Schienenverkehr

Bahnen sind spurgebundene Verkehrs- und Transportmittel. Sie verkehren hauptsächlich auf oder unter einer beziehungsweise zwei Leitschienen (Schienenbahn, Hängebahn), schweben über oder unter dem Magnetfeld einer sogenannten Trasse (Magnetschwebebahn, Transrapid) oder werden an Kabeln (Kabelbahn) oder Seilen (Seilbahn) geleitet. Sie sind ein wichtiger Bestandteil der Verkehrsinfrastruktur.

Fast alle Fahrzeuge haben Stahlräder mit einem Spurkranz, die auf zwei Stahlschienen geführt werden. Diese sind mit Holz-, Beton- oder Stahlschwellen verbunden. Ganz selten fahren Fahrzeuge mit gummibereiften Rädern auf Beton-Fahrspuren, wie auf einigen Linien der Métro Paris, bei anderen Métros in Frankreich, der Linie m2 der Métro Lausanne, der Métro Montréal und dem Flughafen-Shuttle in Frankfurt.

Zu den mechanischen geführten Systemen gehören vor allem die Schienenbahnen, die das Rad-Schiene-System nutzen. Sie werden auch als Schienenverkehrssysteme bezeichnet, die Fahrzeuge als Schienenfahrzeuge. Diese haben entweder einen eigenen Fahrantrieb (Triebwagen) oder werden von einer Lokomotive gezogen oder geschoben. Seltenere Spezialfälle mechanisch geführter Systeme sind Schwebebahnen sowie Systeme, bei denen die Fahrzeuge keinen eigenen Antrieb haben, sondern von einem ortsfesten Motor bewegt werden, beispielsweise Seilbahnen. Magnetisch geführt sind z.B. Magnetschwebebahnen.


Eisenbahnen

Am weitesten verbreitet sind auf zwei Stahlschienen geführte Eisenbahnen. Sie dienen dem öffentlichen Personen- Nah- und Fernverkehr und/oder dem Güterverkehr. Sie werden nach ihrer Bedeutung und den technischen Gegebenheiten in Haupt- und Nebenbahnen unterschieden. Eisenbahnen werden hauptsächlich noch von staatlichen Unternehmen, im Nahverkehr teilweise auch von privaten Unternehmen betrieben. Für den Güterverkehr gibt es darüber hinaus Eisenbahnen des nichtöffentlichen Verkehrs (Werksbahnen): Anschlussbahnen verbinden einen Betrieb mit dem öffentlichen Eisenbahnnetz, während Gruben- und Feldbahnen dem innerbetrieblichen Verkehr dienen.




Nach ihrer Spurweite unterscheidet man Normalspur- (1435 mm), Schmalspur- (z.B. Meterspur mit 1000 mm)und Breitspurbahnen (in Spanien, Portugal, Finnland, Russland, Weißrussland und Ukraine). Die Personenzüge unterscheidet man nach Beförderungsentfernung und -dauer in Fern- und Nahverkehrszüge.

Wesentlich ist zur Definition einer „Eisenbahn“ in Deutschland auch die rechtliche Abgrenzung zu anderen Schienenbahnen, vor allem den Straßen-, Stadt- und U-Bahnen, aus denen sich jeweils unterschiedliche Rechtsvorschriften für den Betrieb ergeben:

• Für Eisenbahnen gilt in Deutschland das Allgemeine Eisenbahngesetz (AEG) und die Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung (EBO) sowie das Gesetz zur Neuordnung des Eisenbahnwesens in Deutschland (EneuOG). Hierzu zählen i.d.R. auch die S-Bahnen.

• Straßenbahnen einschließlich Stadt- und U-Bahnen werden in Deutschland nach Personenbeförderungsgesetz (PBefG) und Verordnung über den Bau und Betrieb von Straßenbahnen (BOStrab) betrieben.





Siehe auch
   
• Öffentlicher Personennahverkehr
• Geschichte der Eisenbahn (allgemein)
• Geschichte der Eisenbahn in Deutschland
• Geschichte der Schweizer Eisenbahn
• Deutsche Bahn
• Schweizerische Bundesbahnen
• Österreichische Bundesbahnen


Weblinks

• Reiseauskunft der Deutschen Bahn
• Fahrgastverband PRO BAHN
• Privatbahnen in Deutschland
• Bahnnetzpläne für Europa
• http://www.eisenbahn-webkatalog.de - Wohl der umfangreichste deutschsprachige Webkatalog zum Thema Eisenbahn
• Die Mutter aller Sensoren – Die Geschichte eines neuartigen Frühwarnsystems speziell für den Schienenverkehr, Geowissenschaften-Portal planeterde


Schienen

Schienen sind im Bahnwesen lineare Trag- und Führungselemente, die meist paarig und parallel zueinander im Abstand der Spurweite angeordnet den Fahrweg für Schienenfahrzeuge bilden.




Frühe Schienen in diesem Sinne waren Spurrillen, längs ausgelegte Baumstämme oder Holzbohlen. Moderne Schienen sind standardisierte und genormte Walzstahlerzeugnisse. Sie sind in regelmäßigen, kurzen Abständen zumeist auf quer zur Fahrspur ausgelegten Bahnschwellen aus Beton, Stahl, Kunststoff oder Holz befestigt und bilden als Gleis zusammen mit der Gleisbett-Gründung den Oberbau einer Bahnstrecke.


Heutige Schienentypen

Herstellung

Eisenbahn-Schienen 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[6]) gehören zur Division Bahnsysteme der voestalpine AG.





Qualitative Unterscheidung

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

Straßenbahn-Betriebe 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 Schwankungen der Temperatur 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.


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 Reichsbahn und ihrer Nachfolger von 1922 bis 1963. Es ist noch auf vielen Strecken vorhanden, wird aber nur noch für weniger belastete Gleise eingebaut. Für Schmalspurbahnen, in Straßen- und U-Bahn-Netzen wird dieses Profil ebenfalls verwendet. Das Standardprofil S 54 mit 54 kg/m findet man auf Hauptstrecken und Bahnhofsgleisen. Es war ab 1963 das Regelprofil der Deutschen Bundesbahn. Das UIC-60-Profil wiegt 60 kg/m und wird seit 1970 in der Regel für hochbelastete Strecken verwendet, sowohl für hohe Achs- und Zuglasten als auch für hohe Geschwindigkeiten.

Im Netz der Deutschen Reichsbahn der DDR wurde für hohe Lasten das aus der UdSSR importierte Profil R 65 mit 65kg/m eingebaut. Das der deutschen S 49 vergleichbare Profil R 50 wurde vor allem in Straßenbahnnetzen, aber beispielsweise auch bei der Windbergbahn nach Dresden-Gittersee benutzt. Für Schmalspurstrecken wurde in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts letztmalig das Profil S 33 mit 33kg/m gewalzt. In U-Bahn-Netzen ist weiterhin das Profil S 41 üblich, das einer Schiene S 49 mit verringerter Kopfhöhe entspricht.

In den USA wird das 140-RE-Profil (70 kg/m) für stark belastete Strecken eingebaut.

Für Weichen wird möglichst dasselbe Schienenprofil wie für die anschließenden Gleise verwendet, bei unterschiedlicher Belastung beider Stränge das des höher belasteten. Die Weichenzungen bei Weichen deutscher Bauart werden aus besonderen, asymmetrischen und in der Höhe verringerten Zungenschienenprofilen hergestellt.


Vignolschiene oder Breitfußschiene

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 zumeist 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. In Gleisanlagen für Straßenbahnen kommen engere Kurven vor als bei Eisenbahnen, in denen die Räder der Fahrzeuge die Last auf den Spurkranz des äußeren Rades umlasten, der dann in der Schienenrille abläuft, um darauf den längeren Weg der Kurvenfahrt abzurollen.

Die Führung des Schienenfahrzeuges geschieht weiterhin durch den permanenten Kontakt zwischen Spurkranz und Schienenkopf, die Außenkante der Rille dient im wesentlichen nur dem Schutz gegen unbeabsichtigte Verengung. Das ist vor allem dann wichtig, wenn das eingedeckte Rillengleis durch Straßenfahrzeuge befahren wird. 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, und die Eisenbahn-Rillenschienen weisen eine ca. 60 mm breite Rille auf.

Vor der Erfindung der Rillenschiene als Einzelprofil wurden häufig zwei Vignolschienen mit Futterstücken nebeneinander verschraubt (Haarmann-Schiene, vergleichbar mit der noch für Überwege genutzten Bauart Lindau), oder ein spezielles Winkelprofil (Spurrillenschiene) wurde seitlich an einer Vignolschiene angeschraubt. Auch heute kommt diese Verfahrensweise teilweise zur Anwendung. Für Schienen S 49 und S 54 werden solche Profile noch gewalzt.

Die ersten Vignol-Rillenschienen wurden im Jahr 1880 bei der Phönix AG in Ruhrort für die Straßenbahn der Stadt Plymouth gewalzt. Durch die ungeschickte Formulierung des Phönix-Patentes nahmen nach und nach auch andere deutsche Stahlwerke wie die Gesellschaft für Stahlindustrie in Bochum 1884 und der Hörder Verein 1887 nach leicht abgewandelten Walzverfahren die Fertigung auf. Erst nach 1900 gelang es auch ausländischen Walzwerken Rillenschienen herzustellen.[7]




Kranschiene

Eine zweite Variante der Vignolschiene ist die Kranschiene. Es gibt unterschiedliche Arten von Kranschienen:

Form A und F nach DIN 536: diese sind im Vergleich zu den bei der Eisenbahn eingesetzten Schienen niedriger und haben einen dickeren Steg, um der stärkeren Belastung standzuhalten. Sie werden üblicherweise auf einem durchgehenden weiteren Träger, speziell einer Stahlunterlage, montiert, was als „kontinuierliche Lagerung“ bezeichnet wird.

Vignolschienen werden in Ausnahmefällen auch als Kranschienen verwendet und dabei oft auf Schienenstühlen oder Schwellen montiert, was als „diskontinuerliche Lagerung“ bezeichnet wird. Die diskontinuierliche Lagerung wird hier als sehr schadensanfällig betrachtet.

Schwere Sonderprofile überwiegend mit der Bezeichnung MRS sind nicht genormt, werden bei hohen Belastungen eingesetzt. Hier gibt es mittlerweile eine „moderne Variante“: die Schiene AS 86. Sie wurde aus einem Profil MRS 87a (mit ebener Radlauffläche) so weiterentwickelt, dass durch die Kopfausrundung, analog Form A, die Krafteinleitung möglichst weit zur Kopfmitte verlagert wird.


Einspur-Schienen

Einschienenbahnen benutzen als Schiene Betonbalken mit seitlicher und mittiger Spurführung. Für die seitliche Spurführung genügen senkrecht montierte Flachstahlbänder, die die Spurführungskräfte auf seitlich am Fahrzeug angebrachte waagerechte Führungsrollen übertragen. Sofern die seitliche Spurführung nicht auch für die Energiezufuhr herangezogen wird, können hierfür auch Holz- und Betonbalken verwendet werden.
Das seltenere System der mittigen Spurführung wird bei Fahrzeugen verwendet, die auch am allgemeinen Straßenverkehr teilnehmen (z.B. Tramway de Nancy). In diesem Fall wird in den Fahrbahnbelag eine Rille gefräst, in die besonders geformte (meistens U-förmige) Schienen eingelassen werden, in die der Führungszapfen des Fahrzeuges eingreift.

Hängend geführte Kabinenbahnen und Schwebebahnen haben meist stählerne Schienen, auf denen die Räder laufen, die Schienen ihrerseits sind wieder an Traggestellen oder Betonbalken aufgehängt.


Stromschienen

Im Gegensatz zu den vorgenannten Schienenformen dienen Stromschienen weder dem Tragen noch der Führung eines Fahrzeugs, sondern dessen Versorgung mit elektrischer Energie. Hierfür werden ausrangierte Gleisschienen oder andere Bauformen verwendet. Aufgrund des niedrigeren Widerstandes kommen des öfteren auch Stromschienen aus Aluminium zum Einsatz.


Schäden

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

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


Siehe auch

• Eisenbahnrad
• Gleis
• Oberbau
• Schienenstoß
• Schleifwagen
• Walzzeichen


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
• Fritz Fastenrath (Hrsg.): Die Eisenbahnschiene. Ernst&Sohn, Berlin 1977, ISBN 3-433-00783-7, 437 S., m. zahlr. Abb.
• Köstermann, Meißner, Sladek (Hrsg.): Handbuch der Schienentechnik. DVS Media, Düsseldorf 2008, ISBN 978-3-87155-218-2, 250 S., m. zahlr. Abb.


Einzelnachweise

1. Ralf Roman Rossberg: Geschichte der Eisenbahn. Sigloch Edition, Künzelsau 1999, ISBN 3-89393-174-0, Seiten 14 und 424
2. John Curr, The Coal Viewer, and the Engine Builder's Practical Companion, (John Northall,1797).
3. Ralf Roman Rossberg: Geschichte der Eisenbahn. Sigloch Edition, Künzelsau 1999, ISBN 3-89393-174-0, S. 10ff.
4. www.zeno.org/Meyers-1905/B/Eisenbahnbau Meyers Großes Konversations-Lexikon 6. Auflage 1905–1909
5. ERA: Unfallbericht (S. 33, engl.)
6. [1]
7. Philip Fischer: "Die Rillenschine, Ihre Entstehung und Entwicklung" in "Stahl und Eisen" 29/1909 S.1217-1221, 1262-1267, Verlag Stahleisen Düsseldorf, 1909


Weblinks

• gleisbau-welt.de
• oberbauhandbuch.de
• Video über die Produktion von Bahnschienen; Sachgeschichte des WDR



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