Die Schienen und deren Befestigung

Wir sind nun bei den Schienen und somit beim letzten Teil des Oberbaus angelangt. Diese Schienen stehen in direktem Kontakt zu den Fahrzeugen. Das heisst, sie entscheiden darüber, ob die Kraftübertragung gut oder schlecht ist. Üblicherweise werden die Schienen in speziellen Stahlwerken hergestellt. Das Metall, ist ein spezielles Eisen, das über spezielle Eigenschaften, die im Gleis benötigt werden, verfügen.

Wie es der Name Eisenbahn schon sagt, bestehen Schienen bekanntlich aus Eisen. Das stimmt jedoch nur bedingt, denn normales Eisen würde den Belastungen nicht standhalten, deshalb kommen spezielle für diesen Zweck entwickelte Stahlsorten zur Anwendung. Trotzdem ist auch dieser Stahl bei unterschiedlichen Temperaturen Veränderungen der Länge unterworfen. Das kann bei Eisenbahnen, wo Kilometer lange Strecken verlegt werden, schon grössere Probleme verursachen.

Um das zu verhindern müssen Die Anlagen entsprechend gebaut werden. Dabei nutzt man bei modernen Gleisen die elastischen Eigenschaften des Stahls aus. Die dabei entstehenden hohen Kräfte werden durch die Schiene selber und über die Schwellen und das Schotterbett übertragen. Jedoch stellten solche Strecken hohe Anforderungen an den Untergrund und daher muss man andere Lösungen finden. Diese fand man beim Schienenstoss.

Der Schienenstoss: Der Schienenstoss ist eine Stelle, wo die Schienen locker miteinander verbunden wurden. Dank dieser Verbindung können sich die Schienen, die zwischen zwei Laschen eingeklemmt wurden, in der Längsrichtung verschieben. So werden die durch die Temperatur bedingten Längenänderungen des Stahls ausgeglichen. Die seitlichen Kräfte auf das Gleis werden dadurch reduziert und die Schwellen, sowie das Schotterbett entlastet.

Früher baute man alle Strecken so. Der Grund war einfach, denn man musste die Schienen zur Baustelle führen und das ging nur bis zu einer bestimmten Länge. Die einzelnen Schienen wurden dann einfach mit den Laschen verbunden und die Strecke war fertig. Mit besseren Transportmöglichkeiten konnte man die Anzahl dieser Schienenstösse reduzieren. Weggefallen sind sie jedoch erst, als man die Schienen schweissen konnte.

In den Schienenstössen entsteht ein kleiner Luftspalt. Dieser wird im Sommer kleiner und ist im Winter grösser. Jedoch bietet diese Lücke das grösste Problem, das mit den Schienenstössen entsteht.

Denn die Lücke im Schienenstrang hat auch Auswirkungen auf das Schotterbett und die auf den Schienen verkehrenden Fahrzeuge. Daher versucht man diese Schienenstösse so selten wie nur möglich zu verwenden.

Die Lücke im Gleis lässt ein einsinken des Rades zu. Dadurch entstehen auf die Schienen grosse Kräfte, die auf die Schwellen übertragen werden. Sie hören diese Stösse auf der Fahrt im Wagen.

Für die Schwellen bedeutet das aber, dass sie überlastet werden, die Schwelle sinkt ein und das Schotterbett wird gelockert. Behelfen kann man sich damit, dass zwei Schwellen unmittelbar beieinander montiert werden. So entstehen nur noch Schäden an der Schiene selber.

Die Schiene wird dadurch an den Enden schneller beschädigt und muss regelmässig aufgearbeitet werden. Das heisst, die Schienenstösse führten zu einem erhöhten Aufwand beim Unterhalt.

Es ist deshalb klar, dass man so wenige Schienenstösse wie möglich einbauen will. Durch die immer länger werdenden Schienen erhöhten sich aber die Kräfte auf die Schwellen. Damit man die Längenänderungen aber trotzdem noch ausgleichen kann, wurden spezielle Schienenstösse verwendet.

Hier werden die Schienen speziell geformt und so zueinander montiert, dass sie sich aneinander vorbei schieben können. Die Änderung der Länge wird damit mit einer schmalen längs verlaufenden Lücke ausgeglichen. Das Rad, das darüber fährt, kann nicht mehr einsinken und die Beschädigungen halten sich im Rahmen. Jedoch ist verschweissen immer noch die beste Möglichkeit auf Schienenstösse zu verzichten.

Die Achslast: Die Achslast, also die Last, die auf einer einzigen Achse lasten darf, wird durch die Schienen vorgeben. Würde eine zu hohe Achslast auf die Schiene drücken, könnte diese wegen der Last brechen oder aber verbogen werden. Beides führt zu grösseren Problemen. Daher bestimmt man die zulässige Achslast für die Strecken. Eine Erhöhung der Achslasten ist jedoch nur möglich, wenn man stärkere Schienen verwendet. Dazu kommen wir später noch.

Vom Druck, der von der Achse auf die Schiene wirkt, hängt auch das Gewicht des Fahrzeuges ab. Der Achsdruck belastet die Schiene an einer kleinen Stelle. Dadurch wird das Metall dort zusammengepresst. Diese Kräfte werden anschliessend auf die Schwellen und das Schotterbett übertragen. Daher ist der Achsdruck oder die Achslast mit der Meterlast kombiniert und bildet die Streckenklasse.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Streckenklassen auf Grund der Achslast aufgeführt worden. Die Achslast wird mit Buchstaben angegeben. Dabei kann diese Tabelle immer mehr erweitert werden und die Werte gelten für Normalspurbahnen, wie sie in Europa verkehren. In anderen Ländern oder bei Schmalspur werden andere Achslasten vorgeschrieben. Daher ist diese Tabelle nicht vollständig und nur auf die Normalspur abgestimmt worden.

 

Streckenklasse Achslast Bemerkung
A 16,0 t  
B 18,0 t  
C 20,0 t Speziallasten vorhanden
D 22,5 t Standard in Europa
E 25,0 t In Schweden

 

Sie haben gesehen, dass die maximal zulässigen Achslasten mit Buchstaben angegeben werden. Dabei verwendet man gross geschriebene Buchstaben um sie besser kenntlich zu machen und um Verwechslungen auszuschliessen. Damit werden an den Wagen die so genannten Lastgrenzraster beschriftet. So kann an der Tabelle abgelesen werden, wie schwer ein Wagen für eine bestimmte Strecke beladen werden darf.

Ein entsprechend beladenes Fahrzeug darf die aufgeführte Streckenklasse befahren. Ist es zu schwer, gibt es dafür ein Verbot. Gerade die Kategorien D und E sind noch nicht überall zugelassen und werden in speziellen Listen aufgeführt. Jedoch wird in Lastgrenzraster auch das maximale Gewicht des Fahrzeuges angegeben, so dass die Werte unter den Streckenklassen liegen können. Sie sollten sich diese Lastgrenzraster einmal ansehen.

Damit Sie sich jetzt schon ein Bild machen können, folgen hier die kompletten Streckenklassen in einer eigenen Tabelle. Diese Werte gelten für alle normalspurigen Strecken in Europa. In anderen Ländern können auch höhere Werte verwendet werden. Die Bestimmung dieser Streckklassen übernimmt die UIC als europäische Normierungsgesellschaft. Jedoch kommen nicht alle Streckenklassen in allen Ländern vor.

 

Streckenklasse Achslast Meterlast
A 16,0 t 5,0 t/m
B1 18,0 t 5,0 t/m
B2 18,0 t 6,4 t/m
C2 20,0 t 6,4 t/m
C3 20,0 t 7,2 t/m
C4 / CE 20,0 t 8,0 t/m
CM2 21,0 t 6,4 t/m
CM3 21,0 t 7,2 t/m
CM4 21,0 t 8,0 t/m
D2 22,5 t 6,4 t/m
D3 22,5 t 7,2 t/m
D4 22,5 t 8,0 t/m
E 25,0 t  

 

Wichtige europäische Strecken sind für die Streckenklasse D4 freigegeben. Wann sich die Streckenklasse E ausserhalb von Skandinavien durchsetzen wird, ist noch fraglich. Die entsprechenden Wagen dazu gibt es bereits in ganz Europa. Verwendet wird die Streckenklasse E jedoch im Moment nur auf der Erzbahn zwischen Kiruna und Narvik, wo Wagen bis 100 Tonnen eingesetzt werden. Wie schon erwähnt, hängt es direkt von den Schienen ab, wann sich diese Streckenklasse durchsetzen wird.

Damit sind wir wieder bei der eigentlichen Schiene angelangt. Diese muss diese Achslasten tragen können. Dazu gibt es verschiedene Baugrössen einer Schiene. Die können je nach Strecke verwendet werden. Jedoch gab es früher noch andere Lösungen, denn Schienen waren teuer und so wollte man sie so lange wie möglich verwenden können. Es lohnt sich deshalb, wenn wir uns nun mit den einzelnen Schienenprofilen befassen.

Wenn man aber Schienenprofile betrachtet, muss man auch gleich deren Befestigung auf den Schwellen behandeln. Nicht bei jeder Schwelle kann man mit den gleichen Lösungen arbeiten. Wichtig ist, dass letztlich die Befestigungen festgeschraubt werden. Holzschwellen hätten noch den Vorteil, dass man hier auch Nägel verwenden konnte. Jedoch haben sich die Schrauben durchgesetzt. Doch damit ist die Befestigung längst nicht abgeschlossen.

Doppelkopfschiene: Eine alte und recht selten verwendete Bauform der Schiene ist die Doppelkopfschiene. Ihr Vorteil waren die beiden vorhandenen Schienenköpfe. Damit konnte die Schiene nach einer Zeit einfach gedreht werden. Man konnte den wertvollen Stahl länger verwenden. Zwischen den beiden Köpfen war jedoch nur ein dünner Steg vorhanden, der die Befestigung der Schiene erlaubte.

Diese spezielle Schiene wurde bei der Eröffnung der Lötschbergbahn zwischen Frutigen und Brig verwendet und kam dort viele Jahre zum Einsatz.

Das Schienenprofil konnte dabei dank der speziellen Form mehrfach verwendet werden, was die Kosten für die Erneuerung senkte.

Mit der Zeit wurden aber auch dort die Schienen durch die üblichen Bauformen ersetzt. Die Doppelkopfschiene ist mittlerweile nahezu verschwunden.

Gerade die Doppelkopfschiene der Lötschbergbahn zeigte ein Problem bei den engen Kurven auf. Die Fahrzeuge nutzten die Profile der Schienen ab.

So waren diese nach einer gewissen Zeit verschliessen und die Spurweite stimmte nicht mehr. Die Schienen müssen nun ersetzt werden.

Bei der Doppelkopfschiene konnte man diese einfach drehen und hatte wieder einen Schienenkopf, der befahren werden konnte.

Auf dem Bild sehen Sie, dass die Doppelkopfschiene in einer speziellen Halterung montiert worden ist.

Diese Halterung nennt man Schienenstuhl es fällt zudem weiter auf, dass die Schiene darin geneigt ist und es keine feste Verbindung zwischen Schiene und Stuhl gibt. Was man mit der Zeichnung jedoch nicht erkennen kann, ist, auf welcher Seite das Rad läuft. Doch betrachten wir das Ganze der Reihe nach.

Der Schienenstuhl besteht aus einem gegossenen Stahlteil. Der Stuhl wird mit Hilfe von zwei Schrauben oder von Nägeln auf der Holzschwelle festgeschraubt. Wichtig dabei war, dass der Schienenstuhl sauber auf der Schiene aufliegen konnte. Daher legte man eine Scheibe Holz dazwischen. Die Stühle waren so fest mit der Schwelle verbunden und konnten sich nicht mehr bewegen. Die Kraft wurde daher direkt in die Schwelle abgeleitet.

Die Doppelkopfschiene wird in diesen Stuhl gelegt und mit Hilfe eines imprägnierten Holzstückes darin fixiert. Die Neigungen gegen die Innenseite des Gleises verhinderten, das der Spurkranz an der Flanke läuft und so das Rad auf der Schiene aufsteigen konnte. Dank dieser Montage war es sehr leicht möglich, die Doppelkopfschiene schnell zu drehen. So montierte Schienen nennt man auch Stuhlschienen.

Aber warum wird die Schiene im Stuhl nur fixiert und nicht befestigt? Der Grund liegt beim Material und der Länge der Schiene. Diese muss sich je nach vorhandener Temperatur ausdehnen oder zusammenziehen können. Man nennt das auch Atmung. Bei einer fest montierten Schiene ginge das nicht ohne dass sich die Schwelle im Schotterbett bewegt. Dadurch würde aber letztere gelockert und die Stabilität des Gleises wäre nicht mehr gegeben. Daher rutscht die Schiene in ihrem Stuhl.

Vignolschiene: Waren Sie von der Doppelkopfschiene überrascht? Das war leicht möglich, denn heute kommen fast ausschliesslich diese Vignolschienen zur Anwendung. Sie besitzen einen einzigen Schienenkopf, den schmalen Steg und einen breiten Fuss, der der Schiene einen guten Stand gibt. Der Vorteil hier liegt bei den unterschiedlichen Grössen, die verwendet werden. Diese Schiene kann den hohen Achslasten laufend angepasst werden.

Die ganze Schiene wird in den entsprechend ausgerüsteten Herstellerwerken gewalzt. Sie erhält dabei diese Form und wird nicht mehr verändert. Vignolschienen können daher in grosser Stückzahl gefertigt werden, was die Kosten für die fertige Schiene deutlich reduziert. Oft haben Bahnen jedoch ihre eigenen Mischungen beim Stahl, so dass nicht alle Typen in einem Land verwendet werden. Schiene ist daher nicht gleich Schiene.

Die Einfachheit dieser Schiene verhalf ihr letztlich zum Durchbruch. Man kann die Schienen einfach hinstellen und danach befestigen. Man benötigt weder einen aufwendigen Schienenstuhl noch aufwendige Befestigungen.

Die Vignolschiene wurde anfänglich einfach auf der Holzschwelle festgenagelt oder festgeschraubt. Die Züge konnten so schnell rollen, denn die Schiene war schnell montiert und sogleich befahrbar.

Ein Nachteil der Vignolschiene ist die Tatsache, dass sie nur einen Schienenkopf hat. Bei Bergbahnen hätte das früh zu neuen Schienen geführt. Damit man diese trotzdem längere Zeit nutzen konnte, baute man die abgenützten Schienen in den engen Kurven auf der inneren Seite ein.

Aussen wurde eine neue Schiene eingebaut. Die Kosten senkten sich dadurch. Trotzdem vermochte die Doppelkopfschiene gegen die Vignolschiene nicht zu bestehen.

Das Gewicht der Vignolschiene entscheidet letztlich auch, welche Achslasten zulässig sind, denn der Steg muss die auftretenden Kräfte auf die Schwelle und das Schotterbett übertragen können. Damit diese Schienen optimal auch für jeden Zweck angepasst werden können, gibt es sie in zwei grundlegenden Bauformen. Man spricht somit von der leichten und der schweren Vignolschiene. Leichtere Schienen kommen eher bei schmalspurigen Bahnen zur Anwendung.

Die schweren Vignolschienen sind für die Hauptbahnen gedacht und lassen wesentlich höhere Kräfte zu. Während es bei der leichten Vignolschiene fünf Gewichtsklassen zwischen 6.75 und 19.80 Kilogramm pro Meter gibt, sind die schweren Vignolschienen zwischen 30.03 und 64.72 Kilogramm pro Meter schwer und in 11 Grössen erhältlich. Da mittlerweile die schmalspurigen Bahnen auch schwere Schienentypen verbauen, gibt es die leichten Vignolschienen bald nicht mehr.

Auch die schweren Schienentypen wurden auf 8 Grössen beschränkt. Das soll aber nicht heissen, dass in Zukunft nicht wieder neue schwerere Schienen entwickelt werden und so die Fahrzeuge noch schwerer werden können. Die Entwicklung diesbezüglich ist sicherlich noch nicht abgeschlossen. Jedoch kann davon ausgegangen werden, dass die Bauform gleich bleiben wird. Man erweitert einfach nur die Abmessungen. Aus 30 mm werden 40 mm und so weiter.

Ein Vergleich zweier Fahrzeuge soll Ihnen nun etwas weiterhelfen und die Unterschiede zwischen den einzelnen Schienen aufzeigen. Die Ce 6/8 II der Schweizerischen Bundesbahnen SBB stand mit 142 Tonnen auf insgesamt 8 Achsen. Die neuen Lokomotiven für die Erzbahn zwischen Kiruna und Narvik wiegen pro Hälfte 150 Tonnen und stehen auf nur noch 6 Triebachsen. Damit können Sie feststellen. Dass in Norwegen Schienen für die Streckenklasse E verwendet werden. Zur Zeit der Ce 6/8 II war am Gotthard noch die Streckenklasse B2 vorhanden.

Die Vignolschiene wird auch nur auf der Schwelle fixiert und lässt sich in Längsrichtung verschieben. Anfänglich wurden die Schienen nur auf den Schwellen mit Nägeln befestigt. Spezielle Schienennägel mit angepassten Köpfen wurden in die Holzschwelle getrieben und klemmten die Schiene nicht fest. Dadurch konnte sie sich leicht bewegen und so der Längenausdehnung nachgeben. Diese einfache Befestigung findet man heute nur noch in Nebengeleisen.

Moderne Gleise werden nicht mehr genagelt. Es kommen spezielle bereits in der Werkstatt auf den Schwellen montierte Montageeinrichtungen zur Anwendung. Diese erinnern an den bei der Doppelkopfschiene benötigten Schienenstuhl. Sie kann jedoch viel einfacher gestaltet werden und richtet die Schiene ebenfalls schräg nach innen aus. Befestigt werden die Schienen hier mit speziellen Klammern, die auf der Montageeinrichtung festgeschraubt werden.

Rillenschiene: Die Rillenschiene ist eine spezielle Bauform der bekannten Vignolschiene. Sie ist im Bereich des Fusses und des Schaftes gleich aufgebaut und wird auch gleich befestigt. Einzig die Gestaltung des Schienenkopfes ist grundsätzlich anders, als bei der Vignolschiene. Der Schienenkopf enthält bei dieser Schiene eine Rille, in der der Spurkranz läuft. Diese Rille gab der Schiene letztlich auch ihren Namen.

Diese Rillenschiene kommt bei Strecken mit festen Fahrbahnen, die in Strassen verlegt wurden, zur Anwendung. Dank diesen Schienen kann der Belag der Strasse bis zur Schiene geführt werden und erhält einen sauberen Abschluss.

Er kann auch nicht ausbröckeln. Sie sollten sich einmal bei der nächsten Strassenbahn achten, denn die Rillenschienen erkennt man ganz gut am schmalen Steg, der sie zum Strassenbelag hin abschliesst.

Bei der Schiene handelt es sich um ein spezielles Schienenprofil, das speziell für diese Bahnen in Strassen entwickelt wurde. Dank der Rillenschiene konnte der Aufwand für den Bau solcher Strecken massiv reduziert werden.

Auf offenen Strecken kommen Rillenschienen selten zur Anwendung. Eher noch beobachten kann man sie bei Strassenbahnen, die Abschnitte mit eigenem Trassee haben, denn oft lohnt es sich nicht wegen wenigen Metern einen andern Schienentyp zu beschaffen.

Die ganze Schiene wird, wie die Vignolschiene, im Schienenwerk aus dem flüssigen Eisen gewalzt und ist so fertig erhältlich. Durch die Walzung werden die Materialen zusätzlich verfestigt. Rillenschienen gibt es in 8 verschienen Grössen mit Gewichten von 51.43 bis 66.80 Kilogramm pro Meter. Sie erkennen also, dass hier durchaus schwerere Schienen, als bei der Vignolschiene vorhanden sind. Der Unterschied ergibt sich durch den breiteren Schienenkopf der Rillenschiene.

Die Befestigung der Rillenschiene erfolgt auf die gleiche Weise, wie das schon bei der Vignolschiene der Fall war. Im Grunde entspricht die Rillenschiene auch der Vignolschiene. Sie hat nur einen geänderten Schienenkopf. Dank dieser nahen Verwandtschaft, können in grossen Massen hergestellte Befestigungsmittel verwendet werden. Dies spart Kosten und verbilligt so den Unterhalt. Deshalb werden auch Rillenschienen nur fixiert, jedoch nicht festgeschraubt.

Meistens werden hier jedoch keine Schwellen verwendet. Vielmehr verbindet man die Schienen mit einfachen Spurstangen, denn die Rillenschiene steht meistens im Planum der Strasse, das dazu speziell gestaltet wird. Sie sollten sich wirklich einmal genauer mit den Schienen befassen, denn diese sind einfach zu erkennen und zeigen deutlich auf, wie ein Gleis aufgebaut wurde. Es lohnt sich mit offenen Augen Eisenbahn zu fahren.

Wir haben nun unser Gleis fertig montiert, dieses auf das Schotterbett gelegt und sind eigentlich fertig. Noch nicht ganz, denn das Gleis wird nicht nur auf das Schotterbett gelegt, sondern die Schwellen werden ins Schotterbett eingelassen. Erst so erhält unser Gleis die notwendige Stabilität und Festigkeit, die es für den langfristigen Einsatz benötigt. Daher erkennen Sie von der Schwelle nur noch den oberen Abschluss. Sie sehen die speziellen Formen im Schotter nicht mehr.

Hatten wir bisher nur die einfachen Bereiche betrachtet, kommen nun die speziellen Einrichtungen des Gleises. Ich spreche von den Punkten, wo die freie Strecke aufhört und es in einen Bahnhof geht. Wir kommen deshalb nun zu den Weichen. Diese Weichen werden gleich eingebaut wie ein normales Gleis und bestehen aus den gleichen Materialen, doch sie haben eine ganz wichtige Aufgabe, doch nun mehr dazu.

 

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