Sie sind vermutlich noch nicht im Forum angemeldet - Klicken Sie hier um sich kostenlos anzumelden Impressum 

Modellbahnanlagen
Planungs- und Design-Forum

für vorbildgerechten Modellbahnbetrieb

Sie können sich hier anmelden
Dieses Thema hat 15 Antworten
und wurde 483 mal aufgerufen
 IV.5. So macht es das Vorbild
Seiten 1 | 2
Gilpin Online




Beiträge: 1.293

30.06.2019 11:57
In Weichen auf Brücken wirkende Kräfte antworten

Hallo zusammen,

in ganz anderem Zusammenhang (vorletztes Bild) haben wir kürzlich die in Weichen wirkenden Kräfte diskutiert; es geht um eine Weiche, die auf einer Brücke liegt:

Zitat von hmmueller im Beitrag Mein erstes Mal (Fremo Puko Treffen Annweiler 2019)
wenn man sich die Kräfte beim Befahren des Zweiggleises vorstellt, werden da einige Weichenschwellen saftig abgeknickt.

Ich denke, dass es bei dem Modul hinsichtlich der Platzierung der Weiche auf einer Brücke ohne durchgehenden Boden darauf ankam, die praktisch unsichtbare Gestaltung des Mittelleiters zu demonstrieren, und das ist sehr gut gelungen! Ob die Weiche wirklich noch einmal vorbildgerechter würde durch Nachbildung einer Verbindung Schwellen:Stahlträger der Brücke würde ich erst einmal abwarten.

Abgesehen von weiterer Aufklärung der physikalischen Zusammenhänge interessiert mich, weil relevant für die Modellbahnplanung, wie oft solche Weichen auf Brücken vorkommen.

Ich wünsche einen schönen Schwimmbadbesuch,
Reiner & Edith

hmmueller Offline



Beiträge: 307

30.06.2019 13:02
#2 RE: Radiale Kräfte in Weichen antworten

Hallo Reiner und andere Interessierte -

ich erklär das gern mit ein paar Bildern - die muss ich aber erst skizzieren (von Hand oder CAD? ... mhm ...). Kurz vorneweg:

- Es geht nur um Gewichtskräfte; Seitenkräfte sind vernachlässigbar.
- Man muss i.w. drei Arten von Brücken unterscheiden: Solche mit durchgehenden Platten (alle modernen Brücken); solche mit Trägern oberhalb der Fahrbahn (wie in dem Beispiel) = Obergurten; und solche mit Trägern unterhalb der Fahrbahn = Untergurten.
- Das Ganze kann man sich mit Hausverstand überlegen; dazu braucht man keine Ingenieursausbildung und -bücher.
- Weichen auf Brücken mit Ober- oder Untergurten wird es nur sehr selten geben - man kann sowas bauen, aber es ist sehr teuer. So einen Fall wie auf der Modellbahn wird niemand zahlen - da verlegt man entweder die Brücke oder die Weiche (auf den zwei alten Tragwerken der Hohenzollernbrücke in Köln liegen allerdings tatsächlich etwa 6 Weichen - aber das ist dort ja eine der weltweit ungünstigsten Lagen eines Bahnhofskopfes überhaupt).

Echte physikalische Überlegungen - alle basierend auf dem Hooke'schen Gesetz - braucht man sowieso nur bei einer richtigen Bemessung - aber die ist bei Modellbahnen immer unkritisch, weil die Querschnitte und damit die Widerstandsmomente und damit die Tragkräfte mit dem Quadrat des Maßstabs fallen, während die Gewichtskräfte mit der dritten Potenz fallen - daher sind z.B. H0-Modellbahnbauten immer um den Faktor 1:87 überdimensioniert [wenn nicht noch mehr, weil man ein Bauteil gar nicht so klein hinkriegt ...]). Und eine Bemessung ist nur bei auf Zug belasteten Bauteilen schwierig = bei Eisen und Stahlbauteilen. Auf Druck belastbare Dinge wie Stein oder (der richtige) Beton halten, wenn man die richtige Gesteinsart nimmt (eine, die nicht zerbröselt), praktisch unendlich viel aus (wie man z.B. an den Alpen sieht; aber auch alle anderen Gebirge stehen ziemlich stabil ...). Daher muss man die auch nicht "bemessen" = irgendwas dafür rechnen. Und deshalb konnten schon die Römer zuverlässig und serienmäßig Brücken mit über 70 Meter Höhe und Dutzenden Kilometern Länge bauen, ohne eine einzige Formel anzuwenden.

Aber auch bei auf Zug belasteten Bauteilen - also dem Großteil von Stahlbrückenkonstruktionen - muss man zuerst gar nichts rechnen, sondern nur die Übertragung der Kräfte designen. Wenn man sie genügend überdimensioniert (was man wegen der mangelnden Werkstoffqualität lange getan hat), dann kommt (oder kam) man hier sogar auf der großen Eisenbahn ohne Rechnung aus - erst, als man doch konsistente Werkstoffqualität hatte und immer weiter bauen wollte, hat man parallel dazu auch zu rechnen begonnen. Aber das interessiert uns hier gar nicht. Wir überlegen uns den Aufbau von Brücken analog zu Küchenmöbeln und Bücherregalen. Mehr ist nicht nötig.

... Fortsetzung in Kürze, wenn ich ein paar Skizzen habe ...

H.M.

Gilpin Online




Beiträge: 1.293

30.06.2019 14:02
#3 Vertikale Kräfte in Weichen antworten

Hi HM,

yep, wenn radiale Kräfte vernachlässigbar sind, dann vernachlässigen wir sie gerne. Ich hoffe, dass dieses Bild ...



... Deine Gedanken veranschaulicht. Das Gleis ist auch auf der Brücke eingeschottert, es gibt also eine Platte unter dem Schotter, und die Weiche wurde hinter die Brücke gelegt. (Man beachte die Holzschwellen auf der Brücke.)

Schönen Sonntag noch,
Reiner

OOK Offline




Beiträge: 4.036

30.06.2019 14:31
#4 RE: Vertikale Kräfte in Weichen antworten

Zitat von Gilpin im Beitrag #3
(Man beachte die Holzschwellen auf der Brücke.)
Auf Brücken sind Holzschwellen mit quadratischem Querschnitt vorgeschrieben. Habe die Vorschrift nie gesehen, nur die Auswirkung.

OOK
http://ferrook-aril.jimdo.com/

hmmueller Offline



Beiträge: 307

30.06.2019 14:45
#5 RE: Radiale Kräfte in Weichen antworten

Eine Sache muss ich doch noch erwähnen: Schwellen sind keine "Träger" - das heißt, dass man sie nicht auf Biegung beanspruchen darf. Der Grund ist einfach, dass Holz ein zu "unsicherer" Werkstoff ist - ungleichmäßig ("nicht homogen"), die Fasern reißen und brechen zufällig, es wird morsch usw.usf. Holzschwellen kann man daher nur auf Druck beanspruchen, und sie müssen genau unterhalb der Schienen gelagert werden, so dass die Gewichtskräfte (und die Schlagkräfte) senkrecht nach unten durchgeleitet werden.

Das ist eigentlich schon der Hauptgrund, wieso die Konstruktion auf der gezeigten Modellbahnbrücke nicht funktioniert und die Schwellen abbrechen würden, wenn ein Zug in die Ablenkung fährt: Die Schwellen werden auf Biegung beansprucht; und bei der gewählten Konstruktion sind sie nicht einmal beidseitig gelagert, sondern stehen als "Kragarm" über, sodass sie wunderschön abknicken werden (bzw. würden, nämlich in der Realität - auf der Modellbahn mit ihrer 87-fachen Überdimensionierung geht das wunderbar):



Wie geht es richtig? Dazu muss man sich überlegen, was eine Obergurtbrücke (wie die verwendete Blechträgerbrücke) eigentlich tun muss: Irgendwo liegen da seitlich die Hauptträger. die ihre Kräfte an Widerlager und evtl. Pfeiler abführen. Dazwischen gibt es ein Gleis (aus Schienen und Schwellen), auf das ein Zug draufdrückt. Und irgendwie müssen die Kräfte auf die Schienen zu den Hauptträgern kommen:



Eine Idee ist, unter jede(!) Schwelle einen Querträger zu montieren - sozusagen eine kleine "Querbrücke", auf der die Schwelle liegt. Jeder Querträger hat wieder seine eigenen Auflager auf dem Hauptträger, und nun sieht man schön, wie die Kräfte vom Gleis auf die Querträger, dort über die Auflager auf die Hauptträger und von dort in die Widerlager abgeleitet werden:



Aufgabe gelöst? Ja schon - aber so viele Querträger sind teuer. Daher macht man es anders: Man nimmt weniger Querträger und dafür unter jeder Schiene einen niedrigen Längsträger - also eine weitere Längsbrücke auf den Querbrücken. Insgesamt sind wir nun bei einer Konstruktion aus 3 Trägersystemen: Hauptträger, Querträger und Längsträger, und die Kräfte marschieren weiterhin senkrecht von oben nach unten, ohne dass eine Schwelle geknickt wird:



Wenn man nun eine Weiche auf eine solche Brücke legen will, dann muss man ungefähr unter den abzweigenden Schienen weitere Längsträger führen - schon das erhöht die Kosten. Außerdem wird das Ganze dann etwas verwickelt, weil nun jeder Querträger an anderen Stellen Auflager für seine vier Längsträger braucht - man muss lauter einzelne Zeichnungen machen und jeden getrennt fertigen. Das mag die Brückenbauanstalt nicht gern, bzw. sie verrechnet ganz andere Preise als bei immer gleichen Querträgern. Gehen tut es natürlich (siehe Hohenzollernbrücke), aber der Oberingenieur wird sich lange überlegen, ob er das so macht.

Noch was: Die Sache mit den Quer- und Längsträgern kann man sich vollständig ersparen, wenn man die Hauptträger genau unter die Schienen legt - also eine "Untergurtbrücke" baut:



Daher haben Eisenbahnen diese Brücken immer bevorzugt - nur haben sie halt den Nachteil der größeren Bauhöhe unter den Schienen; und wenn dort ein Verkehrsweg führt (Fluss, Straße, andere Eisenbahn), dann muss man bei einer Untergurtbrücke viel höher hinauf - was wiederum die Anfahrtsdämme soviel teurer machen wird, dass man bei Verkehrswegüberbrückungen halt doch die komplizierte Konstruktion mit den Obergurten wählt. Aber im Gebirge, wo man nur Bäche oder sowas überbrückt, sieht man andererseits praktisch nur Untergurtbrücken ... bis zu einer gewissen Größe; darüber müssen die Brücken breiter werden, damit sie seitliche Stabilität haben - daher müssen die Untergurte weiter auseinanderstehen, und man braucht dann eh wieder die Quer- und Längsträger; wenn das aber so ist, kann man sich gleich wieder überlegen, ob einem aus anderen Gründen (z.B. nun, endlich, Ästhetik) doch wieder ein Obergurt besser gefällt.

H.M.

hmmueller Offline



Beiträge: 307

30.06.2019 15:07
#6 RE: Vertikale Kräfte in Weichen antworten

Zitat von Gilpin im Beitrag #3
Hi HM,
Das Gleis ist auch auf der Brücke eingeschottert, es gibt also eine Platte unter dem Schotter, ...


In dem Falle wird die Welt viel einfacher: Denn nun kann man bedenkenlos die Weiche auf die Brücke legen. Das tut man nur deshalb (noch immer) nicht so gern, weil dadurch die Brücke breiter werden muss - und ein Meter Brücke kostet halt viel mehr als ein Meter Bahndamm. Ein kleineres Problem ist noch, dass bei einer Weiche auf der Brücke diese nicht mehr symmetrisch belastet wird, sodass man die Widerlager für diese einseitigen Lasten bemessen muss = sie müssen etwas größer sein.

Als speziellen Fall kann man sich eine Gleisverbindung einer zweigleisigen Strecke überlegen: Bei Brücken mit Trägern (ohne Platten) ist das teuer, teuer, teuer. Bei Plattenbrücken (egal ob Stahl oder Beton) ist das überhaupt kein Problem, weil die Brücke dadurch ja auch nicht breiter wird.

// Edit: Cooles Bild für Detailsfreaks - wo ist denn das?

Zitat von Gilpin im Beitrag #3
(Man beachte die Holzschwellen auf der Brücke.)

Steht ja auch bei Röll:

Zitat
Ausnahmsweise sind bei großen und langen Brücken anstatt der Holzschwellen eiserne Querschwellen zur Anwendung gekommen, die den Vorteil der Feuersicherheit bieten, bezüglich der elastischen Milderung der Stöße aber den Holzschwellen nachstehen.


Tatsächlich baut man das heute auch im Zuge von Betonschwellen noch (manchmal) so - zumindest kenne ich sowas in der Nähe des Münchner Westkreuzes.

Zitat von OOK im Beitrag #4
Auf Brücken sind Holzschwellen mit quadratischem Querschnitt vorgeschrieben. Habe die Vorschrift nie gesehen, nur die Auswirkung.

Wenn die Schwellen auf Stahlträgern liegen, dann werden sowieso eigene Schwellen verwendet, weil sie ja nicht so lang sein müssen: Bei Schwellen im Schotterbett hat der überstehende Teil der Schwelle den Sinn, dass diese unter den Schienen symmetrisch durchgebogen wird (wenn sie kurz außerhalb der Schienen enden würde, dann würde sie außen nach unten gebogen). Auf Längsträgern bringt das nichts, deshalb liegen dort viel kürzere Schwellen (sollte man im Modell wohl auch nachbilden). Der höhere Querschnitt ("quadratisch") wird m.W. gewählt, weil ja nun kein elastisches Schotterbett mehr da ist - für eine näherungsweise gleiche Elastizität sind nun die Schwellen alleine verantwortlich und brauchen daher "mehr Holz". Wenn die Schwellen durch ein Schotterbett durchlaufen wie am Foto, dann nimmt man sicher "ganz gewöhnliche Schwellen" (obwohl ich dafür keine Referenz habe ...).

H.M.

Gilpin Online




Beiträge: 1.293

30.06.2019 20:11
#7 RE: Vertikale Kräfte in Weichen antworten

Hallo HM,

zu

Zitat von hmmueller im Beitrag #6
Cooles Bild für Detailsfreaks - wo ist denn das?
- - - Ich wollt's Euch halt ersparen: Wiesbaden Waldstraße. Dieser besondere Bahnhof taucht nun wohl im gefühlt zwölften thread auf. Es geht um die Überführung über den Grundmühlweg. Also lass mich den Detailfreaks noch etwas bieten, den Blick von unten:



Haben wir da innen, gut erkennbar, die zwei Stahlträger unter den Schienen?

Schönen Sonntagabend noch - Weißweinschorle im Garten?
Reiner

Im zdf / Terra X lief gerade in Beitrag, in dem nachgewiesen wurde, dass der von den Römern verbaute Beton mehr Belastung vertrug als mancher zeitgenössischer. Man lernt nie aus...

hmmueller Offline



Beiträge: 307

30.06.2019 20:53
#8 RE: Vertikale Kräfte in Weichen antworten

... für was die Waldstraße alles gut ist

Also meine "Auflösung" der diversen "Stangln", die man da sieht, wäre folgende:



- Längsträger unter den Schienen gibt's gar keine, weil wir ja eine Plattenbrücke vor uns haben - da verteilt das Schotterbett die Kräfte "kegelig" auf die Platte.
- Links und rechts außen sieht man die Hauptträger.
- Orange ist einer der Querträger gekennzeichnet.
- Rot laufen drei Längsträger unter den Platten - einer in der Mitte (großes rotes Oval), zwei außen. Wenn man das Gilpins erstes Bild im Thread ansieht, sieht man dort schräg reingehende Platten knapp über dem Schotterbett; ich denke, dass die sich unten auf diese äußeren Längsträger abstützen; auf denen und auf den Querträgern liegen dann die Stahlplatten, auf denen der Schotter liegt.
- Das blaue sind m.E. zwei Wasserrohre, die da unter der Brücke abgehängt sind; die Platten sind im Querschnitt nicht waagerecht, sondern (ganz flach) w-förmig; an den zwei tiefsten Stellen des w sammelt sich das Wasser (das durch den Schotter runterkommt, z.B. bei Regen und Schnee) und fließt dann durch die senkrechten Rohre in diese Längs-Wasserrohre, die es dann zu einem Ende der Brücke bringen, wo's dann in irgendeine Kanalisation fließt.

.. so denk ich mir das ... Wenn jemand was anderes weiß, her damit!

H.M.

Gilpin Online




Beiträge: 1.293

30.06.2019 22:41
#9 RE: Vertikale Kräfte in Weichen antworten

Hi H.M.,

ich werd' verrückt! Die roten Längsträger habe ich schlichtweg nicht gesehen und die blauen Wasserkanäle für Träger gehalten! Feine Analyse! Beim Fotografieren war sowieso alles in tiefem Dunkel verborgen; ich habe das Bild tüchtig aufgehellt.

Eine Schöne Arbeitswoche wünsch' ich,
Reiner

Gilpin Online




Beiträge: 1.293

01.07.2019 23:47
#10 RE: Radiale Kräfte in Weichen antworten

Hallo H.M.,

vielleicht ist diese Brücke ...



... ein schönes Beispiel einer Untergurtbrücke:

Zitat von hmmueller im Beitrag #5
Die Sache mit den Quer- und Längsträgern kann man sich vollständig ersparen, wenn man die Hauptträger genau unter die Schienen legt - also eine "Untergurtbrücke" baut: ... nur haben sie halt den Nachteil der größeren Bauhöhe unter den Schienen; und wenn dort ein Verkehrsweg führt (Fluss, Straße, andere Eisenbahn), dann muss man bei einer Untergurtbrücke viel höher hinauf ...im Gebirge, wo man nur Bäche oder sowas überbrückt, sieht man andererseits praktisch nur Untergurtbrücken.

Das "Gebirge" ist die Fränkische Schweiz, der "Fluß" ist ein über die Ufer getretener Bach bei Gasseldorf. Mehr hab' ich nicht, von unten fotografieren konnte ich nicht - normale Schuhe... Aber alle Kriterien scheinen mir erfüllt.

Schau'n wir mal,
Reiner

hmmueller Offline



Beiträge: 307

02.07.2019 08:46
#11 RE: Radiale Kräfte in Weichen antworten

Lehrbuchbeispiel!

H.M.

OOK Offline




Beiträge: 4.036

02.07.2019 17:37
#12 RE: Radiale Kräfte in Weichen antworten

Mir wurden von einem still mitlesenden Forumsmitglied folgende Bundesbahn DV über Stahlbrücken zugespielt:

Datei von filehorst.de laden

Datei von filehorst.de laden

Ich weiß jetzt nicht, ob ihr an diese Daten richtig rankommt, ich mache das zum ersten Mal. "Filehorst" ist ein Ableger von ablaod. Mit abload man nur Bilder hochladen, keine Daten. Bitte um Rückmeldung

OOK
http://ferrook-aril.jimdo.com/

Fdl Triptis Offline




Beiträge: 388

02.07.2019 18:00
#13 RE: Radiale Kräfte in Weichen antworten

Hat funktioniert Gruß H.

hmmueller Offline



Beiträge: 307

02.07.2019 19:36
#14 RE: Radiale Kräfte in Weichen antworten

Ebenfalls !

Meinem "Wissen", dass auf Stahlbrücken kürzere Schwellen liegen, wird hier widersprochen - ich weiß auch nicht, wo ich das herhatte. Gern was dazugelernt.

H.M.

Boscho Offline




Beiträge: 299

08.07.2019 20:08
#15 RE: In Weichen auf Brücken wirkende Kräfte antworten

Zitat von Gilpin
Abgesehen von weiterer Aufklärung der physikalischen Zusammenhänge interessiert mich, weil relevant für die Modellbahnplanung, wie oft solche Weichen auf Brücken vorkommen.



Selten. Mir ist gerade ein einziges Bild einer (nicht mehr existenten Abzweig-)Weiche auf einer Untergurt-Brücke erinnerlich. Ich meine, das in irgendeiner Streckenmonographie aus dem Kenning-Verlag gesehen zu haben, und ich meine, es sei eine Flussquerung gewesen. Einen Eid möchte ich aber nicht darauf schwören.

Sehr schön zu sehen war (bedingt durch das bereits abgebaute abzweigende Gleis) jedenfalls, wie die Träger auch unter dem abzweigenden Gleis durchliefen. Das war schon recht aufwändig.

Ich hatte mich damals[tm] mal mit einem Modellbahnkollegen über Möglichkeiten unterhalten, die Weiche auch im Modell umlegen zu können. Wir sind aber auf keine wirklich brauchbaren Ideen gekommen.

Seiten 1 | 2
 Sprung  

 

Harz-Bahn-Forum

BAE-by-OOK

Xobor Einfach ein eigenes Forum erstellen | ©Xobor.de