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Homepage > Fragen > Fragenarchiv > Naturwissenschaft > Technologie > Stoffe und ihre Eigenschaften

Sind Eisenbahnschienen lückenlos?

Frage von:
Datum: 23.9.2004

Auf einigen großen Eisenbahnlinien hört man nicht mehr dieses
charakteristische Geräusch, das die Räder früher wegen des notwendigen Abstands zwischen den einzelnen Schienen machten. Kein Wunder: Es gibt nur noch eine einzige Schiene, ein langes Band … das sich nicht mehr ausdehnt? Warum?


Antwort von:
Datum: 28.9.2004

Ja, seit den 1980ern (als die erste TGV-Linie zwischen Paris und Lyon in Betrieb genommen wurde) sind die Schienen über mehrere Hundert Kilometer "lückenlos". Dies gilt allgemein für alle großen Eisenbahnlinien. Wie funktionieren also jetzt Dilatation und Kontraktion bei Temperaturschwankungen? Die beiden Schienen eines Gleises werden auf Schwellen befestigt. Diese Schwellen (es gibt eine alle 60 cm) bestehen heutzutage nicht mehr aus Holz sondern aus Stahlbeton, wobei jede einzelne mehr als 350 kg wiegt. Die Schiene wird an jeder Schwelle mit 2, manchmal auch 3 Schrauben, die ganz stark angezogen werden, festgemacht. Durch dieses extreme Anziehen der Schrauben kann sich die Länge der Schiene nicht mehr verändern. Bei steigender Temperatur "verwandelt" sich die Ausdehnung in eine erhöhte "innere Spannung" im Stahl der Schiene. Diese innere Spannung ist jedoch gering in Anbetracht der kurzen Länge (60 cm), und ist mit den Metalleigenschaften der Schiene kompatibel. Wenn man diese Begründung für jede Grundlänge von 60 cm wiederholt, erhält man eine endlos lange Schiene "ohne Dehnungsfugen".

Das Legen solcher langen Schienen ist nicht trivial:
Aus dem Walzwerk kommen Schienenabschnitte von ca. 30 Meter Länge. Diese werden zu 300 Meter langen Schienen aneinander geschweißt und mit Spezialwaggons transportiert. Die 300 Meter langen Schienenteile werden dann vor Ort zusammengeschweißt. Ich rate Ihnen, wenn Sie die Gelegenheit haben, den Bau der TGV-Linie Ost von Paris nach Straßburg zu besichtigen, die Bauarbeiten in der Champagne und in Lothringen sind beeindruckend! Das Legen der Schienen müsste jederzeit beginnen.


Antwort von:
Datum: 28.9.2004

Den langen Schienenstrang gibt es seit 1945. Die langen verschweißten Schienen werden auf den Haupt- und auf den Hochgeschwindigkeitsstrecken verlegt, um die wiederholten Erschütterungen an den Schienenenden zu vermeiden. Die 18 oder 36 Meter langen Schienen werden im Werk zu einer 288 Meter langen Schiene elektrisch verschweißt. Diese Abschnitte werden dann vor Ort durch Aluminothermie verschweißt. Der Stahl, der aus der Reduktion von Eisenoxid durch Aluminium entsteht, wird bei über 2000 °C in eine hitzebeständige Form gegossen, die sich genau an die verschiedenen zu verschweißenden Schienenprofile anpasst.

Durch die langjährige Erfahrung bei der Herstellung von hochqualitativem Stahl dauert das Verschweißen weniger als 15 Minuten. Auf diese Weise werden die Schienen mehrere Dutzend Kilometer lang. Zwischen diesen Schienensträngen gibt es jeweils eine Dehnungsfuge, die jedoch nicht aus einer senkrecht zur Schiene angeordneten Lücke besteht, sondern aus den überlappenden, angefasten Enden zweier aufeinander folgender Schienen (der Einsatz von verschweißten Schienen wird nur durch enge Kurven, unbeständiges Gelände oder die Überbrückung mancher Kunstwerke begrenzt). Weder die Verwendung von immer hochwertigerem Stahl, dessen Ausdehnungskoeffizienten man gut unter Kontrolle hat, noch die Schweißmethode verhindern natürlich die Ausdehnung der Schiene, aber vermindern sie. Die maximale Länge der Schienen ist so berechnet, dass die Ausdehnung das Rollen von Lokomotive und Wagen nicht behindert. So weit ich weiß, ist die Ausdehnung bei Temperaturen unterhalb von 60 °C kein Problem. Während der Hitzeperiode im Sommer 2003 wurde, wenn ich mich recht erinnere, der Zugverkehr auf Nebenlinien, auf denen die Schienen noch aus Gusseisen waren (und sich zu sehr verformt hatten), unterbrochen.


Antwort von:
Datum: 28.9.2004

Die heutigen Schienen sind 800 bis 1500 Meter lang. Zwei aufeinander folgende Schienen werden an ihren Enden auf einer Länge von ca. 20 Zentimetern abgeschrägt (angefast), sodass sie überlappen. Sie können frei übereinander gleiten und die Schiene ist frei von Dehnungsfugen. Mit dieser Anordnung hört man das Rattern der Räder nicht mehr, das früher durch die Fugen zwischen den 18 Meter langen Schienen verursacht wurde. Außerdem wurden in der Mitte der Schiene die Befestigungen an den Bahnschwellen und das Gleisbett so konzipiert, dass sich bei Erhöhung der Temperatur die Schienen nicht ausdehnen und die mechanischen Spannungen ausgeglichen werden.

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