Räls

Från Rilpedia

Texten från svenska Wikipedia

Räls med både trä och betongslipers.

Räls är de skenor som järnvägståg rullar på. Pluralform av räl. Ordet är en försvenskning av engelska rails.

Funktioner

• Att bära upp tåghjulens tyngd, se STAX.
• Att styra hjulaxlarna i sidled. Rälsen ska tåla stötar från hjulflänsarna (se flänshjul) och vara avfasad så att de koniska hjulen självcentreras (se gångegenskaper (tåg)).
• Att förmedla drivström till tåget. Strömmen tillförs från kontaktledningen och återleds via rälsen. Den räl som återleder strömmen brukar kallas S-räl. Se även Rälsåterledning och skarvning nedan.
• Att förmedla signaler om hinder på spåret. Genom att en hjulaxel kortsluter en signalspänning mellan de två rälerna kan säkerhetssystemet veta om ett tåg befinner sig på en spårsträcka. Se spårledningar. Den räl som har en spårledning brukar kallas I-räl.

Tillverkning

Räls tillverkas av valsat stål. Ungefär 10 valssteg krävs. Förr brukade alla stålverk valsa räls, men nu under 2000-talet är rälstillverkningen specialiserad och sker bara hos ett fåtal verk. Vid valsningen blir längderna drygt 100 m och man svetsar sedan ihop dem till längder upp till 500 m som distribueras ut på specialbyggda tågsätt. Rälsen är förhållandevis böjlig, men vid kraftigare kurvradier brukar man kröka den i ett verktyg med 3 rullar. Stålet har en sträckgräns på upp till 1000 N/mm2. Rälsen görs något hårdare än hjulen för att hjulen ska slitas och inte rälsen (enklare totalt underhåll). Rälstålet brukar vara legerat med mangan. För kraftigt trafikerade spår och kurvor med stort rälsslitage brukar man inlägga en mer kraftigt härdad räl. Den är dock känsligare för skador när temperaturen är under -20 gr. I stället för att legera rälen kraftigare kan man idag välja en huvudhärdad räl. Härdning görs i detta fall med en sk explosionshärdning. Nya växlar brukar normalt levereras huvudhärdade. Från början fanns räls av trä och gjutjärn.

Historia

I rälsens tidiga dagar experimenterades det mycket med olika typer av räls, slipers och fästen. Träräls med metallband fästa på toppen var en modell som användes i USA i början av 1800-talet för att spara pengar. I Storbritannien användes vid samma tid massiv järnräls som sänktes ned i gjutjärnsvaggor, s.k. stolar, vilka i sin tur var fästa vid slipers.

Vignolräl

Två rälsprofiler, båda av Vignoltyp med flat botten. Den vänstra rälen är kraftigt sidsliten och har troligtvis legat i ett kurvspår.

På 1830-talet introducerade Robert L. Stevens räls i USA som bestod av massivt järn och som hade flat botten. Engelsmannen Charles Vignoles rekommenderade 1836 användandet av den nya rälstypen vid byggandet av järnvägen London-Croydon. Den flata botten gjorde att rälsen kunde fästas direkt vid slipers, utan användande av stolar. Rälstypen har sedan dess kommit att kallas Vignolräls, och är den typ av räls som internationellt används än idag, med flatbottnad fot, liv och huvud.

Stolräl

En typ av räls som användes i Storbritannien. Både botten och huvud är snarlika, för att fästa rälen mot slipern används sk stolar (chairs). Rälen fixerades från början med träkilar i stolen. Stolrälen förekom i princip endast i Storbritannien och dess kolonier. Användningen av stolrälen har minskat kraftigt.

Gaturäl

I princip en vignolräl, som försetts med en flänsränna. Används där spåret är samförlagt med gatumark, oftast i hamnar och liknande områden. Flänsrännan är skålformad, vilket innebär att den är självrensande. Gaturälsen har större flänsränna än spårvägsrälen.

Rälstyper

Vanlig räls har länge haft samma tvärsnitt med fot, liv och huvud. Räls som ska försänkas i en gata förses med en rännskena för hjulens falsar. Rälsens dimension uttrycks i kg/m. Vanliga vikter i Sverige är 43, 50 och 60. På nyare banor i Sverige läggs UIC60 (Intenationella järnvägsunionen) som klarar 30 tons axeltryck (STAX 30). Rälsfoten är 150mm, höjden 172 mm och rälshuvudet 72 mm brett. Högbelastade banor i USA har 70 kg/m.

Nedan följer en tabell med några rälstyper (sorterade efter specifik vikt). Observera att uppgifterna skiljer sig mellan olika källor:

Nedan data för några gaturäler:

Skarvning

Skarvjärn på Roslagsbanan. Där kan man fortfarande höra skarvdunk. Obs att man har dubbla spikar på insidan av rälsen.

Det finns fyra sätt:

• Med skarvjärn. Hål borras i rälsändarna och skarvjärnen hålls sedan ihop av bultar och muttrar. Ett spel på ett par millimeter i skarven eliminerar effekterna av temperaturutvidgningarna i rälsen. Resultatet blir skarvdunkar som äldre säkert minns. Skarvarna deformeras med tiden genom utvalsning. Skarvjärn förekommer endast på lågtrafikerade banor, till exempel industrispår. Nackdelen med skarvar är att, speciellt vid stationer och motlut med dubbelspår, den enkelsidiga förskjutningen med tiden trycker ihop skarvarna så att de ej längre kan expandera, vilket leder till solkurvor.

• Med svetsning. Ger en stum och jämn fog. Den stumma fogen betyder att temperaturförändringarna måste kompenseras av stålets elasticitet vilket kräver att rälsen är ordentligt förankrad så inte en solkurva uppstår. Det är viktigt att spåret neutraliseras d.v.s. svetsas ihop vid en medeltemperatur (eller tänja ut rälsen med hydalverktyg) för att minska temperaturpåkänningarna. En metod att svetsa är termitsvetsning, som är en pyroteknisk metod där pulver av aluminium och järnoxid förbränns och skapar rent järn och hög värme. Termitsvetsning sker enligt följande: En cirka 25mm bred fog sågas upp. Rälsarnas läge spänns upp så att de ligger i linje. En gjutform fästs runt skarven där termit hälls ned. Termiten brinner med en extrem hetta så att rälsytorna hettas upp och svetsas samman. "Skägget" slipas sedan bort. Företaget Plasser & Theurer (www.plasseramerican.com) utvecklade för flera decennier sedan en elektrisk svets som skickade tusentals ampere genom de två rälerna, varav skarven smälte. I omgångar tryckte hydraulik med stor kraft ihop de bägge rälerna. Denna motståndssvetsning används även vid sammansvetsningen av nytillverkade 40-meters räler till 360-meters räler.

• Med isolerskarv. Vid fjärrblockering behöver säkerhetssystemet känna av hinderfriheten på de olika blocksträckorna. Vid blockgränserna måste därför rälsen brytas elektriskt med en isolerskarv. Speciellt i växlar krävs flera isolerskarvar eftersom S-räl och I-räl behöver byta sida flera gånger för att både strömmatning och signalering ska fungera. Isolerskarven har skarvjärn av icke-ledande kompositmaterial med isolerande plastmellanlägg/lim mot rälsen och i fogen. Isolerskarven är stum och monteras vanligen på fabrik.

Dilitationsskarv på nya Årstabrons södra landfäste med stålbalkar som utjämnar vertikala böjningar. Observera även säkerhetsrälerna mitt i spåret som kan hindra vältning vid urspårning

• Med dilatationsskarv (längdutvidgning). Längre broar kan ha så stor temperaturutvidgning att inte stum fog tillåts. Dilatationsskarven fungerar som en vanlig växeltunga som dock ej kan röra sig i sidled utan endast i längsled. Skendunk och utvalsning undviks. Vid broskarvar kan slipers på landsidan sjunka mer än på brosidan som har fastare underlag, så att vertikala böjkrafter uppstår i rälsen. Numera förser man därför dilatationsskarvar med ca 6 m långa stålbalkar utmed rälsen, i vilka slipers på bägge sidor i vilken slipers är vertikalt låsta, men kan glida i längsled. Dessa gör då att böjkrafterna utjämnas. Sveriges "näst vackraste järnvägsvy" - den nya Årstabron - i Stockholm har sådana skarvar inklusive stålbalkar vid landfästena.

Eftersom den ena rälen - S-rälen - utgör återledning av tågens drivström, så kan ett rälsbrott under vissa omständigheter ge en hög spänning i ena rälsändan. Därför måste man alltid jorda ihop rälsändorna innan man delar en räls.

Räls monteras på slipers med en befästningsanordning på järnvägsspåret.

Smörjning

Smörjapparat som minskar gnisslet i en kurva

I snäva kurvor kan det hända att hjulen slirar trots att de är koniska för att utjämna skillnaden mellan innerräl och ytterräl (se gångegenskaper (tåg)). Detta ger slitage på räls och hjul. Därför monteras ibland smörjanordningar som med hjälp av kvävgas sprutar lite olja på ena rälsens insida när tåg passerar.

Det är viktigt att smörjapparaten ej går sönder, då ett kort avbrott genast genererar repor i rälsen. När smörjapparaten väl kommit igång igen pressas fettet ned i sprickorna och smörjningen blir effektiv först då det "ovanskjutande" stålet slitits bort.

Hos SL:s tunnelbana prövades tidigare såväl vatten som fotogen och smörjolja som smörjmedel, speciellt i den snäva kurvan mellan stationerna Slussen och Mariatorget.

Slipning

Fordonen, tillsammans med banöverbyggnaden, genererar vibrationer. I vissa fall, speciellt i snäva kurvor, kan vågbildning på rälsens ovansida ("räfflor") uppstå. Det är små fördjupningar med en våglängd på några centimeter eller decimeter. De uppstår av högfrekventa svängningar i hjulen vid t.ex. hög traktion eller orundhet i drivhjul. De orsakar bl.a. buller.

Man använder speciella mätvagnar som med känsliga accelerometrar kan upptäcka dessa högfrekventa ojämnheter. Ojämnheterna tas bort genom slipning av anläggningsytan.

Det finns i princip två typer av slipningsmetod; dels "vinkelslip" och dels oscillerande. Det schweiziska företaget Speno har sedan decennier slipat svenska statens spår. Ett annat schweiziskt företag, Matisa, säljer spårgående maskiner som "gnuggar" bort (oscillerar) ojämnheterna. En fördel med oscillerande slipning är att det inte bildas något gnistregn som kan antända omgivningen.

Se även

• Järnvägsspår
• Gångegenskaper (tåg)
• Befästning (räls)
• Rälsåterledning
• Rälspik
• Säkerhetsräl
• Järnväg
• Spårväg
• Rälsbuss
• Dolly (kameravagn) eller så kallad "rälsdolly"
• Mätning av räfflor och vågor. Banverket: [[http://ida2004.banverket.se/bvdok_extern

/ViewPdfDoc.aspx?docGUID=70751f55-6fb3-48ad-942f-e89ba1aefe2b]]

• Tyska Wikipedia - "Schiene": [[http://de.wikipedia.org/wiki/Schiene_(Schienenverkehr)

]]