Oberbau­formen

© IVE - TU Braunschweig

Oberbaukonstruktionen

In Gleisbau-Konstruktionen hat der Oberbau die Aufgabe, die aus der Verkehrsbelastung resultierenden vertikalen und horizontalen Kräfte aufzunehmen und in den Untergrund abzuleiten. Die Verteilung der Kräfte auf immer größere Flächen bewirkt eine Lastverteilung, die eine Überbeanspruchung der einzelnen Komponenten des Oberbaus verhindert und eine möglichst geringe und gleichmäßige Flächenpressung auf dem Planum gewährleistet.

Im Eisenbahnoberbau werden weitestgehend zwei grundsätzliche Konstruktionen unterschieden,

  • der Schotteroberbau (SchO) und
  • die Feste Fahrbahn (FF).

Beide Oberbaukonstruktionen haben gemein, dass der Kontakt zwischen Fahrzeug und Fahrweg über zwei Schienen erfolgt. Die Schienen werden mithilfe von Schienenbefestigungsmitteln an Schwellen bzw. Stützpunkten elastisch gehalten. Dabei gibt es Sonderformen im Straßenbahnbau, bei denen andere Formen der Schienenfixierung eingesetzt werden.

© Mike Enerio

Schotteroberbau

Der Schotteroberbau wird auch als klassischer Oberbau bezeichnet, da er historisch den mit Abstand größten Anteil der Oberbaukonstruktionen in Deutschland darstellt und seit den Anfangstagen der Eisenbahn in ähnlicher Grundkonzeption eingesetzt wird. Er besteht aus den folgenden Hauptkomponenten:

  • Schiene
  • Schienenbefestigung
  • Schwelle
  • Schotterbettung
  • Planumsschutzschicht

Beim Schotteroberbau werden die Schwellen in der Regel quer zur Gleisachse im Abstand von 60 cm, 65 cm oder 83 cm (Y-Stahlschwellen) verlegt. Es existieren unterschiedliche Schwellentypen die sich in Material, Konstruktion und Zusätzen unterscheiden können. Durch die Einbettung der Schwellen in ein Konglomerat aus Schottersteinen werden eine gute Lagestabilität und eine optimale Lastausbreitung gewährleistet. Das in Schotter verlegte Querschwellengleis hat sich seit dem Beginn des Eisenbahnzeitalters bewährt und stellt heute die Regelform des Eisenbahnoberbaus dar.

Das schwächste Glied im Tragsystem stellt nach wie vor der Schotter dar, der abgesehen von der Qualität des Gesteins keine sinnvolle Verbesserung zulässt. Untersuchte Möglichkeiten, wie beispielsweise eine Verklebung des Schotters, haben sich aus verschiedenen Gründen nicht durchsetzen können.

Bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit kommt es unter dem Einfluss der dynamischen Beanspruchung aus dem Eisenbahnbetrieb zu einer verstärkten Kornumlagerung im Schotterbett, die zu einer fortschreitenden Verschlechterung von Gleislage führt. Da gleichzeitig die Anforderungen an die Lagegenauigkeit mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit wachsen, erfordert diese Oberbauform gerade im Hochgeschwindigkeitsverkehr einen erhöhten Unterhaltungsaufwand.

Ziel neuer Oberbaukonstruktionen war es deshalb, den Schotter durch neue, lagebeständige Materialien wie Beton oder Asphalt zu ersetzen.

© Franz Piereder

Feste Fahrbahn

Abgeleitet von seiner stabilen, festen Lage wird der schotterlose Oberbau in Deutschland als Feste Fahrbahn (auch Tragplattenoberbau) bezeichnet. Das Konstruktionsprinzip der Festen Fahrbahn besteht aus einzelnen Tragschichten mit von oben nach unten abnehmender Steifigkeit:

  • Schiene
  • Schienenbefestigung
  • Schwelle
  • Betontragschicht (BTS) bzw. Asphalttragschicht (ATS)
  • Hydraulisch gebundene Tragschicht (HGT)
  • Frostschutzschicht (FSS)

Nach der Art der Schienenauflagerung werden Feste Fahrbahn-Konstruktionen in Bauarten mit kontinuierlicher Auflagerung und Bauarten mit Stützpunktlagerung unterschieden. Aufgrund der Stabilität von Betontragschichten kann auf die Verwendung von Schwellen auch gänzlich verzichtet werden. Die Schiene wird dann auf vorgefertigten Stützpunkten gelagert oder direkt auf der Tragschicht befestigt. 

Obwohl der Anteil der Festen Fahrbahn an der gesamten Streckenlänge gering ist, gewinnt sie wegen der Gewährleistung einer dauerhaft stabilen Gleislage vor allem im Hochgeschwindigkeitsverkehr an Bedeutung.

Lasteinleitung

Die Oberbaukonstruktion liegt als oberer Teil des gesamten Bahnkörpers auf dem Unterbau. Dem Unterbau werden alle Bauelemente unterhalb der Planumsschutzschicht(en) zugeordnet. Dazu gehören Erdbauwerke, Entwässerungsanlagen und auch konstruktive Ingenieurbauwerke.

Die Lasteinleitung wird hier weiter erläutert.

Unterscheidung der Oberbaukonstruktionen (nach DB Ril 820)

Die Oberbauform einer Strecke wird grundsätzlich nach dem folgenden Schema mit jeweiligen Kurzbezeichnungen der Elemente angegeben:

Schienenbefestigung – Schienenform – Schwellenart – Anzahl Schwellen

Dabei wird zwischen Stoßlückengleisen und lückenlosen Gleisen unterschieden.

Bei lückenlosen Gleisen wird die Anzahl der Schwellen pro 1.000 m angegeben:

© IVE - TU Braunschweig

Das Beispiel zeigt einen Oberbau für Geschwindigkeiten V > 160 km/h und einer Gleisbelastung von 10.000 – 30.000 Lasttonnen pro Tag:

  • W 14 K 686a/687a -Schienenbefestigung
  • 54 E4 Schiene
  • Betonschwelle B70 (altbrauchbar oder neu)
  • Schwellenabstand: 0,60 m.

Bei Stoßlückengleisen wird zusätzlich die Schienenstoßart, die Schienenlänge und die Anzahl der Schwellen des Gleisjoches angegeben:

© IVE - TU Braunschweig

Das Beispiel zeigt den folgenden Oberbau:

  • KS 15 690 / KS 8 691-Befestigung
  • 54 E4 Schiene
  • Stahltrogschwelle St 82
  • Breitschwellenstoß mit 30 m Schienenlänge
  • Schwellenabstand: 0,60 m

Auswahl der Oberbaukonstruktionen:

Die Festlegung der einzubauenden Komponenten erfolgt in Abhängigkeit der zu erwartenden täglichen Belastung sowie der zulässigen Streckengeschwindigkeit. Bei der DB Netz AG wird die Auswahl der einzubauenden Gleisausrüstungen anhand der Richtlinie 820.2010 für Schotteroberbau getroffen.

Für die Feste Fahrbahn werden grundsätzliche Regelungen in der Richtlinie 820.2020 der DB AG formuliert. Eine Tabelle für geltende Ausrüstungsstandards, wie für den Schotteroberbau, gibt es nicht.

In freundlicher Zusammenarbeit mit IVE - TU Braunschweig