Aufgaben der Schiene

Aufgaben der Schienen
Aufgaben der Schienen
© Jonas Krummenacher

Aufgaben der Schiene
Ohne Schiene keine Eisenbahn. Zwei Schienen sind Grundlage aller klassischen Bahnen, aber auch Einschienenbahnen wie in Dresden und Wuppertal sind möglich. Mehr als zwei Schienen sind nur bei zusätzlicher Stromschiene erforderlich – und selbstverständlich bei mehrgleisigen oder mehrspurigen Strecken. Die Schiene ist der ruhende Partner im Rad-Schiene-Kontakt, sie muss viel aushalten, langlebig sein und für die Erfüllung ihrer Aufgaben spezielle Eigenschaften aufweisen. 

Drei Grundaufgaben
Zwei Aufgaben der Schiene sind selbst für Laien sofort erkennbar: Sie muss, erstens, die Spurführung übernehmen, sie dient als Fahrbahn. Sie muss, zweitens, die statischen und dynamischen Kräfte in allen drei Dimensionen aufnehmen, die aus dem Bahnbetrieb resultieren und vor allem in Bögen vielschichtig sein können. Hier hat die Schiene die Funktion eines langen, kontinuierlich elastisch gelagerten Trägers. Und sie muss, drittens und unsichtbar, als elektrischer Leiter dienen und dabei auch Anforderungen der Leit- und Sicherungstechnik erfüllen. 
 
Die Schiene als Fahrbahn

Die Schiene bietet an der Oberseite des Fahrkopfes dem Rad eine glatte und im Idealfall in ihrer Geometrie perfekte Fahrfläche. Diese ist im Querschnitt keineswegs eben, sondern mit Radien versehen, auf denen das leicht konisch geformte Bahnrad abrollt. Die dadurch gegebene Selbstzentrierung der Radsätze im Gleis sorgt dafür, dass ihre Spurkränze in der Geraden die Schienen nicht berühren. Erst bei Kurvenfahrt in engen Bögen liegen sie an, die bogenäußere Schiene übernimmt die Führung. Die Kontaktfläche ist im System Rad/Schiene stets vergleichsweise klein (um 200 mm²) , entsprechend groß ist der Druck, den jeder Quadratmillimeter schon im Stillstand ausübt. Diese Kontaktkräfte muss die Schiene als Fahrbahn zuverlässig aufnehmen und ableiten. Die Radsätze haben im Gleis ein gewisses Spiel (Spurspiel). In Verbindung mit der Konizität der Radprofile führt das dazu, dass bei Kurvenfahrt das bogenäußere Rad mit einem größeren Durchmesser auf der Schiene läuft und so der Kurvenlauf zumindest in größeren Radien fast zwängungs- und schlupffrei möglich wird. Das wiederum verringert den Schienenverschleiß. Unterstützt wird dies in der Regel durch eine geringe Neigung beider Schienen zur Gleismitte hin.

Die Schiene als Träger
Aus der Funktion als Fahrbahn ergibt sich, dass die Schiene Kräfte in allen drei Dimensionen aufnehmen und ableiten muss: vertikal zur Gleisachse (Last), horizontal quer zur Gleisachse (z. B. bei Kurvenfahrt/Führungskräfte) sowie horizontal längs zur Gleisachse (Beschleunigen/Traktion/Bremsen/Schlupf). Die Ableitung der aufgenommenen Kräfte in den Untergrund wird über die Schienenbefestigung, die Schwellen und den Oberbau sichergestellt. In diesem System fungiert die Schiene als langer, kontinuierlich elastisch gelagerter Stahlträger. Die Lasten und Kräfte werden auf mehrere Schwellen verteilt. Dabei kommt es stets nicht nur zu Flächenpressungen im Fahrkopf, sondern auch zu Zugspannungen im Schienenfuß. Die Schiene als langer Durchlaufträger wird zudem von Temperaturschwankungen beeinflusst, die zu einer Längenänderung spürbaren Ausmaßes führen können, die jedoch durch die zusammengeschweißten Schienen behindert sind. Dadurch entstehende Druckspannungen dürfen die Sicherheit nicht gefährden.

Die Schiene als elektrischer Leiter
Bei elektrischen Bahnen werden die Schienen meist als Stromrückleiter genutzt. Gute Leitfähigkeit ist gegeben, Schienenstöße und Lücken müssen überbrückt werden. Doch die Schiene kann auch in elektrischer Hinsicht mehr. In ihrer Funktion als Element der Leit- und Sicherungstechnik wird sie auch für geringe Ströme herangezogen. Der stählerne Radsatz sorgt für einen elektrischen Kurzschluss im Gleisstromkreis zwischen den zwei elektrischen Leitern „Schiene“. So ist eindeutig erkennbar, dass sich hier ein Zug befindet. Umgekehrt bedeutet das, dass die Gleisfreimeldung in einem bestimmten Streckenabschnitt („Block“) nur möglich ist, wenn kein Kurzschluss vorliegt.

Die Schiene als Symbol
Neben den drei technisch-betrieblichen Aufgaben hat die Schiene noch eine weitere Bedeutung: die eines eindeutigen, weltweit bekannten Symbols. Schienen signalisieren die Anwesenheit des Systems Bahn und stehen als Landmarke für seine Vorteile, auch wenn gerade kein Zug fährt. Unabhängig davon werden paarweise streng parallel bis zum Horizont (und weit darüber hinaus) verlaufende Schienenstränge auch als Metapher für Ferne und Ewigkeit verstanden. Und: Schienen verbinden.

in freundlicher Zusammenarbeit mit voestalpine Schienen.