißen Stellen“, die sichbei Wasserzutritt zu Spritzstellen entwickeln können (Bild 5).
Ist der Untergrund an solchen Stellennicht ausreichend tragfähig, können
durch die dynamische Belastung zudem
Feinteile von unten in das Schotterbett
gepumpt werden, womit sich Schlammstellen ausbilden. Diese beiden Phänomene können mittels Stopfen nicht rückgängig gemacht werden, ein Austausch desSchotters ist notwendig, womit die Kostenintensität steigt.
Funktionieren Isolierstöße nicht, sind
Betriebsstörungen die Folge, womit sichzu den infrastrukturseitigen Kosten auch
Kostenpositionen durch Verspätungenvon Zügen ergeben. Diese werden zwar inaller Regel nicht monetär dargestellt, dieverursachten Verspätungsminuten sindjedoch auch eine wichtige Kenngröße.
Isolierstöße sind bei der ÖBB-Infrastruktur AG für 40% der Gleisstörungen verantwortlich, womit sich technologischeVerbesserungen aufdrängen.

4

I Bild 5: Bildung von Spritzstellen am Isolierstoß3

Vergleich zum
Stoßlückengleis

In der Gleisinstandhaltung sind Schienenstöße eine nicht zu vernachlässigende
Größe. Insbesondere bei Stoßlückengleisen, welche in Österreich in der Regel nur
noch auf Bereiche mit sehr engen Radien beschränkt sind in denen die Schienen
aufgrund des Regelwerks nicht durchgehend verschweißt werden dürfen bildet
die Instandhaltung „Stoßpflege“ eine beachtliche Kostengröße. Diese kommt inetwa bei der Kostenhöhe des Gleisstopfens zu liegen. Ein Stoßlückengleis im engen Bogen zeigt damit rund fünfmal höhere Lebenszykluskosten als ein Gleis in
der Geraden mit lückenlos verschweißten
Schienen (Bild 4).

Das Beheben der geometrischen Fehler
an der Schienenoberfläche bzw. notwendige Arbeiten an den Schienenlaschensind bei der Stoßinstandhaltung nur
ein Aspekt. Der weitaus größere Effekt
stellt sich durch den lokalen Steifigkeitssprung und die damit gestörte Biegelinie
der Schiene ein. Der Stoß – und das giltauch für einen Isolierstoß – zieht über die
höhere Einsenkung Last an, womit auch
auf das Schotterbett eine erhöhte Vertikalkraft einwirkt. Diese Kraft ist durch
die bereits beschriebenen Effekte eineschlagend wirkende Kraft, was die Auswirkungen auf die Komponente Schotter
erhöht.
Neben dem Verlust der Gleislagegeometrie kommt es zu einer massiven Zerstörung des Gleisschotters. Die so entstehen-

Problemspezifische
Modellierung

Bereits seit mehreren Jahren werden bei
der Getzner Werkstoffe GmbH maßgeschneiderte Rechenmodelle zur Auslegung komplexer Gleisabschnitte, wie
Weichen oder Übergangszonen, verwendet. Die Problemstelle Schienenstoß, und
im Speziellen Isolierstoß, ist somit ein
logischer Baustein zur Erweiterung derSystemkompetenz als lösungsorientierter Partner.
Die Basis der numerischen Modellierungbildet hierbei die Finite Elemente Methode (FEM). Ändern sich Gleisparameter auf engem Raum, zeigt die FEM-Modellierung deutliche Vorteile im Vergleich
zu analytischen Verfahren. Für die Optimierungsrechnung wird vom Neubauoder frisch gestopftem Gleis ausgegangen. Hohllagen und andere Fehllagensind somit in dieser Art der Berechnung
im Normalfall nicht vorhanden, können
jedoch für den Abgleich des Modells bei
Bedarf hinzugefügt werden. Der Ansatz
ohne Gleisfehler wird gewählt, da ein
neuer Oberbau idealerweise keine Fehlstellen aufweist. Durch die Optimierung
der Gleisparameter (z.B. Systemsteifigkeit und Setzungsverhalten) zeigt dieser

144 (2020) 11-12 NOVEMBER-DEZEMBER

anschießend sehr wenig oder signifikant
verringerte Abnutzung. Für die Optimierung der Bettung im Neuzustand sindFehlstellen somit nicht relevant.
Der Isolierstoß zeigt im Vergleich zur
kontinuierlichen Schiene eine verringerte Biegesteifigkeit, welche durch Anpassung der elastischen Ebenen des Oberbaus ausgeglichen werden kann. Die statischen und dynamischen Kräfte werden
reduziert, was einen wartungsärmeren
Oberbau zur Folge hat.

5

Verbessertes Langzeitverhalten durch
High-End-Elastomere

Schwellensohlen sind für ihr Potential
zur Verbesserung der Gleislage in Weichen, Übergangszonen und auf offenerStrecke bekannt. Eine optimale Anpassung der statischen und dynamischen
Steifigkeit des Oberbaus wird durch ein
fein abgestimmtes Portfolio an Steifigkeiten der Elastomere erreicht, wodurch die
Beanspruchung minimiert wird. Speziell
zur Schotterschonung und Erhöhung derGleisstabilität optimierte Schwellensohlen fixieren den Schotter durch Verzahnung der obersten Schotterlage im Material und gewährleisten eine hohe Gleislagequalität über lange Zeit.
Der Einbau der Schwellensohle erfolgt
meist im Schwellenwerk. Die Anbindeschicht geht mit dem noch nassen Beton
eine permanente Verbindung ein, die für
die gesamte Lebensdauer der Schwelle
besteht. Alternativ können Schwellensohlen auf bereits bestehende Schwellenaufgeklebt werden. Wegen dieser Eigenschaften und der Erfahrungen im Gleis
während der vergangenen Jahrzehnte ist
ein nutzbringender Einsatz an Isolierstößen naheliegend.

NETWORK INFRASTRUKTUR I 423

I Bild 6: Hohllagen in direkter Umgebung des Isolierstoßes

die Inhomogenität durch die Verringerung der dynamischen Kräfte und der
Schotterkontaktpressung reduziert, waseine Schonung aller Gleiskomponenten
bewirkt. Zum anderen wird der Schotter
durch Einbettung in die Schwellensohle stabilisiert, was Schotterfließen minimiert und ein verbessertes Langzeitverhalten zur Folge hat.
Elasto-plastische Polyurethan-Schwellensohlen sind in der Lage, beide Aufgaben
zu erfüllen, wobei die FEM-Berechnungeine Reduktion der dynamischen Kräfte
im Bereich des Isolierstoßes im Neuzustand von etwa einem Viertel zeigt.
Der größte Nutzen wird jedoch in derEbene zwischen Schotter und Unterseite der Schwelle erreicht. Unbesohlte
Schwellen zeigen typischerweise Kontaktflächen von 3 bis 5%. Diese Kontaktfläche kann durch die Verwendung elastoplastischer Schwellensohlen auf bis zu
35% erhöht werden [4]. Informationenüber das Potential einer Schwellensohle
bezüglich ihrer Kontaktflächenvergrößerung können sowohl im Gleis als auchim Labor gewonnen werden. Für Materialvergleiche ist hier der Vorteil klar
bei der Labormessung, da Unregelmäßigkeiten des Schotters eliminiert werden können und in der Praxis das Entfernen einer Schwelle aus dem Gleis mit

hohem Aufwand und Kosten verbundenist.
Um Schwellensohlen unter Laborbedingungen miteinander zu vergleichen, verwendet Getzner ein Verfahren, das sich an
die Norm DIN EN 16730:2016 anlehnt. Es
besteht aus einer Kombination von quasi-statischem Test und verkürztem Dauerschwellversuch. Die Dauer des Dauerschwellversuchs wurde hier auf eine
Stunde beschränkt. Der Test ist somit für
Prüfinstitute schnell durchzuführen undliefert dennoch nützliche Informationenüber die Vergrößerung der Kontaktfläche
aufgrund von Elasto-Plastizität, welche
bei einem rein quasi-statischen Test nur
unzureichend abgebildet werden könnte. Bild 7 verdeutlicht, dass Materialen
mit nominell gleicher Steifigkeit (nachDIN 45673‑6:2010), signifikant unterschiedliche Kontaktflächen zum Schotter aufweisen können, was sich auf den
Querverschiebewiderstand und somit inweiterer Folge auf die Gleislage auswirken kann [5].
Wird nun in der Berechnung zusätzlich
zu den reduzierten Kräften die erhöhte
Kontaktfläche berücksichtigt, ergibt sicheine Verringerung der Schotterpressung
auf die oberste Schotterlage um 80% undmehr bei deutlich verbesserter Lastverteilung (Bild 8).

5.1 Schwellensohlen
am Isolierstoß
Im Neuzustand wird das Verhalten am
Isolierstoß durch dessen mechanische
Eigenschaften bestimmt. Nach einiger
Zeit im Betrieb treten jedoch die ersten Gleislagefehler, aufgrund von erhöhter Belastung am Steifigkeitssprung, auf
und das Verhalten wird durch Hohllagen und Schotterzerstörung dominiert(Bild 6).
Das Problem muss daher an zwei Fronten angegangen werden. Zum einen wird

I Bild 7: Kontaktfläche unterschiedlicher Materialien im Labortest, Steifigkeiten nachDIN 45673-6:2010 [6]144 (2020) 11-12 NOVEMBER-DEZEMBER

Schotterpressung in N/mm²

424 I INFRASTRUKTUR NETWORK

6,0

4,0

>80% Reduktion
der Schotterpressung

2,0

0,0
-10,0

-7,5

-5,0

-2,5
besohlt

0,0

2,5
5,0
7,5
10,0
Position relativ zum Isolierstoß in m
unbesohlt

I Bild 8: Verringerung der Schotterkontaktpressung durch die Verwendung elasto-plastischer
Schwellensohlen

Ai Beschleunigungsaufnehmer
Wegaufnehmer + Halterung
Di

D5

D1

D2

D3

D4

A1
I Bild 9: Positionen der Messaufnehmer relativ zum Isolierstoß (D1 bis D5 sind Wegaufnehmer,
A1 ist ein Beschleunigungsaufnehmer)

6

Messungen bei Schwerlastbahn in den USA

Im Frühjahr 2016 eröffnete sich die Möglichkeit, Isolierstöße bei einer der größten Schwerlastbahnen in Nordamerika
mit Schwellensohlen auszustatten undmesstechnisch zu untersuchen. Im Testabschnitt verkehren Züge mit 33 t Radsatzlast und maximaler Geschwindigkeit
von 100 km/h bei einer Streckenbelastungvon rund 500 000 Lasttonnen pro Tag.
Zum Zeitpunkt der Messungen waren
die besohlten Isolierstöße etwas mehrals ein Jahr in Betrieb. Als Referenz wurde ein Isolierstoß in der Umgebung gewählt, welcher gleicher Radsatzlast und
Betriebsfrequenz ausgesetzt war. Als
Messparameter wurden Einsenkung
und Erschütterungen gewählt. Die Einsenkungsmessung liefert Informationenüber das Verhalten des Isolierstoßes bei

Zugüberfahrt. Diese sind notwendig, um
die Prognosen der Modelle zu validieren,
falls nötig Anpassungen zu machen undsomit kontinuierlich die Ausgabequalität zu steigern.
Wenn es um das Thema Schotterfließen
und in weiterer Folge Setzungen geht,
können Erschütterungsmessungen Erkenntnisse liefern. Ab ca. 30 Hz beginnt
der kritische Frequenzbereich für eine erhöhte Abnutzung der Steine im Schotterbett [7] und die plasto-elastische Verflüssigung des Schotters nimmt zu [8]. Werden die Schwingungen im Schotterbett
in diesem Frequenzbereich reduziert, so
ist ein vermindertes Setzungsverhalten
zu erwarten.

6.1 Messaufbau und Logistik
Messaufbau und Logistik stellten bei einer Messung in der Prärie von Nebraska

eine besondere Herausforderung dar. Der
Messaufbau wurde mit Fokus auf Unabhängigkeit von den vor Ort vorherrschenden Randbedingungen entworfen. Der
Großteil der Konstruktion konnte vor Ort
gekauft werden, wodurch nur die Messgeräte aus Österreich mitgebracht werdenmussten. Einsenkungen wurden an fünf
verschiedenen Messpunkten aufgenommen (Bild 9 und Bild 10), wobei die Wegaufnehmer D1 bis D4 zur Auswertung herangezogen wurden und der Aufnehmer
D5 zur Kontrolle bezüglich Schienenverkippung diente. Zur Messung der Erschütterungen am Punkt A3 wurde ein Rammpfahl ins Schwellenfach des Isolierstoßes
gesetzt. Mit dem Beschleunigungsaufnehmer am Punkt A3 wurden die Vibrationen
in der obersten Schicht des Untergrunds
gemessen, welche direkt proportional zu
jenen im Schotter sind.

6.2 Auswertung undInterpretation
Aufgrund der unterschiedlichen Konfigurationen der einzelnen Züge wurden
zur Auswertung die Lokomotiven, welche im Gegensatz zu den Waggons konstante Radsatzlasten aufweisen, herangezogen. Ein Beispiel eines Messsignals ist
in Bild 11 zu finden. Zu sehen sind die
beiden Triebfahrzeuge, die jeweils zwei
Drehgestelle mit je drei Radsätzen besitzen.
Um zu einem statistisch repräsentativen
Wert der Einsenkung zu gelangen, wurden die Einsenkungen aller Zugüberfahrten gemittelt, wobei die mittlere Einsenkung der einzelnen Zugüberfahrt wiederum aus dem Durchschnitt der ersten drei
Radsätze bestand.
Der somit ermittelte Einsenkungsverlauf
ist für den besohlten als auch für den
unbesohlten Isolierstoß in Bild 12 zu finden.
Der Isolierstoß zeigte in beiden Fällen
eine abweichende Steifigkeit im Vergleich
zum angrenzenden Gleis. Es ist jedoch zu
erkennen, dass der besohlte Isolierstoßeine deutlich homogenere Einsenkung
bezüglich der angrenzenden Strecke aufwies, verglichen mit der Standardausführung. Dieses Phänomen kann durch die
Entwicklung der Gleislage über die Zeiterklärt werden. Schwellensohlen sindfür ihren positiven Einfluss in Bezug auf
Schlotterfließen und Gleislagequalität bekannt. Die Entwicklung von Gleislagefeh-MOBILITÄT
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426 I INFRASTRUKTUR NETWORK

lern wird vermindert und die Einsenkung
bleibt annähernd konstant.
Die Reduktion der in den Schotter übertragenen Kräfte kann durch die Erschütterungsmessungen nachgewiesen werden.
Wie bereits erwähnt, nimmt der Schotterverschleiß für Frequenzen größer als
30 Hz signifikant zu. Nach der Transformation der Messdaten in den Frequenzbereich ist die Hauptanregung zwischen
16 Hz und 160 Hz zu finden (Bild 13).
Der unbesohlte Isolierstoß leitet mehrkinetische Energie in Form von Vibrationen in den Untergrund und folglich ist
der Schotter höheren dynamischen Kräften und größerer Bewegung ausgesetzt.
Das Resultat sind verstärkte Setzungen
und erhöhter Schotterverschleiß.

7

ISOLIERSTOSS

Analoge Ergebnisse bei
Schienenstößen in China

Einsenkung in mm

Auf der 653 km langen Strecke zwischen
Datong und Qinhuangdao betreibt die
Daqin Railway jene Güterstrecke, die
die weltweit höchste Kapazität aufweist(Bild 14). Bei einer Radsatzlast von 25 t
werden täglich annähernd 1,5 Mio. Lasttonnen befördert. Ein Teil der Strecke
wurde 2015 und 2016 mit elasto‑plastischen Polyurethan-Schwellensohlen aus-

I Bild 10: Messsetup im Gleis

-2,0
0,0
2,0

4,0
D1

6,0

D2
D3

8,0
10,0

D4

0

1

2

I Bild 11: Einsenkungsverlauf einer Lokomotive mit 33 t Radsatzlast

3

4

5

6
Zeit in sEinsenkung in mm

144 (2020) 11-12 NOVEMBER-DEZEMBERNETWORK INFRASTRUKTUR I 427

gestattet, welche selbst nach einer Belastung von mehr als 1 Mrd. Bruttolasttonnen keinerlei Anzeichen von Beschädigungen vorwiesen (Bild 15).
Das mit vollen Kohlezügen befahrene
Gleis wurde nach 519 Mio. Lasttonnen inden unbesohlten Sektionen zweimal gestopft, während im besohlten Abschnitt
keinerlei Wartung nötig war. Ein ähnliches Verhalten zeigte sich auf dem Nebengleis, auf welchem Leerzüge verkehren. Hier wurden die unbesohlten Abschnitte nach 173 Mio. Lasttonnen bereits
dreimal gestopft, der besohlte Abschnitt
zeigte jedoch keine Anzeichen, die ein
Eingreifen notwendig machten [10].
Die Strecke wurde in regelmäßigen Abständen durch Gleismesszüge vermes-

0,0Isolierstoß (mit Schwellensohle)

1,0Isolierstoß (ohne Schwellensohle)

2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5
1,0
Position relativ zum Isolierstoß in m

Schwingschnelle in dB (rel. 10x10 -6 mm/s)

I Bild 12: Mittlerer Einsenkungsverlauf am Isolierstoß mit und ohne Schwellensohlen

140
Isolierstoß mit SL
Isolierstoß ohne SL
130

120

110

100

6,3

8

10

12,5

16

20

25

31,5

40

50

63

80

100 125 160 200 250
Frequenz in Hz

I Bild 13: Schwingschnelle im Schwellenfach des besohlten und unbesohlten Isolierstoßes

I Bild 14: Meist befahrene Strecke der Welt von der Provinz Shanxi zum Golf von Bohai in China [9]144 (2020) 11-12 NOVEMBER-DEZEMBER

428 I INFRASTRUKTUR NETWORKStandardabweichung Längshöhe in mm

sen, wodurch die verbesserte Gleislage
im besohlten Bereich deutlich zu erkennen ist (Bild 16).
In den Messschrieben waren einzelne
Störstellen zu finden, welche zu Beginn
für etwas Verwirrung sorgten. Nach Gesprächen mit dem Betreiber stellte sichjedoch heraus, dass sich genau an diesen Stellen Schienenstöße befanden, welche Ende 2016 verschweißt wurden. Es
bot sich somit die Gelegenheit das Verhalten von unbesohlten und besohlten
Schienenstößen miteinander zu vergleichen.
Die Entwicklung der Gleislage über die
Zeit zeigt, dass die unbesohlten Schienenstöße deutlich höhere Verschlechte-

I Bild 15: Ausgebaute besohlte Schwellen nach mehr als 1 Mrd. Lasttonnen

8,0

11_20157,0

12_2015

Schienenstoß

6,0

Testabschnitt - SCHWELLENSOHLEN

5,0

05_2016

Schienenstoß

4,0

Schienenstoßbesohlt

3,0

07_201608_20162,009_2016

1,0
0,0
282,0

10_2016
282,5

283,0

283,5

284,0

284,5

285,0

285,5

286,0

Kilometrierung

I Bild 16: Abweichungen der Längshöhe mit deutlich verminderten Verschlechterungsraten bei den besohlten Schienenstößen

rungsraten aufweisen als die besohlten
Schienenstöße, welche die Gleislage sogar besser halten als das angrenzende unbesohlte Streckengleis.
Durch eine gezielte Optimierung der Steifigkeit am Stoß könnten hier weitere Verbesserungen erreicht werden.

8

Schlussbetrachtung

Durch den Einsatz von Schwellensohlen mit elasto-plastischen Eigenschaften
kann die Problemstelle Isolierstoß, wieauch der Schienenstoß im Allgemeinen,
deutlich entschärft werden. Die Inhomogenität der Oberbaubettung am Stoß wird

durch die modellbasierte Auswahl der ambesten geeigneten Schwellensohle kompensiert. Zusätzlich können Langzeiteffekte, wie Schotterzerstörung, Setzungen und Schäden am Stoß selbst durch
die Konservierung der Gleislage deutlich
verringert werden. Schwellensohlen mit
hohem plastischen Anteil erzeugen signifikant erhöhte Kontaktflächen zum Schotter, wodurch die Schotterkontaktpressung
deutlich verringert werden kann. Des
Weiteren wird die oberste Schotterlage
durch Verzahnung stabilisiert.
Messungen im Gleis zeigen, dass sowohl Isolierstöße, als auch Schienenstöße, in besohlter Ausführung gerin-

gere Verschlechterungsraten aufweisen.
Weitere Optimierungen der Gleisbettung
sind jedoch möglich, um Isolierstöße
so weit wie möglich an das Regelgleis
anzupassen.
#658_A3_Rev(Bildnachweis: 1, 2, 5, 6, 8 bis 13, 15 u. 16,
Getzner; 3, [2], 4, [3], 7, [6] u. 14, [9])Literatur[1]

Gallou, M.; Temple, B.; Hardwick, C.; Frost, M.;
El-Hamalawi, A.: Potential for External Reinforcement of Insulated Rail Joints. Loughborough University‘s Institutional Repository,
December 2016.

144 (2020) 11-12 NOVEMBER-DEZEMBER

Dipl.-Ing. Martin Quirchmair(36). 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 in der Railway Division und u. a. Verantwortlicher für internationale Forschungsprojekte (z.B. Horizon 2020 - Shift2Rail), Fahrweg-Simulationen,
Messungen im Gleis, Koordinierung von Laboruntersuchungen und die Produktgruppe
Schwellenlager.
Anschrift: Getzner Werkstoffe GmbH,
Herrenau 5, 6706 Bürs, Österreich.
E-Mail: martin.quirchmair@getzner.com

Dipl.-Ing. Michel Fellinger(32). Masterstudium Bauingenieurwissenschaften
Umwelt und Verkehr an der
TU Graz bis 2016 und Graduierung zum Dipl.-Ing.,
2014 bis 2016 Projektmitarbeiter am Institut für Straßen- und Verkehrswesen der
TU Graz, seit 2016 Universitätsprojektassistentam Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft der TU Graz. Forschungsschwerpunkt: Verhaltensbeschreibung und AssetManagement für Weichen.
Anschrift: Technische Universität Graz, Institut
für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft,Rechbauerstraße 12/II, 8010 Graz, Österreich.
E-Mail: michael.fellinger@tugraz.at

NETWORK INFRASTRUKTUR I 429

Mach, M.: Weichenakademie Wörth. ÖBB
Infra 2016.
[3] Marschnig, S.: iTAC – innovative Track Access
Charges, ISBN: 978-3-85125-493-8, Monographic Series TU Graz / Railway Research,Band 1. Verlag der Technischen Universität
Graz 2016.
[4] Loy, H.; Augustin, A.: Pushing the limits ofballasted heavy-haul railway track by means of high-strength under-sleeper pads
made of a specially developed PUR. RailEngineering International, Edition 4, Dec.
2015.
[5] Gabl, S.; Rüger, B.; Loy, H.; Pospischil, F.: Einfluss der Kontaktfläche auf den Querverschiebewiderstand. Eisenbahntechnische
Rundschau, ETR Austria 2020, Nr. 3, S. 63-67.
[6] Getzner Werkstoffe GmbH: Importance ofContact Areas – General Discussion andMeasurements. Internal Report, Bürs, April
2015.
[2]

Assoc.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.
techn. Stefan Marschnig (45).
Bauingenieurstudium an
der Technischen Universität Graz und dem Instituto Superior Técnico Lisboa(Portugal); 2002 bis 2007 Assistent am Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft der TU Graz, Promotion 2007; seit2008 Geschäftsführer von LCC rail consult; 2010bis 2016 Assistenzprofessor an der TU Graz, Leiter der Forschungsgruppe Life Cycle Management; Habilitation 2016; seit 2016 AssociatedProfessor an der TU Graz.
Anschrift: Technische Universität Graz, Institut
für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft,Rechbauerstraße 12/II, 8010 Graz, Österreich.
E-Mail: stefan.marschnig@tugraz.at

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Mißler M.; Stolz C.: Feste Fahrbahnen in Betonbauweise [Concrete slab tracks]. Betonkalender, Sonderdruck Ernst & Sohn 2015.
[8] Bosch, R.: Querverschiebewiderstandsmessung mit dem dynamischen Gleisstabilisator. Eisenbahningenieur (58) 6/2007 S. 15-19.
[9] Huiding, D.; Pospischil, F.; Loy, H.: Heavyhaul in China: Investigating durable elasticity for superstructure. Global Railway Review,
5/2018.
[10] Track Maintenance Department, Taiyuan
Railway Bureau: Reference Letter of USP,
July 10, 2017.

Dr. Harald Loy (45). 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 Teamleiter Systementwicklung. Seit 2018 Head of R&D Railway Division.
Anschrift: Getzner Werkstoffe GmbH,
Herrenau 5, 6706 Bürs und Universität Innsbruck, Institut für Infrastruktur, Intelligente
Verkehrssysteme, Technikerstr. 13, 6020 Innsbruck, Österreich.
E-Mail: harald.loy@getzner.com