Schiene (Schienenverkehr)

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Schienen sind Walzstahlerzeugnisse und Teil des Gleiskörpers. Zusammen mit den Bahnschwellen und dem Schotterbett bilden sie den Oberbau. Sie dienen als Fahrweg für Schienenfahrzeuge, deren Radsatz dabei sicher durch den Sinuslauf der Radachse geführt wird. Die Schienen werden jeweils paarweise auf Bahnschwellen aus Beton, Stahl oder Holz befestigt.

Entwicklungsgeschichte[]

CoalbrookdaleProfil — Schienenprofil von Coalbrookdale auf Holz-Längsbalken, 1767

Um die Fahreigenschaften von Pferdekarren bei schlechtem Untergrund zu verbessern, entwickelte man schon im 17. Jahrhundert "Schienensysteme" aus Holz. Diese Holzschienen verhinderten das Einsinken der Wagenräder und ermöglichten somit das Befördern von schweren Lasten unabhängig von der Beschaffenheit des Untergrunds. Leider erwiesen sich diese Holzschienen als nicht sehr dauerhaft, worauf man begann, nach anderen geeigneten Materialien zu suchen. In England wurden während der Industrialisierung mit seiner aufstrebenden Eisen- und Stahlherstellung neue Schienensysteme entwickelt.

Die ersten eisernen Schienen für Schienenbahnen waren vergleichsweise dünne Blechstreifen, die auf längs zur Fahrtrichtung parallel liegende „Straßbäume“ aufgenagelt wurden und Gleise bildeten. Später wurden gusseiserne Schienen, wie etwa das flache Profil von Coalbrookdale oder die von John Curr, 1776 in den Kohlegruben von Sheffield eingeführte Winkelschiene verwendet ^[1]. Diese ersten Schienen hatten alle den Vorteil, dass Fahrzeuge mit normalen Rädern auf ihnen fahren konnten und nicht allein auf die Schienenführung angewiesen waren. Spätere Schienen, wie die Fischbauch- und Breitfußschiene, erforderten dagegen Räder mit Spurkränzen.

Herstellung[]

Eisenbahnschienen werden aus qualitativ hochwertigem Stahl gewalzt, wozu etwa zehn Walz-Durchgänge erforderlich sind. Die Schienen werden dann gegebenenfalls noch einer Kopfhärtung unterzogen. Diese besteht in einem Abschrecken aus der Walzhitze durch Tauchen in ein Härtebad oder induktives Aufheizen und anschließendes Pressluftkühlen des Schienenkopfes. Nach dem Auskühlen folgt kaltes Richten auf einer Rollenrichtmaschine.

Bahnschienen werden entweder gleich als 120-m-Abschnitte gefertigt oder im Werk zu Langschienen verschweißt (typischerweise jeweils vier Teilstücke zu 30 m). Üblicher ist aber Walzlängen à 60 Meter zu verschweißen. International möglich sind mittlerweile 120 Meter Walzlänge und bis zu 500 Meter lange verschweißte Schienen.

Weitere Schweißungen bis hin zu 360-m-Stücken sind möglich. Die Langschienenlogistik erfordert lange Spezialwagengespanne sowie mehrere parallel arbeitende Krane und ist damit anspruchsvoller als die für Kurzschienen, spart jedoch teure Schweißarbeiten im Baugleis. Schienen für enge Kurvenradien (deutlich unter 300 m), die nicht vor Ort in die Krümmung gelegt werden können, werden evtl. ab Werk auf einer Dreirollenmaschine vorgebogen.

War früher die Bahnschiene das Brotprodukt fast aller Walzwerke, sind die Qualitätsanforderungen heutzutage so hoch, dass es nur noch wenige spezialisierte Schienenwerke gibt. Hohe Stahlqualität, geringe Walztoleranzen und Wirbelstrom-Oberflächenprüfung aller Schienen sind selbstverständlich geworden. Das größte Schienenwalzwerk Europas (in Donawitz, Österreich) und das einzige verbliebene Schienenwalzwerk Deutschlands (TSTG Schienen Technik GmbH & Co. KG) gehören zur Division Bahnsysteme der voestalpine AG.

Qualitative Unterscheidung[]

Zur genaueren Bezeichnung wird in Deutschland das Metergewicht des Profils verwendet. Die Eisenbahn von Nürnberg nach Fürth (1835) verwendete ein Profil von 12 kg/m. Nach 1920 begann der Einbau von Schienenprofilen mit 49 kg/m (S49). Die aktuell bei der Deutschen Bahn verwendeten Profile werden im Verlauf des Artikel näher beschrieben. Im Bereich der OSShD (Osteuropäischer Eisenbahnverband) waren auch Profile S65 mit 65 kg/m üblich.

Straßenbahnbetriebe bauen auf eigenem Gleiskörper aufgrund geringer Belastung meist ein S 41 Profil ein, die Bahnbetriebe in Tagebauen aufgrund der hohen Belastung das Profil S 64. Besonders bei Schmalspurbahnen kommen aber auch heute noch neben dem Profil S 49 das leichtere Profil S 33 mit 33,5 kg/m oder teilweise sogar noch Profile aus der Länderbahnzeit (z. B. Va in Sachsen) zum Einsatz.

Der Vorteil leichter Schienenprofile liegt zum einen in der Materialersparnis, zum anderen jedoch darin, dass bei starken Temperaturschwankungen die Kräfte infolge Wärmeausdehnung geringer sind. Dies wirkt sich insbesondere in engen Gleisbögen aus, wo es bei starken Temperaturschwankungen zu Gleislagefehlern kommen kann.

Schienen werden generell auch nach ihrer Güte klassifiziert, die als Zugfestigkeit in N/mm² gemessen und mit dem Hersteller, der Profilbezeichnung und dem Walzjahr in die Schiene eingewalzt wird. Üblich sind Güten von 700, 800 oder 900. In Einzelfällen wurden auch Schienen mit 1000er, 1100er oder sogar 1400er Güte hergestellt. Mit höherer Zugfestigkeit nimmt allerdings nicht nur die Verschleißfestigkeit zu, sondern die Bruchgefahr steigt ebenfalls an.

Heutige Schienentypen[]

Schieneprofile — Aktuelle Schienenprofile mit Bemaßung

Standardprofile[]

Im Bereich der Deutschen Bahn AG werden heute drei Profiltypen verwendet. Mit 49 kg/m ist das S 49- Profil das leichteste und war das Regelprofil der Deutschen Bahn von 1922 bis 1963. Heute findet man es nur noch auf Nebenstrecken und Nebengleisen. Das Standardprofil S 54 mit 54 kg/m findet man auf Hauptstrecken und Bahnhofsgleisen. Es ist seit 1963 das Regelprofil der Deutschen Bahn. Das UIC 60 Profil wiegt 60 kg/m und wird meist für hochbelastete Strecken (enge Bogenradien, hohe Belastung, Steigungen) seit 1970 verwendet, insbesondere auch für neue Hochgeschwindigkeitstrassen. In den USA wird das 140 RE Profil (70 kg/m) für stark belastete Strecken eingebaut.

Vignolschiene oder Breitfußschiene[]

Schienenstrang — Straßenbahngleis mit Rillenschienen während Erneuerungsarbeiten.

Letztlich hat sich die um 1830 von dem US-Amerikaner Robert L. Stevens entwickelte Breitfußschiene durchgesetzt, die später Verbesserungen durch den Engländer Charles Vignoles erfuhr, der auch ihren Namen prägte. Sie besteht aus einem breiten, flachen Fuß, mit dem sie meist auf Schwellen befestigt wird. Darauf steht senkrecht ein schmaler Steg, der an seinem oberen Ende den Schienenkopf trägt, der wiederum die Laufbahn für die Räder bildet. Im Bereich der Deutschen Bahn wird heute vorwiegend das Schienenprofil UIC 60 eingesetzt. Es unterscheidet sich von älteren Bauformen durch eine stärker gewölbte Lauffläche und einen höheren Steg.

Um bei späteren Gleisbauarbeiten Verwechslungen auszuschließen, wird auch heute noch der Typ der Schiene und das Herstellungsdatum in den Steg eingeprägt. Vignolprofile werden meist mit einem Buchstabenkürzel, gefolgt von einer Zahl, benannt. Die erste Zahl steht für das Gewicht des Profils pro Meter, in kg. Ein Gleis der DB samt Kleinteilen enthält etwa 132 Tonnen Stahl pro Kilometer.

Die Befestigung der Vignolschiene auf den einzelnen Schwellen erfolgt unter Zwischenlage eines Schienenstuhles, der einerseits den Schienenfuß aufnimmt und zur Schwelle hin die Bohrungen und Aussparungen für die Befestigungsschrauben bzw. Federelemente bereitstellt.

Rillenschiene[]

Die Rillenschiene ist ein gewalztes Stahlprofil, das insbesondere zum Bau von Gleisen für Straßenbahnen verwendet wird. Sie hat im Vergleich zur Vignolschiene in den Kopf eine Rille eingewalzt. Die Rille gewährleistet, dass der Fahrbahnbelag beziehungsweise das verlegte Pflaster immer den Spurkanal freihalten, in dem der Spurkranz rollt. Das Säubern des Spurkanals von anderem Schmutz oder Sand wurde früher von Hilfsarbeitern, den sogenannten Ritzenschiebern, erledigt, heute erfolgt dies jedoch maschinell mit Schienenreinigungsfahrzeugen.

Grundsätzlich werden Rillenschienen, dem Einsatzfall entsprechend, ausgewählt. Straßenbahnen fahren mit schmalen Spurkränzen, und die Straßenbahn-Rillenschienen weisen eine Rillenweite von ca. 40 mm auf. Eisenbahnen fahren mit breiten Spurkränzen, die Eisenbahn-Rillenschienen weisen eine ca. 60 mm breite Rille auf.

Rillenschienen werden auch auf Eisenbahnfähren verwendet. Wegen der versenkten Schienen kann das Wagendeck auch von Straßenfahrzeugen befahren werden.

Stromschienen[]

Im Gegensatz zu den vorgenannten Schienenformen dienen Stromschienen weder dem Tragen noch der Führung eines Fahrzeugs, sondern dessen Versorgung mit elektrischer Energie.

== Schäden ==

Schienen abgenutzt — Links und Mitte: Abgenutzte Schienenprofile; Rechts Neuprofil

Schäden bei Schienen können verschiedene Ursachen haben. Man unterscheidet grob folgende Schäden:

Herstellungsfehler (Walzfehler, Materialfehler)
Korrosion
Rissbildung
Verschleiß (u.a. in Bögen mit Radien unter 700 m)
Fahrflächenfehler (Riffel, Wellen, Radschleuderstellen)
Grübchenbildung (Pitting)
Verformung durch Temperaturspannungen

Siehe auch[]

Gleis

Literatur[]

Bundesbahndirektion Hannover: 1843-1983. 140 Jahre Eisenbahndirektion Hannover. Hannover o. J. (1983). Seite 61ff.
Karl-Otto Edel: Untersuchung des Bruchverhaltens von Eisenbahnschienen und -vollrädern, Magdeburg 1987
Karl-Otto Edel (Hrsg.): Tagungsbericht, Internationales Symposium "Schienenfehler", Brandenburg an der Havel, 16. und 17. November 2000, Interdisziplinärer Forschungsverbund Bahntechnik, Brandenburg 2000, Verlag FH Brandenburg

Einzelnachweise[]

↑ John Curr, The Coal Viewer, and the Engine Builder's Practical Companion, (John Northall,1797).

Weblinks[]

Sprachversionen[]

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[John_Curr-1] John Curr, The Coal Viewer, and the Engine Builder's Practical Companion, (John Northall,1797).

[1]