Schweiß­tech­nologie

Verbindungsschweißung

Im Zuge einer Gleisbaustelle werden die Schienen in festgelegten Längen (üblicherweise 30/60 oder 120 m) auf die Baustelle gebracht, provisorisch verlascht und vor Ort kontrolliert abgelegt. Die provisorische Verbindung zwischen den Schienen wird nach der Herstellung der korrekten Gleislage entfernt und durch eine dauerhafte Gleisverbindung ersetzt. Ursprünglich wurden auch dafür Laschenverbindungen verwendet, doch heute ist es üblich, Schienen durchgängig längs zu verschweißen. Diese Verschweißung schafft einen kontinuierlichen Längsträger mit durchgängigem Fahrspiegel und reduziert die Beanspruchung und die Geräuschemission des Gesamtsystems wesentlich. Das so entstehende „unendlich lange“ (lückenlos verschweißte) Gleis stellt große technische Herausforderungen sowohl hinsichtlich der Qualität der Schweißung als auch hinsichtlich des geänderten physikalischen Verhaltens des Gesamtsystems (z. B. aufgrund von Temperaturschwankungen). 

Verbindungsschweißungen der Schiene können generell mit Schweißzusätzen (aluminothermisches Gießschmelzschweißen und Lichtbogenschweißen) oder ohne Schweißzusätze (Abbrennstumpfschweißen und Gaspressschweißen) durchgeführt werden. Je nach Verfahren wird neues Material eingebracht oder bestehendes Schienenmaterial verwendet.[1]

Abbrennstumpfschweißen [2]

Abbrennstumpfschweißen mit der APT 1500 RA
Abbrennstumpfschweißen mit der APT 1500 RA
© Plasser & Theurer

Beim Abbrennstumpfschweißen wird der Schienenstahl durch den Einsatz von elektrischer Spannung auf Schweißtemperatur gebracht. Durch den an beiden Schienenenden angelegten Strom entsteht an den freien Enden ein Lichtbogen. Der hohe Energieeintrag erwärmt die Schienenenden und sobald die angestrebte Schmelztemperatur erreicht ist, werden sie unter hohem Druck (Stauchschlag) aneinander-gepresst. Nach dem Abscheren des überstehenden Materials bleibt eine Schweißverbindung ohne Fremdmaterial mit möglichst geringer Wärmeeinflusszone. Dabei ist das Ziel, ein lückenloses Gleis zu erhalten. 

Gaspressschweißen [1]

Das Gaspressschweißen – es wird vor allem in Japan eingesetzt – erfordert ähnlich wie das Abbrennstumpfschweißen keine vorgegebene Schweißlücke. Vor dem Schweißen werden die Schienenenden plan geschliffen, von möglichen Verunreinigungen (z. B. Rost) befreit und exakt zueinander ausgerichtet. Während beide Schienenenden konstant aneinandergepresst werden, erwärmt eine Sauerstoff-Acetylen-Flamme die Verbindungsfläche auf 1.200 bis 1.300 °C. Die Verbindung entsteht bei diesem Verfahren nicht über einen Schmelzvorgang, sondern durch eine kombinierte Rekristallisation und plastische Verformung.

Aluminothermisches Gießschmelzverfahren [1]

Verspannungsschweißen unter Neutraltemperatur unter Verwendung eines hydraulischen Schienenspanners
© Robel Bahnbaumaschinen GmbH

Der Begründer des aluminothermischen Gießschmelzverfahrens war Hans Goldschmidt. Er entdeckte den Zusammenhang, durch den es möglich war, über eine mit einem Zündstab eingeleitete chemische Reaktion Stahl und Schlacke aus einer definierten Pulvermischung (Fe2O3 und 2 Al) zu gewinnen. Die Schienen werden vor dem Schweißen zueinander ausgerichtet und abhängig vom Verhältnis der Neutraltemperatur zur Schienenoberflächentemperatur wird bei der Verspannungsschweißung eine Lücke zwischen den Schienen hergestellt. Nach Anbringen und Befüllung der vorgefertigten Sandform wird die Reaktion gestartet und die Lücke mit dem entstehenden Stahl gefüllt. Mit einem Zündstab wird die Reaktion im Schweißtiegel gestartet. Innerhalb weniger Sekunden erreicht das Material Temperaturen von 2.500 bis 3.000 °C.

Auftragsschweißung

Neben dem klassischen Verbindungsschweißen ist die Auftragsschweißung eine zweite klassische Schweißtechnik im Gleisbau. Sie wird vor allem in Weichen eingesetzt, um im Bereich des Herzstücks die Schienenoberfläche wiederherzustellen. Auch bei großflächigen Schienenoberflächenfehlern (Schleuderstellen oder Squats) kann das Auftragsschweißen eine provisorische Maßnahme sein, um die Laufruhe und den sicheren Eisenbahnbetrieb zu garantieren.

In Österreich, Deutschland und der Schweiz wird am Gleis die Lichtbogenhandschweißung mit Stabelektrode oder die Schutzgasschweißung mit selbstschützender Fülldrahtelektrode eingesetzt. Das Lichtbogenschweißen wird auf Nebengleisen teilweise auch für die Verbindungsschweißung zweier Schienen verwendet. Dies erfordert aufgrund der geringen Schweißlücke besonderes handwerkliches Geschick des Schweißers. [1]


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  1. [1] Fendrich, L.; Fengler, W.: Handbuch Eisenbahninfrastruktur. Springer, Berlin, 2013.
  2. [2] Öllinger, M.: Technologische Fortschritte beim Schienenschweißen. Eisenbahntechnische Rundschau 2015, Heft 12, S. 85–88.