Schiene mitWalzzeichen, produziert im Jahr 1979 in derMaxhütte im Standardprofil S54 und in StandardqualitätVon der Fa. Krupp gewalzte Schiene und Radreifen Sicht von der Gleisinnenseite
Schienen sind imBahnwesen lineare Trag- und Führungselemente, die meist paarig undparallel zueinander im Abstand derSpurweite angeordnet den Fahrweg fürSchienenfahrzeuge bilden.
Frühe Schienen in diesem Sinne waren Spurrillen, längs ausgelegte Baumstämme oder Holzbohlen. Moderne Schienen sindstandardisierte undgenormteWalzstahlerzeugnisse. Sie sind in regelmäßigen, kurzen Abständen zumeist auf quer zur Gleisachse ausgelegtenBahnschwellen ausBeton,Stahl,Holz oderKunststoff befestigt und bilden alsGleis zusammen mit dem Kleineisen (das sind die Befestigungsteile der Schiene auf der Schwelle) und derBettung denOberbau einerBahnstrecke.
In Abgrenzung zur Stromschiene oder Zahnstange werden gewöhnliche Schienen auch alsLaufschiene oderFahrschiene bezeichnet.
DasSchienenprofil[1] (auchSchienenform[2]) ist die geometrische Festlegung des Schienenquerschnitts. Die heute üblichen Breitfußschienen setzen sich aus einemSchienenkopf, einemSchienensteg und einemSchienenfuß zusammen. Der Schienenkopf stellt die Lauf- und Führungsfläche der Eisenbahnräder dar und muss deshalb in seiner Form so ausgebildet sein, dass bei günstigen Berührungsverhältnissen eine hohe Lebensdauer der Schiene gewährleistet ist. Die Lauffläche des Schienenkopfs bildet die sogenannteSchienenoberkante, die Führungsfläche zumSpurkranz des Rades hin, die sogenannteFahrkante. Infolge des Eisenbahnbetriebs kommt es zu einer Abnutzung des Schienenkopfs. Der Schienensteg stellt die Verbindung zwischen Schienenkopf und Schienenfuß dar. Die Stegbreite muss demnach so dimensioniert sein, dass eine ausreichende Tragfähigkeit, Biegesteifigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsfestigkeit gewährleistet ist. Der Schienenfuß wiederum ist für die Übertragung des Schienendrucks auf die Schienenunterstützung verantwortlich und muss folglich eine große Fußbreite aufweisen, um die zulässige Flächenpressung nicht zu überschreiten und die Standsicherheit zu gewährleisten.[1]
Um die Fahreigenschaften vonPferdekarren 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. InEngland wurden während derIndustrialisierung mit seiner aufstrebendenEisen- 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, um die Standfestigkeit zu erhöhen und den Verschleiß zu mindern.
Infolge vonAbsatzproblemen hatte im Jahre 1767Richard Reynolds, einer der Besitzer derCoalbrookdale-Eisenhütte,Gusseisenbarren in Plattenform auf Lager. Um diese zwischenzeitlich sinnvoll nutzen zu können, ließ er damit verschlissene Holzbohlenschienen der Hüttenbahn auslegen, wo sie den beabsichtigten Zweck hervorragend erfüllten. Dies wird als Geburtsstunde der Eisenschienen für Fahrzeugräder angesehen.[3] Ab 1795 zogen im englischen Derbyshire Pferde Wagen über Eisenschienen, die Kohlebergwerke und eine Keramikmanufaktur mit einem Kanal verbanden. Die erste Dampflokomotive der Welt rollte 1804 über Schienen eines Bergwerks in Südwales.[4]
Eine Übersicht der internationalen Schienenprofile hatCharles Couche (1815–1879), Generalinspekteur, Autor und Professor für Bauwesen und Eisenbahnwesen an derNationalen Schule für Bergbau in einer seiner vielen Abhandlungen über technische Neuerungen zusammengestellt.[5]
Pferdebespannte Kohlebahn auf Winkelschienen,Little Eaton Gangway, England, 1908
John Curr führte 1776 imSteinkohlenbergbau in den Kohlegruben vonSheffieldWinkelschienen ein.[6] Diese ersten Schienen hatten den Vorteil, dassFahrzeuge mit normalenRädern auf ihnen fahren konnten und nicht allein auf die Schienenführung angewiesen waren.
In den ersten Jahren des 20. Jahrhunderts lief die historische Verwendung von Winkelschienen aus. Mit dem Einsatzluftbereifter Spurfahrzeuge hat sie inzwischen eine örtlich begrenzte Renaissance erfahren: Die Wagen der 1989 eingerichteten automatischen StandseilbahnPoma 2000 im nordfranzösischenLaon fuhren auf L-Profilen, sie wurden durch deren seitlich hochstehende Kanten auf diesen Schienen gehalten.
Eine der ältesten Stahlschienenformen überhaupt bestand nur aus dem verdickten Schienenkopf mit der Lauffläche und einem senkrechten Steg zur Versteifung und Befestigung. Die Befestigung bestand aus einer Einspannung in besonders geformte Steinquader. Es handelt sich hierbei also um eine Unterform derStuhlschiene. Wegen ihrer Querschnittsform wurden diese Schienen auchKopf-und-Steg-Schienen oderPilzschienen genannt. Der senkrechte Steg bot nur wenig Durchbiegungswiderstand, sodass im Laufe der Entwicklung auch an der Unterseite der Schiene eine Verdickung angebracht wurde. Diese Entwicklung führte zunächst zu der unten beschriebenen Doppelkopfschiene und später, nach systematischen Versuchen, zu der noch heute gebräuchlichenVignolschiene.
Flachschienen bestehen aus Walzeisen und wurden vor allem in der Frühzeit der Eisenbahn in Amerika verwendet. Sie bestanden ursprünglich aus 50 bis 70 mm breiten und 12 bis 20 mm dicken Flacheisen, die in Abständen von 300 bis 500 mm mit versenkten Löchern versehen und mit Nägeln oder Holzschrauben auf hölzernen Langschwellen befestigt wurden. Ein wesentlicher Nachteil der Flachschienen war ihre geringe Steifigkeit, wodurch sie sich an den belasteten Stellen stark in das Holz eindrückten und an anderen Stellen durchbogen. Dies führte dazu, dass sich die Befestigungsmittel leicht lockerten oder die versenkten Schraubenköpfe abbrachen, sodass die Schienen nicht mehr gehalten werden konnten und neue Löcher neben den alten gebohrt werden mussten.[7]:S. 220-221
Um diese Probleme zu beheben, wurden die Schienen entweder durch eine Winkelrippe verstärkt oder mit einem niedrigeren Seitenflansch versehen, in den die Nägel mit versenkten Köpfen eingeschlagen wurden. Im Jahr 1877 wurden Flachschienen auf Bahnen mit Lokomotivbetrieb nicht mehr verwendet, aber sie wurden weiterhin in verschiedenen Profilen für Straßen- und Pferdebahnen eingesetzt.[7]:S. 220-221
Wegen der relativ leichten Fahrzeuge hatten frühe Eisenbahnschienen wesentlich weniger Auflagepunkte als heute. Üblich waren Stützpunktabstände von ca. einem Meter. Da es andererseits noch nicht möglich war, lange Schienenprofile zu walzen, wurden vielfach gusseiserne Schienen von einem Meter Länge verwendet. Dies bedeutet, dass diese Schienen nur an ihren beiden Enden auflagen. Mit zunehmenden Radsatzlasten führte dies zu immer größeren Durchbiegungen der bis dahin verwendeten Pilzschienen, die zu unruhigem Fahrzeuglauf und erhöhtem Verschleiß führten.
In Anlehnung an das beim Brückenbau geläufige Prinzip desFischbauchträgers wurde gegen 1789 vonWilliam Jessop die Fischbauchschiene entwickelt. Es handelt sich dabei um ein jeweils etwa einenYard (ca. 91 cm) langes Schienenstück, dessen Höhe an der Unterseite von den Enden zur Mitte hin stetig zunimmt, wodurch ein höheres Durchbiege-Widerstandsmoment erreicht wird. Allerdings ist der Materialverbrauch für Fischbauchschienen relativ hoch; auch lassen sie sich nicht durchgehend walzen. Mit der Einführung kürzerer Stützpunktabstände und der Möglichkeit, längere Schienenstücke zu walzen, wurde diese historische Schienenform aufgegeben.
Im Jahr 1835 erfand Strickland in Amerika die Brückschiene. Sie wurde auch Brunel-Schiene genannt, nach dem IngenieurIsambard Kingdom Brunel, der sie 1836 in großem Umfang bei derGreat Western Railway einsetzte. Die Brückschiene hatte einen Querschnitt ähnlich einem senkrecht durchgeschnittenen Hut, mit einer in der Regel ebenen, seltener gewölbten Fahrfläche. Der Hohlraum zwischen den beiden Stegen war gewöhnlich nach oben hin verengt, um die Stabilität zu erhöhen und das Walzen zu erleichtern. Gelegentlich war dieser Raum jedoch von konstanter lichte Weite und verjüngte sich häufiger nach unten, um bei gleichbleibender Gesamtbreite eine größere Aufstandsfläche zu erhalten. Im Vergleich zur Flachschine war diese steifer und ermöglichte daher höhere Radsatzlasten. Brunnelschienen wurden ursprünglich meist wie Flachschienen auf hölzernen Langschwellen befestigt, später kamen sie jedoch auch auf Querschwellen zur Anwendung, mussten dann aber viel schwerer konstruiert werden.[7]:S. 221[8]
Ursprünglich bestanden die Schienen aus zähem, weichem Eisen, das jedoch dem Druck der Räder nicht lange standhielt. Deshalb wurde späterBessemerstahl verwendet.
Eine weiter entwickelte Form konzipierte 1849William Henry Barlow – die gewalzte Barlow-Schiene mit ebenfalls hutförmigem Querschnitt, jedoch erheblich verstärkter Lauffläche. Sie war das erste Langschwellensystem, das ohne Holzlangschwellen direkt in der Bettung verlegt wurde. Da die Bettung in die Höhlung der Schiene eintritt wurden nur alle 5 bis 6 m an den Schienenstößen Querverbindungen vorgesehen. Eingesetzt wurden Barlow-Schienen unter anderem bei verschiedenen Eisenbahnen in England (Midland Railway, Bahnstrecke Dublin–Belfast und Bahnstrecke Dublin–Ulster), auf der französischenMidibahn (Bahnstrecke Bordeaux–Cette und Narbonne–Perpignan) und auf derFerrocarril del Sud.[7]:S. 292
DieSattelschiene, auchSeaton'sches System genannt, wurde 1856 in England auf der Great Western Railway eingeführt. Diese Schiene wurde auf Langschwellen mit dreieckigem Querschnitt befestigt, die ihrerseits mit ihrer breiten Basis auf ebenfalls dreieckigen Querschwellen auflagen. Die dreieckige Form bot eine größere Aufstandsfläche, aber eine geringere Steifigkeit im Vergleich zu rechteckigen Querschnitten. Ein wesentlicher Vorteil der Sattelschiene liegt in der besseren Wasserableitung, wodurch die Haltbarkeit und Stabilität der Schiene verbessert wurde.[7]:S. 221[8]
Keilkopfschienen sind den Vignolschienen sehr ähnlich. Im Gegensatz zu diesen sind die Flanken der Schienenköpfe keil- bzw. trapezförmig abgeschrägt, sodass der Querschnitt des Schienenkopfes nach unten hin abnimmt. Keilkopfschienen kommen vornehmlich bei Bergbahnen zum Einsatz. Als Fahrschienen werden sie beispielsweise bei derReichenbachfallbahn inMeiringen verwendet, die über eine zusätzlicheZangenbremse verfügen, deren beiderseits am Schienenkopf angreifenden Bremsbacken sich gewissermaßen unverlierbar an der Schiene anklammern. Bei derPöstlingbergbahn inLinz waren Keilkopfschienen bis zur Erneuerung im Jahr 2009 im Einsatz.Zahnstangen des Systems Strub werden aus Keilkopfschienen mit erhöhtem Kopf gefräst.
Eingebaute Schienen werden nur auf der Innenseite von den Radsätzen angefahren, also einseitig abgenutzt. Zur Erhöhung der Lebensdauer dreht man auf schwach befahrenen Gleisen die Schienen oder tauscht sie gegeneinander aus, sodass die noch intakte Außenkante der Schiene nun innen zu liegen kommt. Mit Doppelkopfschienen sollte die Lebensdauer der Schienen weiter erhöht werden, indem ein symmetrisches Profil mit je einem Schienenkopf an Ober- und Unterseite verwendet und mittels Schienenstühlen befestigt wurde. Somit erhielt man vier Einbaumöglichkeiten, indem die beiden Schienenköpfe nacheinander als Lauffläche genutzt und zusätzlich die Schienen nach dem beschriebenen Verfahren gegeneinander getauscht wurden. Die Erfahrungen zeigten[9] jedoch, dass die Schienen mit dem damaligen Material schon brüchig wurden, bevor sie zur mehrmaligen Nutzung gedreht werden konnten.
Später wurden auch Varianten der Doppelkopfschiene entwickelt, die zwar nicht mehr gewendet werden konnten, weil der Kopf auf einer Seite abgeflacht war, sich aber trotzdem in den vorhandenen Schienenstühlen für Doppelkopfschienen einbauen ließen. Diese im Englischen alsBull Head Rail, also „Stierkopfschiene“ bezeichneten Schienen waren weit bis ins 20. Jahrhundert hinein die Standardschienen in Großbritannien, sie sind auf geringbelasteten Strecken in Großbritannien, Irland und Frankreich und selbst auf Teilstrecken vonLondon Underground noch immer im Einsatz.[10]
August Haarmann entwickelte ein Konzept von einem längs symmetrisch zweigeteilten Schienenprofil mit unterhalb quer zur Längsrichtung angebrachten T-Eisen„schwellen“. Mit der Längsteilung sollten an den Schienenstößen durch geringfügig überlappenden Zusammenbau ein ruhigerer Lauf der Schienenfahrzeuge ermöglicht werden. Von Haarmann stammen auch die aus zwei bis drei Einzelprofilen zusammengesetztenZwillings- und Drillingsschienen, die vor der Einführung von einteilig gewalzten Rillenschienen in Straßenbahnnetzen verwendet wurden.
Nachdem bereits 1832 die weltweit erste Straßenbahn in New York verkehrte, ergab sich das Problem, dass die Schienenköpfe der Vignolschienen aus der Fahrbahn herausragten und die übrigen Verkehrsteilnehmer behinderten. Für die erste Straßenbahn Europas, dieStraßenbahn Paris, meldete hingegen der IngenieurAlphonse Loubat 1852 ein Patent auf U-förmige und in der Fahrbahn versenkte Schienen an, die auf Langschwellen aufgenagelt ohne Überstand in die Fahrbahn eingebaut werden konnten.George Broca, der Direktor derTramways du Nord in Paris, erfand und patentierte 1876 eine stählerne Straßenbahn-Rillenschiene mit flachem Fuß, die in Walzwerken hergestellt werden konnte.[11][12][13]
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 einteiligen Rillenschienen wurden im Jahr 1880 bei derPhönix AG inRuhrort für die Straßenbahn der StadtPlymouth gewalzt. Durch die ungeschickte Formulierung des Phönix-Patentes nahmen nach und nach auch andere deutsche Stahlwerke wie dieGesellschaft für Stahlindustrie inBochum 1884 und derHörder Verein 1887 nach leicht abgewandelten Walzverfahren die Fertigung auf. Erst nach 1900 gelang es auch ausländischen Walzwerken, Vignol-Rillenschienen herzustellen.[14] Nach dem ursprünglichen Hersteller wurde dieses Schienenprofil auchPhönixschiene genannt.[15]
Frühe Rillenschiene nach dem System Loubat
Historische Schienenprofile der Straßenbahn Leipzig
Für die bisher entwickelten Schienen mit flachen und pilzförmigen Querschnitt mussten zur Befestigung dieser auf den Unterlage Schienenstühle verwendet werden. Da entwickelte um 1830 der US-AmerikanerRobert Livingston Stevens die Breitfußschiene, die später Verbesserungen durch den EngländerCharles Vignoles erfuhr, nach dem sie benannt wird.[16][17] Sie besteht aus einem breiten, flachen Fuß, mit dem sie üblicherweise mit Klemmplatten oderSpannklemmen auf den Schwellen befestigt wird. Dadurch erhöhte sich deren Tragfähigkeit und Standsicherheit.[17] Darauf steht senkrecht ein schmaler Steg, der an seinem oberen Ende den Schienenkopf trägt, der wiederum die Laufbahn für die Räder bildet.
Entwicklung der Schienenprofile der Niederschlesisch-Märkischen Eisenbahn 1842–1867
In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts setzte sich bei den meisten in Deutschland, Russland, der Schweiz (abgesehen von der Lötschbergbahn) und Nordamerika, ebenso in Österreich und Italien die heute übliche Vignol- oder Breitfußschiene durch. Dagegen wurden in England noch lange Doppelkopfschienen benutzt. In Frankreich fanden sich Anfang des 20. Jahrhunderts beide Formen in großem Umfang.[18]
Zunächst beschafften die meist privaten Bahngesellschaften Schienen nach eigenen Maßvorgaben bzw. aus dem Angebot der Walzwerke, die kaum mit den Schienen der benachbarten Bahnen austauschbar waren. In einer Übersichtstabelle aus dem Jahr 1871 sind allein bei den deutschen Bahnen 50 Schienenvarianten unterschiedlichster Abmessungen und Materialqualitäten aufgelistet. Die Schienenlängen lagen seinerzeit meist zwischen 6,00 und 7,00 m.[19]
Nachdem die Bedeutung der Eisenbahnen als militärisches Transportmittel erkannt worden war, wurden erste Vorgaben zur Standardisierung aufgestellt. Gleichzeitig setzten in Deutschland Verstaatlichungsbestrebungen ein, um eine Kontrolle über die Eisenbahnen zu erlangen. Das bei derNiederschlesisch-Märkischen Eisenbahn 1867 eingeführte Regelschienenprofil mit einer Metermasse von 36,96 kg/m[20] wurde bei weiteren Bahnen eingeführt, die unter preußischem Einfluss standen.
Die Konzentrationsprozesse wurden nach derReichsgründung 1871 und insbesondere nach demGründerkrach 1873 weiter vorangetrieben.[21] Die Schienenprofile wurden bei den größeren Bahngesellschaften nach Belastungsklassen standardisiert und schrittweise verstärkt.
Die Tabelle zeigt anhand einer Auswahl die Entwicklung preußischer Schienenprofile[22][23] ab 1867 bis zum Regelprofil der Deutschen Reichsbahn S 49 in den 1920er Jahren.
Bezeichnung Schienenform
Masse kg/m
Höhe mm
Kopfbreite mm
Stegbreite mm
Fußbreite mm
Anmerkungen
NME Form 7
36,96
131
58
14
102
Regelprofil der Niederschl.- Märk.-Eisenbahn ab 1867
Bei den preußischen Schienenprofilen gab es Varianten mit verstärktem Steg zum Einsatz in Tunneln, auf Brücken und im preußischen Blattstoß (überlappender Stoß).
Die Materialqualität wurde durch die Verwendung vonBessemer- oder Martin-Stahl verbessert. Außerdem wurde die Schienenlänge mehrfach auf Standardlängen wie 9, 12 oder 15 m vergrößert, um die Anzahl der Schienenstöße zu reduzieren.[29][30][31]
Um 1900 führten die zunehmenden Lasten und der Wunsch nach höheren Geschwindigkeiten zu einer weiteren Verstärkung der Schienenprofile. Bei den süddeutschen Länderbahnen wurde ein Profil mit einer Höhe von 140 mm und einer Fußbreite 125 mm eingeführt.[25] Diese Profilmaße wurden 1906 auch in die preußischen Profilliste aufgenommen.[24]
Entwicklung der Schienengewichte auf durchgehenden Gleisen in km[32]
Nach dem Ersten Weltkrieg stand die Deutsche Reichsbahn vor der Aufgabe, die große Menge der von den Länderbahnen übernommenen Schienenprofile zu vereinheitlichen und konnte dabei die Erfahrungen auswerten. Besonders hohe Nutzungszeiten von 20–25 Jahren wiesen laut Wulfert das württembergische Schienenprofil E und das badische Schienenprofil 1893/99 mit einer Höhe von 140 mm auf. Aufgrund dieser Erfahrungen wurde das neue Profil S 49 mit einerMetermasse von 49 kg/m entwickelt und zum Regelprofil derDeutschen Reichsbahn und ihrer Nachfolger von 1922 bis 1963 bestimmt. Neben dem Schienenprofil S 49 war zunächst noch eine leichtere Schiene S 45 vorgesehen, welche jedoch nur in geringerem Umfang verlegt wurde.[33] Nach 1949 wurde das Profil S 45 nicht mehr gelistet. Dieses Reichsbahnprofil S 45a wurde bei der Berliner U-Bahn Ende der 1920er Jahre auf den Großprofil-Linien D und E (heute U8 und U5) eingebaut.[34][Anm 2]
Das Schienenprofil S 41 wurde im Zweiten Weltkrieg zusammen mit dem vereinfachten Oberbau N unter dem Zwang der Stahlknappheit eingeführt, aber nach dem Krieg nicht weiter von den Staatsbahnen beschafft.[35] Weitere Stahleinsparungen konnten im Zweiten Weltkrieg mit dem noch leichteren Profil S 33 erzielt werden, das sogar für die mit schweren Güterwagen befahrene Anschlussbahn zumKraftwerk Alt Garge verwendet wurde.[36]
Standard-Schienenprofile S 49, S. 54 und UIC 60 mit Maßen
Das Profil S 33 mit 33 kg/m entspricht in den Maßen dem preußischen Profil Form 6 und wurde zur Oberbausanierung von Schmalspurstrecken verwendet. Es wurde in den 1960er Jahren letztmals gewalzt.
Das im Zweiten Weltkrieg eingeführte Sparprofil S 41, das einer Schiene S 49 mit verringerter Kopfhöhe entspricht, wurde nach dem Krieg nicht mehr von den deutschen Staatsbahnen beschafft. Es wurde aber nun bevorzugt in U-Bahn-Netzen mit eingeschränkter Höhe der Tunnelbauwerke eingesetzt.
In Nebengleisen und Anschlüssen sind auch noch aus der Länderbahnzeit stammende preußische Schienenprofile wie Form 8 vorhanden.
Das Schienenprofil S 49 ist bis heute noch auf vielen Strecken vorhanden, wird aber nur noch für weniger belastete Gleise eingebaut. FürSchmalspurbahnen, in Straßen- undU-Bahn-Netzen wird dieses Profil ebenfalls verwendet.
Ab 1963 wurde bei derDeutschen Bundesbahn das Standardprofil S 54 mit einer Metermasse von 54 kg/m eingeführt. Es entstand durch Verstärkung des Profils S 49, vor allem bei der Schienenkopfhöhe und der Stärke des Schienenfußes. Beide Profile weisen mit 125 Millimetern dieselbe Fußbreite auf und sind dadurch weitgehend gegeneinander austauschbar. Das Profil S54 findet man auf Hauptstrecken und inBahnhofsgleisen. Es wurde aufgrund seiner größeren Stegbreite auch in Eisenbahntunneln mit hoher Korrosionsgefährdung verwendet.
Seit 1970 wird das ProfilUIC 60 mit einem Metermasse von 60 kg/m in der Regel für hochbelastete Strecken verwendet, sowohl für hohe Achs- und Zuglasten als auch für hohe Geschwindigkeiten. Die Fußbreite dieses Profils beträgt 150 Millimeter.
Im Netz derDeutschen Reichsbahn in derDDR wurde für hohe Lasten das sowjetische Profil R 65 mit 65 kg/m eingebaut. Durch die Fußbreite von 150 Millimetern sind die Profile UIC 60 und R 65 ebenfalls im liegenden Gleis gegeneinander austauschbar.
Das der deutschen Schiene S 49 vergleichbare sowjetische Profil R 50 wurde vor allem in ostdeutschen Straßenbahnnetzen, aber beispielsweise auch bei derWindbergbahn nach Dresden-Gittersee benutzt.
Andere Schienenkopfwölbung im Vergleich zum Profil 54E3
54E5
54E1AHC
54,42
159
70,2
16
140
54E6
–
53,74
161
67
16
125
55E1
U55
56,03
155
62
19
134
Regelprofil in Frankreich
56E1
BS 113lb BR Variant
56,3
158,75
69,85
20
140
60E1
UIC 60
60,21
172
72
16,5
150
Ab 1970 für hochbelastete Strecken, Bei der SBB als SBB VI bezeichnet
60E2
–
60,03
172
72
16,5
150
Andere Schienenkopfwölbung im Vergleich zum Profil 60E1
Schienenpaar mit unterschiedlichen Walzzeichen: Vorne alte Reihenfolge: Hersteller (Krupp), Jahr und Monat (03.1988), Profil (UIC 60), Stahlgüte (R320Cr). Hinten neue nach EN 13674-1: Hersteller (voestalpine Schienen Donawitz), Stahlgüte (R350LHT), Jahr (2002), Profil (EN 60 E1).
Im Bereich der Deutschen Bahn wird heute vorwiegend das Schienenprofil 54E4, auf Abschnitten mit hoher Belastung 60E2, auf Gleisen mit niedriger Belastung 49E5 eingesetzt.
Das mit dem deutschen Profil S 54 vergleichbare Profil UIC 54 wird vor allem im europäischen Ausland eingesetzt (z. B. in Spanien und den Niederlanden). Dieses Profil weist eine Fußbreite von 140 Millimetern auf, es erfordert deshalb besondere Unterlagen oder Schienenaufnahmen.
Um Verwechslungen und falsche Verwendungen zu vermeiden, wird in den Steg des Schienenprofils eine definierte Kennzeichnung mit Buchstaben und Ziffern mit aufgewalzt. Die aktuelle EU-Normvorgabe für diesesWalzzeichen ist beim Stand von 2024 die DIN EN 13674-1:2017-07 (D). Ältere Formen der Kennzeichnungen waren teilweise reinherstellerspezifisch.
In denUSA wird das Profil 140-RE (70 kg/m) für stark belastete Strecken eingebaut.
Weichenschienenprofile zur Herstellung einer UIC60-Weiche
FürWeichen wird möglichst dasselbe Schienenprofil wie für die anschließenden Gleise verwendet, bei unterschiedlicher Belastung der beiden Stränge das des höher belasteten.
Für den Bau von Weichen und Kreuzungen werden spezielle Schienenprofile verwendet. In Europa sind heute 33 radtragende Profile[41] und 5 Radlenkerschienen[42] festgelegt. Neben den entsprechenden Metermassen werden asymmetrische Schienen (Kennbuchstabe A), symmetrische Schienen mit dickem Steg (Kennbuchstabe T), symmetrische Schienen mit vollem Steg (Kennbuchstabe F) und asymmetrische Radlenkerschienen (Kennbuchstabe C) unterschieden.[41][42]
Im Gegensatz zu normalen Gleisen stehen Weichenschienen aus konstruktiven Gründen in der Regel senkrecht. Deshalb wird vor und hinter den Weichen die Schienenneigung entsprechend angepasst, asymmetrische Schienen mit eingewalzter, geneigter Fahrfläche eingesetzt oder Betonweichenschwellen mit einer Schienenneigung wie in Gleisen genutzt.[43]
In Deutschland werden beispielsweise Weichen der Schienenform UIC 60 aus den Weichenschienen 60E2A1 oder 60E2 (Fahrschienen,Backenschienen), 60E2A2 (Zungenschiene) und 33C1 (Radlenker) hergestellt.[44] Die Profile 60E2A1 und 60E2A2 haben eine geneigte Fahrfläche und sind daher asymmetrisch. Die Herstellung der Einzelteile einer Weiche aus Weichenschienenprofilen erfolgt durchspanende Bearbeitung (Fräsen, Hobeln).
Rillenschiene derBerliner VerkehrsbetriebeDerLinzer Straßenbahntunnel ist mit Rillenschienen und Betonfahrbahn ausgestattet, damit Rettungsfahrzeuge in den Tunnel einfahren könnenUlm: Rillenschienen samt großem Gleisabstand ermöglichen im Störungsfall einen problemlosen Schienenersatzverkehr auf dem Gleiskörper der StraßenbahnÜbergangsschweißung zwischen Rillen- und Vignolschiene (StreckeMünster–Warstein bei Enniger)Ausgleisen eines Zweiwegefahrzeuges auf einem Bahnübergang
Die Rillenschiene ist eine insbesondere für Straßenbahngleise verwendete Sonderform derBreitfuß- oder Vignolschiene. Ihre Besonderheit ist die in den Kopf eingewalzte Rille, die unabhängig vom Zustand des bis zur Schienenoberkante reichenden Straßenbelags immer einen freien Kanal für denSpurkranz gewährleistet.
In Europa sind heute 26 Rillenschienenprofile und 7 Konstruktionsprofile für Weichen und Kreuzungen festgelegt.[45]
Im Gegensatz zu den Vignolschienen ohne Rillen werden Rillenschienen nicht nur auf Schwellen in einer Schotterbettung, sondern oft auch auf betoniertem Untergrund verlegt und in ihm verankert. Der Schienenfuß ist dafür breiter (üblicherwiese 180 mm) als bei Vignolschienen. Eine Sonderform des Rillenschienenoberbaues auf Beton sind die sogenanntenGroßverbundplatte, vor Ort auf dem vorbereiteten Planum nur noch abzulegende, vorgefertigteGleisjoche (inklusive Straßenbelag).
DerRillenkopf dient im Wesentlichen nur dem Anschluss an den Straßenbelag. Das ist vor allem wichtig, wenn das Rillenschienengleis durch schwere Straßenfahrzeuge, die die Kante des Straßenbelags beschädigen würden, überfahren wird. In engen Bögen stellt sich durch den Verschleiß nach einiger Zeit zusätzlich eine Rückflächenführung auf der bogeninneren Seite der Rille ein. Zur Erhöhung der Liegedauer werden in Bögen deshalb Schienen mit dickerem Rillenkopf verlegt. In den meisten Straßenbahnnetzen werden aufgrund der historischen Entwicklung schmalere Spurkränze und Radreifen benutzt; die Rillenweite der Schienen beträgt etwa 40 mm. In Eisenbahnnetzen verwendet man breitere Spurkränze und Radreifen; die Rillenweite von Eisenbahn-Rillenschienen beträgt etwa 60 mm.
Zur Ableitung von Oberflächenwasser sind bei Rillenschienen, die im Fahrbahnbelag eingebaut sind, in regelmäßigen Abständen Entwässerungsöffnungen und Wasserkästen vorhanden. Die Öffnungen werden erst nach Einbau der Schiene geschaffen. Das Säubern des Spurkanals von anderem Schmutz oder Sand wurde früher vonHilfsarbeitern erledigt, den sogenanntenRitzenschiebern. Heute erfolgt dies in den meisten Verkehrsbetrieben maschinell mitSchienenreinigungsfahrzeugen.
In der Vergangenheit war es bei vielen Straßenbahnbetrieben auch üblich, Rillenschienen auf offenem Querschwellenoberbau einzubauen. Gründe dafür waren einerseits die in der Regel besser an das Straßenbahnradreifenprofil mit kleinerem Ausrundungsradius zwischen Lauffläche und Spurkranzflanke angepasste Geometrie der Fahrkante und zum anderen der Verzicht auf die wegen der unterschiedlichen Höhe und Lage des Schienensteges aufwändigen Übergangsschweißungen zwischen Rillen- und Vignolschienen (die bei Straßenbahnbetrieben zur Unterscheidung auchKopfschienen genannt werden). Besonders lange wurde nicht eingedeckter Rillenschienenoberbau in Bögen eingebaut. Man nahm an, dass die sich verschleißbedingt einstellende Rückflächenführung an der bogeninneren Schiene, vergleichbar mit Leitschienen bei Eisenbahnen, die Laufsicherheit verbessern würde. Diese Vermutung bestätigte sich jedoch nicht, abgesehen von sehr engen Bögen beispielsweise inWendeschleifen.
Manche Eisenbahnverkehrsunternehmen fügen in ihre StreckenEingleisstellen ein und verlegen auf diesen kurzen Abschnitten Rillenschienen. Zur Vermeidung des Wechsels zwischen Schienen ohne und mit Rillen – vor allem bei Versatz des Schienensteges – gibt es für derartige Abschnitte an rillenlose Schienen anschraubbare Zusatzprofile, oder es werden entsprechend profilierte Gummielemente oder entsprechende Überwegplatten, die am Rand entsprechend profiliert sind und auch bei Bahnübergängen verwendet werden, eingebaut.
Straßenbahngleis mit Rillenschienen auf Betonuntergrund während Erneuerungsarbeiten
Vorrichtung zur Entwässerung einer Rillenschiene, links im Bau, rechts in eingebautem Zustand
Mitunter werden Rillenschienen auch in Bereichen eingebaut und eingedeckt, wo im Regelfall kein Individualverkehr auf dem Gleiskörper stattfindet. Jedoch kann dieser im Notfall vonRettungsfahrzeugen befahren werden, was insbesondere bei Tunnelstrecken von Vorteil sein kann. Des Weiteren kann auf solchen Abschnitten leichter einSchienenersatzverkehr mitOmnibussen eingerichtet werden, außerdem können havarierte Schienenfahrzeuge dort auch von Straßenfahrzeugen abgeschleppt werden. Genauso kann bei Rillenschienenabschnitten auch dieSchneeräumung mit Straßenfahrzeugen erfolgen, außerdem entfällt dieVegetationskontrolle, das heißt die Unkrautvernichtung mit Chemikalien.
Generell besteht bei Rillenschienen durch potentielle Fremdkörper in der Rille eine erhöhteEntgleisungsgefahr gegenüber Normalschienen. Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist die Sturzgefahr für Radfahrer, insbesondere wenn die Schienen im spitzen Winkel gequert werden müssen oder nass sind. Aus diesem Grund werden stillgelegte Rillenschienenabschnitte oft provisorisch mit Gummi oder Zement gefüllt, bevor die Schienen später ausgebaut werden.
Rillenschienen werden auch vom Straßenverkehr abgenutzt. Der Einbau im Straßenbelag fördert durch eindringendes Oberflächenwasser die Korrosion sowohl des Schienenprofils als auch der Befestigungsmittel. Eingedeckte Rillenschienen müssen also häufiger ausgetauscht werden als nicht eingedeckte oder Schienen ohne Rillen. Der Austausch verursacht Behinderungen des Straßenverkehrs und macht die Wiederherstellung der Fahrbahndecke nach Abschluss der Gleisbauarbeiten erforderlich.
Im Winter kann Schnee die Rillen verstopfen, besonders dann, wenn der Schnee durch andere Verkehrsteilnehmer in die Rille geschoben und dort zusammengepresst wird. Eingedeckte Abschnitte müssen daher im Winter häufig durch sogenannteSpurfahrten freigehalten werden, während nicht eingedeckte Streckenabschnitte erst bei deutlich größeren Schneehöhen geräumt werden müssen.
Da Rillenschienen eine Gefahr für Fahrradfahrer darstellen, gibt es Schienen mit Gummifüllung, die verhindern sollen, dass Radfahrer in die Rille geraten und stürzen. Sie werden von denBasler Verkehrs-Betrieben bis Ende 2022 getestet. Allerdings können sie von manchen Schienenfahrzeugen nicht befahren werden, die zu leicht sind, um den Gummi in die Rille zu pressen.[46][47]
Lagekorrekturen von eingedeckten Abschnitten, vergleichbar mit Stopf- und Richtarbeiten beim Schotteroberbau, sind in eingedeckten Rillenschinengleisen nur aufwändig und nicht ohne Ausbau der Fahrbahndecke mit Sperrungen für den Straßenverkehr möglich.
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 mit Rippenplatten auf Schwellen befestigt, was als „diskontinuierliche Lagerung“ bezeichnet wird. Die diskontinuierliche Lagerung wird hier als sehr schadensanfällig betrachtet.
Schwere Sonderprofileüberwiegend mit der Bezeichnung MRS sind nicht genormt und 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.
Sattelbahnen benutzen als Fahrweg Betonbalken mit seitlicher und mittiger Spurführung. Für die seitliche Spurführung genügen senkrecht angebrachte 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. Ähnlich ist die Führungsschiene beiLeitschienenbahnen wieTranslohr oderNeoval aufgebaut, doch hat ihr Kopf einen sechseckigen Querschnitt und die je zwei um etwa 45° geneigten Leiträder umfassen diesen Schienenkopf seitlich. Beim ursprünglichen SystemVéhicule automatique léger sind die in diesem Fall doppelten Leitschienen nur im Weichenbereich vorhanden. Ansonsten werden die Wagen durch die beidseitigen, senkrecht stehenden Leitschienen geführt, die zusätzlich alsStromschienen genutzt werden und deshalb isoliert aufgehängt sind.
Eine besondere Schienenbauart für enge Werkhöfe war dieAuflaufkurve, die nach ihrem HerstellerMaschinenfabrik Deutschland inDortmund auch alsDeutschlandkurve bezeichnet wurde. Mit ihr war es möglich, Gleisbögen in sehr kleinen Radien bis zu 35 m herunter zu verlegen. Dabei wurde auf der bogeninneren Schienen eine Rillen- oder Zwangsschiene eingebaut, während die bogenäußere Schiene einen breiteren Schienenkopf erhielt. Mit einer Anrampung wurde der bogenäußere Spurkranz des Radsatzes auf den breiten Schienenkopf geführt.
Ab 1770 wurden gusseiserne Schienen auf Steinblöcken verlegt, so erstmals bei derDerby Canal Railway in England.[48]Der EngländerRalph Allen erfand in den 1730er Jahren den einseitigenSpurkranz, der die Wagen sicher auf dem Gleis führt. Nach anderen Angaben wurde der Spurkranz jedoch erst 1789 eingeführt.[49]
Mit Einführung der Spurkranzräder wurden Schienen mit pilzförmigem Querschnitt mit und ohne untere Verstärkung des Steges verwendet. Die kurzen, gusseisernen Schienen konnten nur ein sehr mangelhaftes, für größere Raddrücke (wie sie die in der Entstehung begriffenen Lokomotiven erforderten) ungeeignetes Gleis bilden. 1820 gelang esJohn Berkinshaw in Durham, Schienen durch Walzen zu erzeugen, sie damit also aus haltbarerem Material und in großen Längen (damals 15 Fuß engl.) herzustellen.[49]
„Die Querschnittform blieb zunächst noch die gleiche Pilzform und die Unterstützung ebenfalls dieselbe mit gusseisernen Schienenstühlen auf Steinwürfeln. Seltsamerweise glaubte man, auch von der Fischbauchform in Längsrichtung nicht abweichen zu dürfen und walzte mit vieler Mühe die Wellenschiene. So sind diese gewalzten Schienen zuerst auf einem Teil der kleinen Bahn Stocton-Darlington [sic!] (1825) und auf der ersten großen Lokomotivbahn, Liverpool-Manchester (1826–1830), verlegt worden.“ (Meyers Konversationslexikon, 1905[49])
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Schematische Darstellungkalibrierter Vor- und Fertigwalzen zur Herstellung von Schienen
Schienen werden heute in Europa ausschließlich ausLD-Stahl gewalzt.[53] Es sind etwa zehn Walzdurchgänge erforderlich. Die Schienen werden dann gegebenenfalls noch einerKopfhärtung unterzogen. Diese besteht in einem Abschrecken aus der Walzhitze durch Tauchen in ein Härtebad oder induktives Aufheizen und anschließendes Pressluftkühlen des Schienenkopfes. Nach dem Walzen werden die Schienen in einem entsprechend langen Kühlbett als Ganzes gleichmäßig und kontrolliert abgekühlt; dabei entstehende Abweichungen vom geraden Verlauf werden durch kaltesRichten auf einer Rollenrichtmaschine unter hohem Druck beseitigt, im Fachjargon auch „Bügeln“ genannt.[54]
Anschließend erfolgt die Qualitätskontrolle jeder einzelnen Schiene; sie wird jeweils auf Geradheit, korrekte Oberfläche und inneren Zustand hin geprüft. Die hohe Ausgangsqualität des verwendeten Stahls ermöglicht eine direkte Wiederverwertung des Ausschussmaterials. In der Endbearbeitung erfolgt schließlich das Sägen auf die gewünschte Länge sowie evtl. auch das Bohren sog. „Laschenlöcher“. Üblich ist die LieferungJust in time (JIT) auf die entsprechende Baustelle.[54]
Schienen können eine lange Lebensdauer haben. Foto einer Schiene von Blaenavon Steel von 1885 aus dem Jahr 2005.
Langschienen zum Bahntransport werden entweder gleich mit einer Länge von 120 Metern gefertigt oder im Werk aus zwei bis vier Teilstücken zu Langschienen verschweißt. Weitere Schweißungen bis hin zu 360-m- oder sogar 500-m-Stücken sind möglich. Bei Lieferungen per Schiff nach Übersee ist die Schienenlänge auf 60 Meter begrenzt.
Die Langschienenlogistik erfordert lange Spezialwagengespanne (»Langschieneneinheiten«) sowie mehrere parallel arbeitendeKräne.Vorteilhaft ist die Minimierung der teuren Schweißarbeiten vor Ort im Baugleis nach demThermitschweißverfahren oder demAbbrennstumpfschweißverfahren und der für die Nahtstellen (sog. „Schienenstoß“) nötige Wartungsaufwand.[54] 30-m-Langschienen waren ab 1928 bei der Deutschen Reichsbahn üblich, um 1930 waren ferner 60-m-Langschienen in Erprobung.[55]
Schienen für engeBogenradien (z. B. unter 300 m oder als Weichenteile), die nicht vor Ort in die Krümmung gelegt werden können, werden im Werk auf einer Dreirollenmaschine vorgebogen.
Waren früher Bahnschienen einStandardprodukt fast allerWalzwerke, sind die Qualitätsanforderungen inzwischen 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 (inDonawitz,Österreich) gehört zuVoestalpine.Der letzte in Deutschland verbliebene Produzent,TSTG Schienen Technik gehörte ebenfalls zurVoestalpine AG und wurde Ende 2013 geschlossen.[56]Bis 2011 existierte auf dem deutschen Markt einPreiskartell, das sich alsSchienenfreunde bezeichnete.
Zur genaueren Bezeichnung wird in Deutschland dieMetermasse des Profils verwendet.Diebayerische Ludwigs-Eisenbahn vonNürnberg nachFürth (1835) verwendete ein Profil von 12 kg/m. Nach 1920 begann der Einbau von Schienenprofilen mit 49 kg/m (S 49). Die aktuell bei derDeutschen Bahn AG verwendeten Profile werden weiter oben in diesem Artikel näher beschrieben. Im Bereich derOSShD (Osteuropäischer Eisenbahnverband) waren auch Profile mit 65 kg/m (R 65) üblich.
Straßenbahn-Betriebe bauen auf eigenem Gleiskörper aufgrund geringer Belastung meist ein S-41-Profil ein, die Bahnbetriebe inTagebauen aufgrund der hohen Belastung das Profil S 64. Besonders beiSchmalspurbahnen 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 derLänderbahnzeit (z. B.Va inSachsen) zum Einsatz.
Der Vorteil leichter Schienenprofile liegt zum einen in der Materialersparnis, zum anderen jedoch darin, dass bei starken Schwankungen derTemperatur die Kräfte infolgeWärmeausdehnung geringer sind. Dies wirkt sich insbesondere in engen Gleisbögen aus, wo es bei starken Temperaturschwankungen zu Gleislagefehlern kommen kann. Ihre Nachteile sind die geringere Tragfähigkeit und das geringere Widerstandsmoment.
Schienenwerkstoffe werden generell auch nach ihrer Güte klassifiziert, die mit ihrerBrinell-Härte (HBW) auf der Fahrfläche gemessen wird.[38] Eine weitere wichtige Kennzahl ist dieZugfestigkeit in N/mm². In der Vergangenheit wurde auch die Zugfestigkeit als Maßstab für die Güte des Schienenwerkstoffs genutzt.[67] In Europa sind neunperlitische Stahlsorten in einem Härtebereich zwischen 200 HBW und 440 HBW und einer Zugfestigkeit zwischen 680 und 1280 N/mm² festgelegt, siehe die folgende Tabelle.[38]
Verteilung der Härte (HBW) einer kopfgehärteten Schiene R370CrHT
Durch eine geeigneteWärmebehandlung, das sogenannteVergüten, kann die Lebensdauer von Schienen gegenüber naturharten, d. h. nicht wärmebehandelten Schienen, insbesondere in engen Bogenradien, um ein Vielfaches erhöht werden. Hierzu werden von den Schienenhersteller unterschiedliche Wärmebehandlungstechnologien eingesetzt. Durch eine leicht beschleunigte Abkühlung der auf die Austenitisierungstemperatur erwärmten Schiene kann einfeinperlitischesWerkstoffgefüge erzeugt werden. Dadurch kann die Festigkeit und Härte der Schiene erhöht werden, ohne dabei dieZähigkeit des Schienenwerkstoffes negativ zu beeinflussen.[53]
Schienen unterliegen im Gleis überwiegend einseitiger Abnutzung, sodass auf der Nichtfahrkante ein ausreichendes Profil verbleibt, um dieseaufzuarbeiten und eine neue Fahrkante für eine zweite Nutzungsperiode herzustellen. Neben dem verschleißbedingten Ausbau werden bei bestimmten Gleisumbauverfahren beim Austausch anderer Oberbaukomponenten (z. B. Schwellen) auch Schienen ausgebaut, obwohl diese noch nicht verschlissen sind.[68][69] Beim Einsatz vonSchnellumbaumaschinen ist allerdings der Schwellenwechsel auch unter Weiternutzung der Schienen möglich.
Der Aufarbeitungsprozess umfasst mehrere Schritte, darunter das Aussortieren von Schrottanteilen, das Richten der Schienen, die Reprofilierung des Schienenkopfes durchFräsen oderHobeln, dieEntgratung der neuen Fahrkante, dieUltraschallprüfung auf innere Fehler sowie das Verschweißen mit stationärerAbbrennstumpfschweißtechnik zu Langschienen mit Längen von bis zu 360 Metern. Daraus werden wiederum je nach Bedarf die entsprechenden Schienenlängenvorkonfektioniert. Nach der Aufarbeitung können die gebrauchten Schienen wiederverwendet werden. Der Wiedereinbau der aufgearbeiteten Schienen erfolgt in der Regel in Gleisen mit geringerer betrieblicher Belastung, für die eine geringere Verschleißreserve ausreichend ist.[68][69]
Die Wiederverwendung von Schienen im Eisenbahnverkehr bietet sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile. So ist die Aufarbeitung von Schienen wirtschaftlich vorteilhaft, da sie etwa die Hälfte der Kosten einer Neuschiene verursacht. Die Wiederverwendung von Schienen bietet somit ein erhebliches Einsparungspotential für das Eisenbahninfrastrukturunternehmen.[68][69] DieserKreislaufprozess bezeichnet man auchStufenbewirtschaftung.
Vignolschienen werden auf den Schwellen meist unter Zwischenlage von Unterlags- oder Rippenplatten befestigt, die einerseits den Schienenfuß tragen und seitlich führen sowie zur Schwelle hin dieBohrungen undAussparungen für die Befestigungsschrauben bzw. Federelemente bereitstellen. In der Vergangenheit und bei einfachen Verhältnissen wurden die Auflager bei der Oberbauform Hs einfach in die Oberfläche von Holzschwellen eingehobelt und die Schienen mit Schwellenschrauben befestigt. Fortschritte bei der Betonherstellung ermöglichten bei derOberbauform W wieder den Verzicht auf Unterlagsplatten.
Die Verbindung zweier Schienen in Längsrichtung an ihren zusammenstoßenden Enden (»Schienenstoß«) erfolgt mit lösbaren Verbindungselementen (z. B. Laschen) oder unlösbare Verbindungen (z. B. Schienenschweißungen). Je nach Ausführung der Schienenverbindungen unterscheidet man zwischenStoßlückengleisen unddurchgehend geschweißtem bzw.lückenlosen Gleisen. Die Schienenverbindungen müssen eine ebene Fahrbahn gewährleisten und die Kräfte undMomente zwischen den Schienen übertragen können.
Elektrische Übergangsschweißung zwischen R 50 (links) und S 49 (rechts)
Beim Wechsel des Schienenprofils im Gleis werden insbesondere bei Umbauten industriemäßig durchAbbrennstumpfschweißen hergestellte Übergangsschienen eingebaut. Beim Schienenwechsel im Rahmen der Instandhaltung und wenn Übergangsschienen nicht erhältlich sind, beispielsweise zwischen R 65 und UIC 60, müssen die unterschiedlichen Profile mitaluminothermischen Übergangsschweißungen verbunden werden. Ist das aus Platzmangel, beispielsweise in Kreuzungsweichen oder weil es keine entsprechenden Schweißformen gibt, nicht möglich, müssen die Schienenenden durchLichtbogenhandschweißen verbunden werden. In vielen Straßenbahnnetzen ist das Lichtbogenschweißen das Regelverfahren. Kropf- und Übergangslaschen sind nur noch bei Bauzuständen und zum vorübergehenden Sichern von Schienenbrüchen zulässig. Sind die zu verbindenden Profile geometrisch zu unterschiedlich, müssen mehrere Übergangsschienen bzw. -schweißungen hintereinander vorgesehen werden.
Profil einer Vignolschiene mit Rippenplatte (Oberbau Ks)
Zur Anpassung an die zur Selbstzentrierung im Gleis konischen Laufflächen der Räder stehen die Schienen im Gleis in der Regel zur Gleismitte hin geneigt. Diese Neigung wird entweder in die Unterlagsplatten oder in die Schwellen eingearbeitet. In der Vergangenheit betrug das europäische Regelmaß dieser Neigung, angepasst an langachsständige Zwei- und Dreiachser, 1:20. Bei Drehgestellfahrzeugen hat sich eine geringere Konizität der Radlaufflächen als günstiger für Verschleiß und Laufruhe erwiesen. Aufgrund ihres zunehmenden Anteils am Fahrzeugbestand wurde die Regelneigung der Schienen etwa seit den 1960er Jahren, gleichzeitig mit der Einführung schwerer Schienenprofile, auf 1:40 verringert. Oberbauarten mit Betonschwellen oder schwereren Schienen als S 49 wurden in der Regel von vornherein mit einer Neigung von 1:40 entwickelt. Gleise mit 1:20 geneigten Schienen finden sich in Deutschland nur noch in Nebengleisen und auf Nebenbahnen mit geringer Belastung und langer Liegedauer des Oberbaues.
Senkrecht stehende Schienen und zylindrische Radreifen gibt es bei einigen Straßenbahnnetzen. Zur Bauzeit war man der Meinung, dass die Selbstzentrierung durch denSinuslauf aufgrund des geringen Spurspiels und der engen Bogenradien ohnehin kaum wirkt. Ein bekanntes Beispiel für senkrecht stehende Schienen und zylindrische Radreifen ist das Netz derU-Bahn Berlin. Im Betrieb stellt sich allerdings ein konisches Verschleißprofil ein.
In Weichen und Kreuzungen und bei kurzen Gleisstücken bis 40 Meter zwischen Weichen stehen die Schienen insbesondere zur Vereinfachung der Konstruktion und zur Vermeidung von mehrfachen Neigungswechseln senkrecht. Bei einigen neueren Weichenkonstruktionen ist die Neigung in die Fahrfläche der Schienen eingearbeitet. Zwischen Gleisen mit senkrecht stehenden und 1:20 geneigten Schienen baut man Übergangsschwellen mit der Neigung von 1:40 ein.
Im Gegensatz zu den vorgenannten Schienenformen dienenStromschienen weder dem Tragen noch dem Führen eines Fahrzeugs, sondern dessen Versorgung mit elektrischer Energie. Hierfür werden spezielle Stromschienenprofile, gelegentlich auch altbrauchbare Fahrschienen oder andere Bauformen verwendet. Aufgrund des notwendigen niedrigerenWiderstandes kommen des Öfteren auch Stromschienen aus Aluminium zum Einsatz. Zur Verschleißminderung existieren, beispielsweise bei derU-Bahn Wien, Aluminiumstromschienen mit aufgesetzter Kontaktfläche aus Stahl.
Ausbruch am SchienenkopfLängsriss in Schiene mit behelfsmäßiger Sicherung durch Laschen und Schienenfußklammern in Naundorf an der StreckeOschatz–Mügeln (1982)
Schäden bei Schienen können verschiedene Ursachen haben. Man unterscheidet grob folgende Schäden:
Gustav Wulfert:Der neue Oberbau der Deutschen Reichsbahn und der Oberbau der Gruppe Preußen. 4. Auflage. Selbstverlag Gustav Wulfert, Mühlheim 1939 (364 S.).
Fritz Fastenrath (Hrsg.):Die Eisenbahnschiene. Theoretische und praktische Hinweise zur Beanspruchung, Werkstoffbeschaffenheit, Profilwahl, Verschweißung und Behandlung in Gleis und Werkstatt. Ernst & Sohn, Berlin u. a. 1977,ISBN 3-433-00783-7.
140 Jahre Eisenbahndirektion Hannover. 1843–1983. Eisenbahndirektion, Hannover 1983, S. 61 ff.
Karl-Otto Edel:Untersuchung des Bruchverhaltens von Eisenbahnschienen und -vollrädern. Magdeburg 1987 (Magdeburg, Techn. Hochsch., Diss., 1987).
Heinrich Köstermann, Klaus Meißner, Herbert Sladek (Hrsg.):Handbuch der Schienentechnik. Werkstoffe, Herstellung und Bearbeitung, Qualitätssicherung (=Fachbuchreihe Schweißtechnik. 152). DVS Media, Düsseldorf 2008,ISBN 978-3-87155-218-2.
Markus Barth, Sepp Moser:Praxisbuch Fahrbahn. AS Verlag, Zürich 2014,ISBN 978-3-906055-29-9,S.25–32.
↑Das preußische Schienenprofil Form 8 wurde 1903 auf der Militärbahnstrecke Marienfelde–Zossen eingebaut und ermöglichte es derStudiengesellschaft für Elektrische Schnellbahnen, bei ihren Drehstrom-Versuchsfahrten einen Geschwindigkeitsweltrekord von 210 km/h zu erreichen.
↑Das Schienenprofil S 45 wird zwar in den Reichsbahn-Tabellenwerken aufgelistet und passt zum Reichsbahn-Oberbau K, war aber nicht mehr für dem Oberbau auf Reichsbahnstrecken bestimmt.
↑Florian Neukirchen:Von der Kupfersteinzeit zu den Seltenen Erden – Eine kurze Geschichte der Metalle. Springer-Verlag, 2016,ISBN 978-3-662-49347-2,S.65 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
↑Charles Couche:Profils de rails.Voie, matériel roulant et exploitation technique des chemins de fer, Paris 1867
↑John Curr:The Coal Viewer. And the Engine Builder’s Practical Companion. John Northall, Sheffield 1797.
↑abcdeEdmund Heusinger von Waldegg,Georg Osthoff:Eisenbahn-Oberbau. In: Edmund Heusinger von Waldegg (Hrsg.):Handbuch für specielle Eisenbahn-Technik. Vierte vermehrte und verbesserte Auflage. Erster Band. Verlag von Wilheim Engelmann, Leipzig 1877.
↑Track at Surrey Quays. In: www.trainweb.org. Archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 10. März 2016; abgerufen am 7. März 2016.
↑Patent DE9863C: Walzwerk für Rillenschienen und andere Profileisen. Angemeldet am 23. September 1879, veröffentlicht am 3. Juli 1880, Anmelder: Société Anonyme des Mines et Usines du Nord et de l'est de la France.
↑Kgl. Pr. Minister d. öffentl. Arbeiten (Hrsg.):Berlin und seine Eisenbahnen. 1846–1896. Springer-Verlag, Berlin 1896, Ästhetik und Kommunikation, Berlin 1982, S. 190ff. (Repr.)ISBN 3-88245-106-8, Bd. 1, S. 193.
↑Wulfert: Der neue Oberbau der Deutschen Reichsbahn ..., 4. Auflage, 1939, S. 36–39 u. 48–50
↑Alfred Schau: Der Eisenbahnbau 1. Teil, Allgemeine Grundlagen, Bahngestaltung, Grundzüge für die Anlage der Bahnen.Verlag B. G. Teubner, Leipzig und Berlin, 1914, S. 55ff.
↑abWulfert: Der neue Oberbau der Deutschen Reichsbahn ..., 4. Auflage, 1939, S. 38
↑abcWulfert: Der neue Oberbau der Deutschen Reichsbahn ..., 4. Auflage, 1939, S. 50
↑Heinrich Saller:Der Eisenbahnoberbau im Deutschen Reich. Verlag der Verkehrswissenschaftlichen Lehrmittelgesellschaft mbH bei der Deutschen Reichsbahn, Berlin 1928, Seite 9.
↑Wulfert: Der neue Oberbau der Deutschen Reichsbahn ..., 4. Auflage, 1939, S. 2–3
↑abcdNorm DIN EN 13674-1:2017-07Bahnanwendungen – Oberbau – Schienen – Teil 1: Vignolschienen ab 46 kg/m
↑abNorm UNI 3141:1991Rotaie per linee ferroviarie. Tipi, dimensioni e tolleranze.
↑Norm DIN EN 13674-4:2020-02Bahnanwendungen – Oberbau – Schienen – Teil 4: Vignolschienen mit einer längenbezogenen Masse zwischen 27 kg/m und unter 46 kg/m
↑abNorm DIN EN 13674-2:2020-01Bahnanwendungen – Oberbau - Schienen – Teil 2: Schienen für Weichen und Kreuzungen, die in Verbindung mit Vignolschienen ab 46 kg/m verwendet werden
↑abNorm DIN EN 13674-3:2010-12Bahnanwendungen – Oberbau – Schienen – Teil 3: Radlenkerschienen
↑Ekkehard Lay, Reinhold Rensing:Weichen. In: Lothar Fendrich, Wolfgang Fengler (Hrsg.):Handbuch Eisenbahninfrastruktur. 2., neu bearb. Aufl. 2013. Springer-Vieweg, Berlin, Heidelberg 2013,ISBN 978-3-642-30021-9,S.239–306.
↑Müller:Der Oberbau der Reichsbahn in der Nachkriegszeit. In:Die Reichsbahn.Band6,Nr.38 / 39, 17. September 1930,ZDB-ID 512289-2,S.1005–1013 / 1029–1039.
↑Schienenwerkstoff. In:Lexikon Eisenbahn. 6., bearbeitete und ergänzte Auflage. Transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin 1981,S.674.
↑abcMarcel Taubert:Verwendung und Bedeutung aufgearbeiteter Schienen. In:Der Eisenbahningenieur.Band53. Tetzlaff Verlag, Mai 2002,ISSN0013-2810,S.24–27.
↑abcDirk Elsner, Marcel Taubert:UIC 60 Migration als kostenoptimierte Lifecycle-Strategie. In:Der Eisenbahningenieur.Band55. Tetzlaff Verlag, Juli 2004,ISSN0013-2810,S.50–54.
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