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ATMO macht Schienen leise ​

Schienenschleifen hilft, unerwünschte Geräusche, Erschütterungen und Folgeschäden zu vermeiden. Für Einsätze in Straßen- und Stadtbahnnetzen hat Plasser & Theurer ein Schleiffahrzeug komplett neu entwickelt und dabei zwei Arbeitsverfahren kombiniert. ​

Wie Ober- und Unterbau benötigen auch die Fahrflächen von Schienen regelmäßige Inspektion und Instandhaltung. Wellen, Riffel und andere mit der Zeit eintretende Schienenoberflächenfehler verursachen Emissionen von Körper- und Luftschall. Besonders unangenehm ist dies in bebauter Umgebung. Die mit Schäden am Schienenkopf und an der Fahrkante unweigerlich verbundenen Schallemissionen beeinträchtigen die Gesundheit der Menschen. Laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) ist Lärmbelastung eine der größten Umweltgefahren, denn Lärm wirkt sich negativ auf die menschliche Gesundheit aus - sowohl körperlich als auch geistig. Zur Verringerung von Verkehrslärm, der auch vom Schienenverkehr ausgeht, ist präventive Pflege der Schienenoberfläche wichtig. Sowohl Komforteinbußen für die Fahrgäste als auch Folgeschäden für Anwohner, Infrastruktur und Fahrzeuge lassen sich dadurch verhindern. Ein bewährtes Konzept im urbanen Bereich sind die sogenannten Rutschersteine spezieller Schleiffahrzeuge, für vorbeugende Instandhaltung und „Akustikschliff“. Plasser & Theurer hat jetzt den Schienenschleifanhänger ATMO (Automatic Track Machine Oscillator) für die städtischen Straßenbahnnetze neu entwickelt. Er kombiniert die zwei Schleifverfahren Rutschersteineinsatz und oszillierendes Schleifen.

Akustikschliff und präventives Schienenschleifen

Der von Schienenbahnen ausgehende Lärmpegel – im niederen und mittleren Geschwindigkeitsbereich vor allem durch das Abrollgeräusch hervorgerufen – hängt stark vom Zustand der Kontaktfläche zwischen Rad und Schiene ab. Hier wirkt Schienenschleifen als „Akustikschliff“ geräuschmindernd. Der Schienenschleifanhänger ATMO bearbeitet den Fahrkopf, an der Kontaktfläche zum Rad, wodurch eine glatte Schienenoberfläche von Rillen- und Vignolschienen entsteht. Die reduzierte dynamische Anregung des Rades verringert Schienenverschleiß und Schallemission spürbar.

Vorbeugende, regelmäßige Instandhaltung durch präventives Schienenschleifen senkt nicht nur die Emissionen, sondern trägt langfristig sogar zur Kostenminderung bei: Wer der Bildung von Fahrkopffehlern frühzeitig vorbeugt, kann Schienen länger nutzen. Folgeschäden an der Infrastruktur und damit aufwendige Reparaturen entfallen, Instandhaltungszyklen lassen sich strecken.

Für Straßenbahnen wirkt bei Laubfall und Schmierfilmbildung ein häufiger, leichter „Sauberkeitsschliff“ im Übrigen positiv auf die Sicherheit, weil der Bremsweg verkürzt wird – eine Prävention ganz anderer Art. Ein weiterer positiver Einsatz der Maschine ist das „Einschleifen“ neuer Schienenabschnitte durch Entfernen der Walzhaut am Fahrkopf.

Arbeitsanhänger für den Straßenbahnbereich

Der neue Gleis- und Weichenschleifanhänger für den Straßenbahnbereich wird von einem Triebwagen oder Zweiwegefahrzeug geschleppt, von dem aus die Fernsteuerung der Arbeitsfunktionen erfolgt. Der flach gehaltene Schleifanhänger selbst ist unbemannt. In beiden Fahrtrichtungen gleichermaßen einsetzbar, schleift der ATMO bei bis etwa 30 km/h Fahrgeschwindigkeit und kann damit im normalen Straßenbahnbetrieb eingesetzt werden. Angesichts steigender Fahrgastzahlen gibt es zunehmend einen 24-Stunden-Betrieb im Netz, der kaum noch Zeit lässt für geplante Sperrpausen oder regelmäßige Instandhaltungsmaßnahmen. Doch präventives Schienenschleifen ist wichtig, gerade bei steigendem Verkehrsaufkommen. Das Gespann wird daher im laufenden Betrieb „mitschwimmen“, ohne Linienfahrzeuge zu behindern. Eine Herausforderung bei der Entwicklung des Schleifanhängers war das Bearbeiten der im städtischen Bereich häufigen und im Vergleich zu Vollbahnen relativ kleinen Bogenradien. Der neue Schleifanhänger befährt Radien bis zu 16,25 m und kann Radien bis minimal 17,25 m schleifen. Die Schleifsteine werden in der Bogenfahrt radiusabhängig so ausgerichtet, dass sie sich immer über dem Fahrkopf befinden. So können sie – früher bei manchen Schleifmaschinen ein Problem – von möglicherweise leicht emporstehenden Auspflasterungen in Abschnitten mit Rillenschienen auch in engen Radien nicht behindert werden. Anders als bei klassischen Schleiffahrzeugen mit Rutschersteinen müssen diese auch nicht beim Befahren von Weichen- und Kreuzungsbereichen angehoben werden. Die Maschine verfügt über einen 2.800 l fassenden Wassertank für den Nassschliff, bei dem ein dünner Wasserfilm das Schleifen unterstützt und das Ergebnis verbessert. Außerdem verhindert er auch Funkenflug und somit Brandrisiken bei Trockenheit und in Tunneln.

Oszillierendes und kontinuierliches Schleifen

Die Weltneuheit kombiniert das sogenannte oszillierende Schleifen und den klassisch kontinuierlichen Rutschersteineinsatz. Während dieser auch bei höherer Fahrgeschwindigkeit möglich ist, steigert das oszillierende Verfahren die Schleifwirkung bis zumindest 8 km/h. Tests zur Erhöhung der oszillierenden Schleifgeschwindigkeit laufen. Beim oszillierenden Schienenschleifen bewegt eine Hydraulik die Schleifschlitten mit jeweils zwei Schleifsteinen pro Seite mit variabler Frequenz rein horizontal in Schienenlängsrichtung vor und zurück. Das bewirkt einen intensiveren Feinschliff des Fahrkopfes und einen größeren Abtrag als der Einsatz stehender Rutschersteine bei einfacher Überfahrt. Das oszillierende Schleifen empfiehlt sich besonders für die Bearbeitung von bekannten Problemstellen wie zum Beispiel bei Wellenbildung im Anfahrbereich von Haltestellen oder anderen „Hotspots“ der Riffelbildung. Den erforderlichen Öldruck erzeugt ein wassergekühlter und schallgedämmter Deutz-Dieselmotor der EU-Stufe V mit 100 kW und Abgasnachbehandlung.

Forschungsprojekt und Praxistests

Der Schienenschleifanhänger ATMO ist Ergebnis einer einzigartigen Zusammenarbeit zwischen Industrie, Universität und Infrastrukturbetreiber. Das an der Praxis im Straßenbahn- und Light-Rail-Betrieb orientierte Projekt startete 2016 im Zuge der EU-weiten Forschungsinitiative Shift2Rail. Wissenschaftliche Grundlage ist eine Bedarfserhebung der TU Wien, die sich mit den wachsenden Herausforderungen der Schieneninstandhaltung des städtischen Verkehrs beschäftigt. Plasser & Theurer brachte als Industriepartner das Know-how in Konstruktion und Umsetzung ein. Kurz: Die Universität forscht, Plasser & Theurer entwickelt, Stadtverkehrsbetriebe setzen ein, Anwohner finden Ruhe.

Im Mai 2020 begannen mit dem von Plasser & Theurer produzierten Prototyp Einstellarbeiten im Werk Linz, anschließend folgten Praxisversuche bei unterschiedlichen Bedingungen auf Straßenbahngleisen. Als Ergebnisse diverser Testreihen und Praxiseinsätze zunächst auf Normalspur werden verschiedene Erkenntnisse erwartet: zur idealen Frequenz und Amplitude beim oszillierenden Betrieb, zur besten Arbeitsgeschwindigkeit, zur Auflast und zur Auswahl der für beide Schleifverfahren gleichermaßen bestens geeigneten Rutschersteine. Selbstverständlich werden auch Schallmessungen wie vergleichende Untersuchungen am Gleis vor und nach der Bearbeitung vorgenommen.