Schienenstoß
Ein Schienenstoß ist der Bereich der aneinander stoßenden Schienenenden im Gleisbau. Aus fertigungs- und transporttechnischen Gründen ist die Länge einer einzelnen Schiene begrenzt (in den Anfängen der Eisenbahn auf ca. 15, später 30 m, heute bis zu 250 m). Um einen endlosen Gleiskörper zu erhalten, müssen die Gleisjoche (und somit die einzelnen Schienen) miteinander verbunden werden.
Bei einer Winter-Sommer-Temperaturdifferenz von 40 K (−10 °C bis +30 °C) ergibt sich bei Stahl (Ausdehnungskoeffizient 0,000012/K) theoretisch eine Wärmedehnung von ca. 14 Millimetern für ein nicht eingespanntes 30-m-Schienenstück.
Laschenverbindungen
Bis in die 1960er Jahre wurden hauptsächlich Laschenverbindungen eingesetzt, wie sie zum Teil auch heute noch auf Nebenbahnen, Bahnhofsnebengleisen sowie Anschlussbahnen zu finden sind. Die Laschen stützen sich auf die keilförmige Unterseite des Schienenkopfes und die ebenso geneigte Oberseite des Schienenfußes ab. Die Laschenober- und -unterseite sind dafür entsprechend passend bearbeitet. Die Vorspannung der Laschenbolzen hält durch die Wirkung der keilförmigen Kontaktflächen beide Schienenenden in der Flucht. Für die korrekte Wirkung der Laschen ist es erforderlich, alle Laschenbohrungen mit Laschenbolzen zu verschrauben. Die nötigen Bohrungen im Schienensteg, insbesondere die nah am Ende der Schienen liegenden, schwächen das Schienenprofil. Daraus folgt ein größeres Risiko von Schienenbrüchen. Die Laschen sind dabei mit etwas größeren Bohrungen befestigt, die eine Längsdehnung der Schienen erlauben. Im Regelbetrieb werden die Schienen in Mitteleuropa nur noch in Bergsenkungsgebieten gelascht. Die Annahme, dass ein Stoßlückengleis bei großen Temperaturunterschieden oder in engen Bögen lagesicherer ist, bestätigte sich nicht. Voraussetzung sind allerdings Schienenbefestigungen mit ausreichend großem Längsverschubwiderstand und ein korrekter Bettungsquerschitt.
Der Schienenstoß einer Laschenverbindung bildet im Gleisverlauf prinzipiell eine Unebenheit, da die Schienenenden zum Ausgleich der thermischen Ausdehnung einen Abstand voneinander haben müssen und nicht fest verschraubt werden können – die Verschraubung muss mit Federringen erfolgen, um die thermisch bedingte Bewegung der Schienen zueinander zu ermöglichen. Beim Überrollen dieser Bereiche werden daher Stöße in das Gleis eingeleitet, dort kann es besonders häufig zu örtlich eng begrenzten Gleissenkungen kommen, die das wenig komfortable laschenstoßtypische Überrollgeräusch weiter verstärken. Zur Verbesserung der Unterstützung der Schwachstelle, die der Stoß bildet, wurde die Lage der Stoßlücke aus dem Schwellenfach (»schwebender Stoß«) auf eine Doppel- oder Kuppelschwelle mit durchgehenden Rippenplatten verlegt. Damit entstand der sogenannte feste Stoß. Feste Stöße auf Kuppelschwellen waren Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts in vielen Ländern üblich. Sie wurden auch in Weichen verwendet, beispielsweise bei den um 1930 entwickelten Reichsbahnweichen. Die Wirkung der Unterstützung durch Kuppelschwellen wird dadurch beeinträchtigt, dass diese das Stopfen erschweren. Beim Übergang zu Schweißverbindungen mussten die durchgehenden Rippenplatten auf Kuppelschwellen wieder in zwei einzelne Rippenplatten aufgelöst werden. Kompliziert sind derartige Schweißungen trotzdem, mit der Einführung des lückenlosen Gleises wurde auf Kuppelschwellen wieder verzichtet. Weil dafür die Weichenkonstruktion verändert werden musste, dauerte der Verzicht auf die Kuppelschwellen in Weichen am längsten.
fester Stoß mit durchgehender Unterlagsplatte
fester Stoß mit getrennten Unterlagsplatten
schwebender Stoß
gelaschter, fester Stoß an der Arlbergbahn
Um die Belastung am Stoß zu vermeiden, wurden Versuche mit anderen Bauweisen gemacht. So sind beim Schrägstoß die Enden abgeschrägt, sodass die Räder nicht in die Stoßlücke fallen. Er hat sich jedoch nicht bewährt, da die verfügten Enden trotz geringerer Stärke die maximale Belastung tragen mussten und daher zu Brüchen neigten. Das gleiche Problem gab es beim Blattstoß (auch Haarmann’scher Schienenstoß), bei dem die Schienenenden längs halbiert und dann miteinander verschraubt wurden. Auch hier war der Steg (auch bei Versuchen mit verstärktem Steg) bruchanfällig, sodass der zusätzliche Aufwand den Nutzen nicht aufwog. Ein weiterer Versuch waren Auflauflaschen, die auf der Außenseite bis auf die Höhe der Schienenoberkante erhöht sind. Die Räder sollten im Stoßbereich von der Außenlasche getragen werden. Die Wirkung ist jedoch sehr abhängig vom Verschleißzustand insbesondere der Radlaufflächen. Zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts waren Auflauflaschen trotzdem verbreitet und bei einigen Bahnverwaltungen die Regelbauart.
Zur Verbindung von Schienen in unterschiedlichem Verschleißzustand werden Kropflaschen verwendet. Durch die Kröpfung ergibt sich trotz unterschiedlicher Höhe der beiden Schienenköpfe eine ebene Lauffläche.
Notlaschen
Notlaschenverbände werden genutzt, um Schienenbrüche provisorisch wieder befahrbar zu machen. Die Notlaschen werden, weil zusätzliche Schienenbohrungen vermieden werden sollen, mit Schienenfußklammern in die Laschenkammer gedrückt. Bei Bauzuständen werden die Schienen an den Stellen, die später geschweißt werden, ebenso verbunden. Für gebrochene Thermitschweißungen werden wegen der Schweißnaht nach außen gekröpfte Bauchlaschen benutzt.
Schweißverbindungen
Um die Verlegezeit zu verkürzen, zur Erhöhung des Reisekomforts als auch zur Reduzierung der Lärmemissionen, wendet man heute weltweit am häufigsten das Thermitschweißen als Fügeverfahren an. Die Reduzierung der Lärmemissionen liegt hierbei bei 6 dB(A).[1] Die Tragfähigkeit und Haltbarkeit der Schienen ist dabei höher als beim Verlaschen. Die Kräfte, die durch die Längenausdehnung des Stahls auftreten, werden von der Bettung aufgefangen und in den Untergrund übertragen. Die Schienen werden dabei der Länge nach gestaucht, sodass sich bei Erwärmung deren Querschnitt minimal vergrößert. Dementsprechend sind die Anforderungen an die Bettung höher; die Schienen selbst können sich nur noch in der Höhe und Breite ausdehnen.
Durch weiter gestiegene Anforderungen an Festigkeit, Haltbarkeit und geringere Instandhaltungskosten wird das Thermitschweißen heute oft durch das Abbrennstumpfschweißverfahren ersetzt. Dieses ist weniger zeitintensiv (wenige Minuten gegenüber etwa 40 min), automatisierbar und weist selbst unter großen Belastungen gegenüber dem Thermitschweißen eine um den Faktor zwei höhere Dauerhaltbarkeit auf. Der entscheidende Nachteil des Abbrennstumpfschweißens ist der Längenverbrauch. Eine von beiden Schienen muss zum Schweißen auf der gesamten Länge gelöst und hinterher wieder verspannt werden. Durch den Längenverbrauch ist das Abbrennstumpfschweißen in Weichen und Kreuzungen sowie für die Schlussschweißung nicht anwendbar. Soll das Gleis zwischenzeitlich durchgehend befahrbar sein, müssen zum Ausgleich dieses Längenverbrauchs am Ende Passstücke eingebaut werden.
Um bei einer Schiene mit gehärtetem Kopf auch durch Thermitschweißen einen härteren Kopf an der Schweißstelle zu erzielen, gibt es das SkV-Verfahren mit vier Portionen von Thermitmischung. Eine nochmalige Weiterentwicklung dieser Aluminothermie führte zum High Performance Weld (HPW) von Thermit Australia, bei dem wie gewohnt der flüssige Stahl von unten in die Fuge steigt, doch zuletzt ein „plug“ aus der Form abgelöst wird und von oben in den obersten Teil der Fuge fällt und den Stahl hier geeignet legiert, um nur hier eine angepasst höhere Härte zu erzielen.[2]
Elektrische Isolierung
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Bei Verwendung von niederfrequenten Gleisstromkreisen werden Isolierstöße verwendet, um Gleisabschnitte voneinander elektrisch zu trennen. Die seit den 1960er Jahren üblichen geklebten Isolierstöße verhalten sich in thermischer Hinsicht wie ein Regelschienenprofil, sie erlauben keine gegenseitigen Längsbewegungen und sind deshalb in lückenlosen Gleisen einsetzbar. Eine Schwachstelle bilden sie trotzdem.
Weblinks
- Youtube: Thermitschweißen
Einzelnachweise
- https://www.stiftung-naturschutz.de/fileadmin/user_upload/pdf/Schriftliche_Anfragen/ka16-14932.pdf
- Thermitaustralia: High Performance Weld (HPW) by Thermit Australia youtube.com, Video 05:15 min, 3. Juli 2012, abgerufen 6. Februar 2017.