879© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Stahlbau 82 (2013), Heft 12

Fachthemen

DOI: 10.1002/stab.201310120

Das Durchschnittsalter der Eisenbahnbrücken der DB Netz AG liegt bei über 85 Jahren. Demzufolge liegt auch ein entsprechend alter Bestand an Brückenlagern vor. In diesem Beitrag möchte die DB Netz AG darstellen, dass insbesondere die historischen stählernen Brückenlager heute und bei wirtschaftlich vertretbarem Instandhaltungsaufwand auch in Zukunft ein wesentlicher Bestandteil der Eisenbahnüberführungen sein werden.

Bridge bearings of the present infrastructure – Know-how of the DB Netz AG. He average age of railway bridges of DB Netz AG is over 85 years. In consequence, there exist a high number of bridge bearings in this age as part of the present infrastructure. This paper wants to show that in particular the historic bearings made of steel are an essential part of railway bridges in the present time and with reasonable maintenance they will also be in future.

1 Einleitung

Im Eigentum des Eisenbahninfrastruk­turunternehmens (EIU) DB Netz AG befinden sich 29000 Brückenbauwerke mit insgesamt 110000 Überbauten [1]. 48000 Überbauten sind verschieblich gelagert. Von den ca. 23500 Überbau­ten, die vor 1950 gebaut wurden, ist die einfachste Form einer längsbeweg­lichen Lagerung die Zentrierleiste. Diese Lagerung aus balligen Stahlleis­ten bzw. alten Schienen ist die ein­fachste Art, Überbauten schwimmend und somit ohne Festpunkt zu lagern. Bei mittleren und größeren Stützwei­ten kamen bis 1950 die Lagermate­rialien aus Flussstahl, Gusseisen und Stahlguss zum Einsatz. Mit diesen his­torischen Brückenlagern im Bestand sind noch ca. 8500 Überbauten ausge­rüstet. Die Zahl der alten Rollenlager, Kipplager und Zapfenlager kann mit rund 34000 Stück beziffert werden.

Im Hinblick auf den Brückenbe­stand und auf das Baujahr sind die meisten nachfolgend thematisierten Brückenlager in etwa 60 bis 130 Jahre in Betrieb. In diesem Beitrag wird die DB Netz AG ihre Erfahrungen und den zukünftigen Umgang mit diesen historischen Brückenlagern beschrei­ben (Bild 1).

überlegen, da sie bei der Drehung der oberen Lagerkörper wälzende Rei­bung, bei den Zapfenkipplagern dage­gen gleitende Reibung zu überwinden ist (Bild 3). Punktkipplager und Ku­gelzapfenkipplager wurden bei breiten Überbauten eingesetzt, weil die oberen Lagerkörper auch Drehungen senk­recht zur Überbauachse ausführen können.

Heiko Gregorski

Brückenlager im BestandErfahrungen der DB Netz AG

2 Untersuchungsgegenstand

Von den 34000 Brückenlagern sind 50 % Festlager. Die restlichen 50 % verteilen sich als bewegliche Lager auf Gleitlager für Brücken kürzerer Spannweite (bis ca. 20 m) und Wälz­lager. Die Zapfen­Kipplager in den Varianten Zylinderzapfenkipplager und Kugelzapfenkipplager erfordern einen besonderen oberen Lagerkör­per, welcher die Zapfen umschließt (Bild 2). Deshalb sind die Linien­ und Punktkipplager den Zapfenkipplagern

Bild 1. Südbrücke Mainz mit altem Lagerbestand (Foto: Ingo Horst, FB KIB RB Mitte)Fig. 1. South Bridge Mainz with old bearings

Bild 2. Zylinderzapfenkipplager, längs-beweglich (Foto: Henry Hoffmann, FB KIB RB West)Fig. 2. Knuckle pin bearing, longitudi-nally movable

H. Gregorski · Brückenlager im Bestand – Erfahrungen der DB Netz AG

880 Stahlbau 82 (2013), Heft 12

Lager sind an den sensiblen Schnittstellen zwischen Überbau und Unterbau angeordnet. Sie sind ver­schieden sten Einflüssen ausgesetzt, die das Lagerverhalten bestimmen. Mit der angestrebten Zwängungsfreiheit kön­nen Schäden an Bauwerksteilen bzw. an stark beanspruchten Querschnit­ten unter Umständen vermieden wer­den. Auch lassen sich über die Lager die Reaktionswege der Brückenbau­werke ermitteln.

3 Verantwortlichkeiten/Zuständigkeiten

Der noch heute in Nutzung befindli­che und hier thematisierte Bestand an eisernen und stählernen Brückenla­gern entstammt weitgehend der Zeit der Ländereisenbahnen bzw. der 1920 gegründeten Deutschen Reichsbahn (DR), die als Folge des Zweiten Welt­krieges in Deutsche Bundesbahn (DB) und Deutsche Reichsbahn (DR) zer­schlagen wurde. Nach der Wiederver­einigung ist 1994 zunächst die Deut­sche Bahn AG (DB) und im Zuge der zweiten Bahnreform 1998 die heutige DB Netz AG als Eisenbahninfrastruk­turunternehmen (EIU) gegründet wor­den. Als Brückeneigner ist die DB Netz AG verantwortlich für den übernom­menen Brücken­ und somit auch für den Lagerbestand.

Bis zur Strukturreform oblagen Inspektion, Reinigung, Wartung und Instandsetzung der Lagersubstanz den zehn Brückenbauhöfen in der BRD und neun Brückenmeistereien in der DDR, die später zu IwBK (Instand­haltungswerk Brücken und Kunstbau­ten) umbenannt wurden. Für die da­malige Brückenhauptprüfung und für weitere statisch­konstruktive und in­

standhaltungsrelevante Beurteilungen standen Brückenkontrolleure zur Ver­fügung. Bei Mängeln oder Schäden wurden von den Brückenbauhöfen bzw. Brückenmeistereien gegebenen­falls ganze Lager ausgebaut und über­arbeitet. Als Hilfslager fungierten Not­stapel aus Harthölzern oder Stahlpro­filen und ab den 70er Jahren auch temporäre Lager.

Seit den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts sind die Lager Gegen­stand der turnusmäßigen Inspek­tionen. Die Regelungen wurden 2003 von der Richtlinie 803 [2] auf die ak­tuelle Richtlinie 804, Modul 8001 und 8002, [3] überführt. Alle sechs Jahre finden die Inspektionen im Rahmen der Begutachtung durch den Fachbe­auftragten Konstruktiver Ingenieur­bau (FB KIB) (entspricht der Haupt­prüfung der Straßenbaulastträger) und – um drei Jahre versetzt – alle sechs Jahre durch den Bezirksleiter Konstruktiver Ingenieurbau (Bezl KIB) (entspricht der einfachen Prüfung der Straßenbaulastträger) statt.

Die Entscheidung über Präven­tion, Instandsetzung bis hin zum Aus­wechseln von Lagern wird durch die 34 Produktionsdurchführungsstand­orte der Fern­ und Ballungsnetzte, der 29 Regionalnetze oder der fünf Regio­Netze eigenverantwortlich festgelegt. Die Bezl KIB bzw. die Anlagenverant­wortlichen gehören diesen 68 budget­verantwortlichen Stellen an. Zur Ent­scheidungsfindung kann die Fach­kompetenz der FB KIB einbezogen werden. Durch einen verantwortungs­vollen Umgang der Ernennung zum FB und durch regelmäßige, interne Fortbildungsmaßnahmen über alle re­levanten Gewerke sorgt die Zentrale der DB Netz AG für den Erhalt und die Weiterentwicklung der Fachkom­petenz.

4 Zustand der Bestandslager

Bundes­ und Reichsbahn hatten Ende der 80er Jahre ihre Aktivitäten in der Instandhaltung auf das Notwendigste reduziert. Ursache dieses Instandhal­tungsabbaus liegt zum einen an der Vereinigung der Bahnen in der Bundes­republik und deren marktwirtschaft­lichen Ausrichtung, aber auch an der Tatsache, dass die Kassen der öffent­lichen Hand für die Infrastruktur zu wenig Geld zur Verfügung stellten. Hauptsächlich waren die Bauwerke

bzw. Materialien betroffen, die keinen Abnutzungsvorrat hatten und dadurch keine direkten Rückschlüsse auf den Verschleiß zuließen. Darunter fiel un­ter anderem der Ingenieurbau bzw. die alte Brückenlagertechnik, für die in den letzten Jahrzehnten nicht der Pflege­ und Wartungsaufwand aufge­bracht werden konnte, den vor allem die Wälzlager zum Erhalt ihrer Ge­brauchstauglichkeit erfordern. Auf­grund der Robustheit der alten Wälz­ und Gleitlager sind bislang nur wenige für die Tragfähigkeit und Gebrauchs­tauglichkeit relevante Schäden aufge­treten.

Die DB Netz AG hat die Zeichen der Zeit erkannt und wird in den nächsten Jahren das Instandhaltungs­budget im Ingenieurbau erheblich steigern. Auch die zur Übertragung der Kräfte und Wege notwendigen Brückenlager profitieren von dieser Entwicklung. Zur Lagerreinigung und ­wartung werden weitere notwendige Programme wie z. B. das Nachbear­beiten der Walzflächen, der Austausch von Lagerteilen oder ganzer Brücken­lager und die Korrektur von Lager­fehlstellungen erarbeitet und umge­setzt (Bild 4).

5 Austausch von Bestandslagern5.1 Auf was ist zu achten?

Aufgrund der örtlichen Gegebenheiten, insbesondere der Zugänglichkeit und der konstruktiven Durchbildung der Überbauten (Pressenansatzpunkte vor­handen?) ist ein pauschaler Ansatz zur Ermittlung der Kosten nicht möglich.

Bild 3. Linienkipplager, längsbeweglich (Foto: Gerhard Scherer, FB KIB RB Mitte)Fig. 3. Line rocker bearing, longitudi-nally movable

STB 2. Öff.4/5 Lager 4

Bild 4. Stelzenausrichtung variiert un-tereinander und passt nicht zur Winter-stellung des Lagers (Foto: Stefan Neu-ber, FB KIB RB Nord)Fig. 4. Stilts position varies and doesn’t fit to the winter position of the bearing

881

H. Gregorski · Brückenlager im Bestand – Erfahrungen der DB Netz AG

Stahlbau 82 (2013), Heft 12

Die Variablen Kreuzungspartner, Zugänglichkeit zu den Widerlagern und Pfeilern, Stellfläche für notwen­dige Gerüste, Höhe der Auflagerbänke, Pressenansatzpunkte zum Anheben von jeweils einer Überbauachse, La­gerplatten und des Eisenbahnbetriebs (Lagerwechsel unter Betrieb durchführ­bar?) sind bei der Kostenermittlung für den Austausch von Wälz­ und Gleit­lagern zu berücksichtigen (Bild 5).

Beim Auswechseln von Festpunkt­lagern ist ergänzend zu prüfen, ob der in der Regel vorhandene zweite Fest­punkt die Horizontalkräfte aufneh­men kann. Unter Umständen müssen weitere Verstärkungsmaßnahmen durchgeführt werden. Auch hier kön­nen die betrieblichen Belange eine wesentliche Rolle spielen falls der La­gerwechsel unter Betrieb nicht mög­lich ist. In beiden Fällen ist die Ein­schaltung und Abstimmung mit einem EBA­ (Eisenbahn­Bundesamt) Gut­achter bzw. ­Prüfstatiker erforderlich.

Die Richtlinie 804.5101[4] schreibt bei den Planungsgrundsätzen vor, dass Rollenlager nur bei Instandset­zungsarbeiten alter Brückenbauwerke eingesetzt werden dürfen, wenn vorab geprüft wurde, ob eine Punktkipplage­rung möglich ist. In Tabelle 1 sind die Minimalforderungen bei einem Lager­wechsel aufgeführt. Zur sicheren und planbaren Aufnahme der Horizontal­kräfte und Eingrenzung des lateralen Versatzes werden alle Führungsleis­ten der Lager nachstellbar ausgeführt.

5.2 Kostenermittlung am Beispiel eines historischen Linienkipplagers

Die Kosten für den Lagerwechsel ei­nes alten Linienkipplagers sind nach­folgend dargestellt. Bei den aufgeführ­ten Kosten nach Tabelle 2 sind keine

bahnviadukts Angelroda praktiziert worden, worüber ebenfalls in diesem Heft berichtet wird [6].

6 Entwicklung von Beurteilungskriterien

Lager vor 1950 werden in den ein­schlägigen Normen und den bahneige­nen Richtlinien leider noch nicht hin­reichend erfasst, sodass eine zielfüh­rende Beurteilung der historischen Lagertechnik bisher nicht möglich ist. Hierfür wäre eine systematische Erfas­sung historischer Lager in der Richt­linie 805 [5] sowie die Benennung von Kriterien und Methoden für deren statisch­konstruktive Beurteilung ein

besonderen Erschwernisse berücksich­tigt. Beispielsweise können Straßen­sperrungen oder zusätzliche Anpas­sungsarbeiten der oberen Lagerkörper an Zylinderzapfenkipplagern zusätz­liche Kosten verursachen.

Die Kosten minimieren sich er­heblich, wenn nur einzelne, nicht mehr funktionsfähige Lagerteile ausgetauscht werden bzw. das Lager aufgearbeitet wird. Unter Berücksichtigung der Streckenbelastung (Lasttonnen pro Jahr) und der Restnutzungsdauer ist diese Art der Sanierung für die histori­schen Brückenlager eine wirtschaft­liche Alternative. Beispielhaft ist dieser Umgang bei der Sanierung des Eisen­

Bild 5. Lagerwechsel auf Verformungs-lager und altes Linienkipplager (Foto: Stefan Neuber, FB KIB RB Nord)Fig. 5. Replacement from old line ro-cker to elastomeric bearing

Tabelle 1. Anforderungen für Lagerwechsel (Quelle: Rolf Kiy, Maurer Söhne GmbH & Co. KG)Table 1. Requirements for bearing changes

Pkt. erforderliche Unterlagen durchzuführende Gewerke

a Bestandspläne Brücke

b Lagersystem

c Bestandspläne Lager, Stücklisten

d Statik Bestandslager

eBestandsaufnahme Pressenstellflächen (PSF)

fFestlegung der Einwirkungsgrößen für Lager und PSF

g ggf. Herstellen der PSF

h Lager herstellen und liefern

i Überbau an den PSF anheben

j Bestandslager ausbauen

kAnschlussflächen und Verankerungen herstellen

lLager einbauen, incl. Herstellen der Anschlussfugen

m Überbau an den PSF absenken

n Bestandspläne erstellen

Tabelle 2. Kostenabschätzung bezogen auf die LagerartTable 2. Cost estimation of different bearings

ca. Kosten Lagerwechsel je Lager in T€

Ersatzlagerart

ElastomerKalotten mit PTFE

Kalotten mit UHM­

WPE*

KSL** mit UHM­WPE*

bis 5000 kN Auflast/Lager 22 25 24 25

bis 10000 kN Auflast/Lager 32 30 28 28

bis 25000 kN Auflast/Lager n. m. 45 40 40

bis 80000 kN Auflast/Lager n. m. 80 70 70

* UHMWPE = Hochfester Gleitwerkstoff; entsprechend der Richtlinie 804.5101 sind hoch­feste Gleitwerkstoffe zu bevorzugen

** KSL = Kalottensegmentlager

H. Gregorski · Brückenlager im Bestand – Erfahrungen der DB Netz AG

882 Stahlbau 82 (2013), Heft 12

erster notwendiger Schritt. So behin­dern zum Beispiel Walzenabflachung bzw. Druckstellen in den Lagerplatten das Wälzen und Gleiten zwischen den Kontaktflächen und führen eventuell zu kritischen Spannungszuständen, in einfachen Fällen jedoch reicht die Reinigung der Lager und – falls erfor­derlich – das Drehen der Walze um 90° aus.

Aktuell befasst sich die Organisa­tionseinheit I.NVT 42 (Technologie­management Fahrwegtechnik) der DB Netz AG mit dem Lagerwechsel an Neubauten und Bestandsbauwerken. Die Untersuchungsergebnisse werden zukünftig in das Regelwerk übernom­men. Unter Berücksichtigung der in Abschnitt 5 genannten Variablen wird eine Checkliste zur Durchführbarkeit unter Einbeziehung der zu erwarten­den Kosten erarbeitet. Auf Basis dieser Checkliste können die Kosten und der Nutzen analysiert und die Entschei­dung „Lagererhalt oder Lagerwech­sel“ bzw. „Lagerwechsel unter Betrieb oder im Zuge einer Gleissperrung“ getroffen werden.

Die Ermittlung kritischer Span­nungszustände in den Überbauten ge­

hört seit Jahrzenten zum Portfolio der DB Netz­eigenen Brückenmessung. Kritische Überschreitungen des elasti­schen Spannungszustandes sowie Verformungen und Bewegungen kön­nen bauteilbezogen gemessen und ausgewertet werden. Somit können zielführende Verstärkungsmaßnah­men durchgeführt, die Tragfähigkeit erhöht und die angestrebte Nutzungs­dauer erreicht oder sogar verlängert werden.

7 Zusammenfassung

Die Erfahrungen mit alten Lagern zei­gen, dass bei hinreichender Wartung und Pflege sowie einem vertretbaren Instandsetzungsaufwand die Lebens­dauer verlängert und der Lebenszy­klus des Brückenbauwerks erreicht und sogar verlängert werden kann. Durch die Steigerung des Instandhal­tungsbudgets können zukünftig beste­hende Lager aufgearbeitet und, falls erforderlich, einzelne Lagerteile aus­getauscht werden. Die Eingriffe in den Bahnbetrieb werden somit auf ein Minimum reduziert.

Literatur

[1] Datenexport 09/2013 aus SAP R/3 Netz – Datenmanagement und Instand­haltungssystem.

[2] Richtlinie 803: Inspektion von Inge­nieurbauwerken, 1999.

[3] Richtlinie 804.8001 – 8004: Eisen­bahnbrücken (und sonstige Ingenieur­bauwerke) planen, bauen und instand halten – Inspektion von Ingenieurbau­werken. 2008.

[4] Richtlinie 804.5101: Eisenbahnbrü­cken (und sonstige Ingenieurbauwerke) planen, bauen und instand halten – Brückenlager Planung, Einbau und Güte sicherung. 2013.

[5] Richtlinie 805: Tragsicherheit beste­hender Eisenbahnbrücken. 2010.

[6] Riedel, T., Schwarz, R, Bretzke, G.: Umgang mit Stahlgusslagern am Bei­spiel der Sanierung des historischen Eisenbahnviadukts Angelroda. Stahl­bau 82 (2013), S. 924–926.

Autor dieses Beitrages:Dipl.-Ing. (FH) Heiko Gregorski,DB Netz AG,Anlagen- und Instandhaltungs- management Fahrweg,Theodor-Heuss-Allee 7,60486 Frankfurt am Main,heiko.gregorski@deutschebahn.com