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Über dieses Buch

Das Lehrbuch vermittelt anschaulich und praxisnah die bauspezifischen Grundlagen der Schienenbahnen und wendet sich primär an Studierende im bautechnischen Hochschulbereich. Es ist eine wertvolle Ergänzung zu Vorlesungen und Übungen. Dem Praktiker zeigt es, auf welchen Grundlagen z.B. bestimmte Trassierungsregeln beruhen. Neben technischem Know-how findet der Leser Themen wie Lichtraumprofile, Linienführung in Grund- und Aufriss, Querschnittsgestaltung, Unter- und Oberbau, Weichen und Kreuzungen, ausgewählte Signale, Hinweise zu Bahnanlagen und Bahnübergängen sowie zum Bauen unter Eisenbahnbetrieb und auch Grundlagen des Schienenverkehrslärms. Der Autor bezieht sich schwerpunktmäßig auf normalspurige Bahnen, also die klassischen Schienenbahnen.
In der 9. Auflage wurde das von Prof. Dr.-Ing. Volker Matthews begründete Werk von Prof. Dipl.-Ing. Reinhard Menius weitergeführt und komplett überarbeitet und aktualisiert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Geschichte der Bahnen

Zusammenfassung
Als Bahnen können Verkehrsmittel bezeichnet werden, deren Transportgefäße durch Formschluss auf einer Fahrbahn geführt werden. Die Fahrbahn ist meistens aus Stahl gefertigt.
Güter und Personen können mit Hilfe von Bahnen von einer Verkehrsquelle zu einem Verkehrsziel befördert werden. Zwischen Quelle und Ziel ist ein Verkehrsstrom vorhanden, der, in Abhängigkeit von deren sozioökonomischer Struktur, mehr oder weniger breit sein wird. Weil die Bahnen im Güter‐ wie im Personenverkehr hohe Kapazitäten pro Querschnitt haben, können sie große Verkehrsströme wirtschaftlich bewältigen (Abb. 1.1). Wenn sich die Verkehrsströme überlagern, muss ein Bahnnetz mannigfach verknüpft sein, um die Quellen und Ziele sinnvoll zu verbinden. Je größer die Zahl der Quell‐ und Zielpunkte wird, umso geringer wird die Wahrscheinlichkeit, dass die Transporte über lange Wege gemeinsam geleitet werden können. Eine direkte Verbindung zwischen Verkehrsquelle und Verkehrsziel erscheint wünschenswert, ist aber mit wachsender Anzahl der zu verknüpfenden Punkte weniger wahrscheinlich, weil damit der Aufwand für den Betrieb des feinmaschigen Netzes erheblich wächst. Eine wirtschaftliche Bedienung schwacher Verkehrsnachfrage ist selbst bei optimierter Betriebsführung mit Bahnen kaum zu erbringen.
Reinhard Menius, Volker Matthews

2. Einteilung der Bahnen

Zusammenfassung
Die Bahnen können hinsichtlich ihrer Bauart, Betriebsform, Eigentumsverhältnisse und ihrer Verkehrsform unterschieden werden. Eine derartige Unterteilung ist erforderlich, weil Gesetze und Verordnungen, in denen Rechtsverhältnisse, Organisation, sowie Bau‐ und Betrieb der Bahnen rechtsverbindlich beschrieben werden, jeweils begrenzte Geltungs‐ bzw. Anwendungsbereiche haben. Sie gelten i. Allg. nur für einen Teil der Bahnen, der durch Einteilungskriterien beschrieben werden kann (Abb. 2.1).
Unter Schienenbahnen (mit Reibungsbetrieb) werden Eisenbahnen, Straßenbahnen einschl. Stadt‐ und U‐Bahnen und Bergbahnen verstanden. Magnetschwebebahnen, Zahnradbahnen und Seilbahnen gehören nicht dazu. Eisenbahnen sind öffentliche Einrichtungen oder privatrechtlich organisierte Unternehmen, die Eisenbahnverkehrsleistungen erbringen oder eine Eisenbahninfrastruktur betreiben (§ 2 Allgemeines Eisenbahngesetz – AEG). Eisenbahnverkehrsunternehmen befassen sich mit der Zugförderung, also mit der Beförderung von Personen und Gütern auf Schienenwegen. Eisenbahnverkehrsunternehmen haben die Zugförderung sicherzustellen. Eisenbahninfrastrukturunternehmen befassen sich mit dem Bau und dem Betreiben der Schienenwege sowie mit der Führung von Betriebsleit‐ und Sicherungssystemen. Welche Bestandteile der Eisenbahninfrastruktur zuzurechnen sind, ist durch EU Recht geregelt. Die Betreiber der Schienenwege haben den Zugang zu Ihren Schienenwegen sicherzustellen.
Reinhard Menius, Volker Matthews

3. Rechtsgrundlagen

Zusammenfassung
In der Bundesrepublik Deutschland werden Rechtsverhältnisse, Organisation sowie Bau und Betrieb von Bahnen durch Gesetze und Verordnungen geregelt. Der jeweilige Geltungsbereich dieser Rechtsvorschriften erlaubt eine Einteilung der Bahnen, wie sie in Kap. 2 beschrieben sind.
Grundgesetz (GG) [1]. Das GG beschreibt neben der ausschließlichen Gesetzgebung des Bundes (Art. 71) die konkurrierende Gesetzgebung (Art. 72). Danach haben die Bundesländer die Befugnis zur Gesetzgebung, solange und soweit der Bund von seiner Gesetzgebungszuständigkeit keinen Gebrauch macht. Die ausschließliche Gesetzgebung hat der Bund über den Bau, die Unterhaltung und das Betreiben von Schienenwegen der Bahnen des Bundes wahrgenommen. Die wichtigsten gesetzlichen Regelungen für Schienenbahnen werden vorgestellt.
Reinhard Menius, Volker Matthews

4. Technische Grundlagen

Zusammenfassung
Um Bahnen kontrolliert bewegen zu können, müssen entsprechende Komponenten für das Tragen, Führen, Beschleunigen und Bremsen beherrscht werden. Bei der Eisenbahn und entsprechenden Schienenbahnsystemen werden die Kräfte durch das Rad‐Schiene‐System mittels Formschluss und Reibung übertragen. Bei anderen Bahnsystemen, wie z. B. bei der Magnetfahrtechnik, bei der Kräfte mit Hilfe von Magnetfeldern übertragen werden, sind auch andere Komponenten zu betrachten. Die wesentlichsten Grundlagen für das sichere Funktionieren des Rad-Schiene-Systems werden aufgezeigt.
Reinhard Menius, Volker Matthews

5. Definition der Bahnanlagen

Zusammenfassung
Bahnanlagen sind in § 4 der EBO [1] definiert. Bahnanlagen sind alle Grundstücke, Bauwerke und sonstige Einrichtungen einer Eisenbahn, die zur Abwicklung und Sicherung des Reise‐ und Güterverkehrs erforderlich sind. Dazu gehören auch Nebenbetriebsanlagen sowie Anlagen, die das Be‐ und Entladen sowie den Zu‐ und Abgang ermöglichen. Es gibt Bahnanlagen der Bahnhöfe, der freien Strecke und sonstige Bahnanlagen.
Gemäß § 1(7) BO‐Strab [2] sind Betriebsanlagen alle dem Betrieb dienenden Anlagen, insbesondere die bau‐, maschinen‐ und elektrotechnischen Anlagen für den Fahrbetrieb, die für den Aufenthalt und die Abfertigung der Fahrgäste bestimmten Anlagen, Abstellanlagen für Fahrzeuge und die an das Gleisnetz angeschlossenen Werkstätten.
Reinhard Menius, Volker Matthews

6. Lichtraumprofile

Zusammenfassung
Das Lichtraumprofil ist ein von Einbauten freizuhaltender Bereich des Querschnitts einer Bahn. Er muss so bemessen sein, dass das größtzulässige Fahrzeug einschließlich seiner Ladung unter Berücksichtigung aller aus der Kinematik abzuleitenden Randbedingungen sowie zu unterstellender Lagefehler des Fahrweges ohne Gefahr des Anpralls an bauliche Anlagen sicher verkehren kann. Damit ist das Lichtraumprofil ein wesentliches Element der Querschnittsgestaltung der Bahnen. Die Zusammenhänge der Bezugslinien, Fahrzeugumgrenzungslinien und der Lichtraumprofile werden erläutert.
Reinhard Menius, Volker Matthews

7. Gleisabstände bei Schienenbahnen

Zusammenfassung
Bei Schienenbahnen versteht man unter dem Gleisabstand (e) den horizontalen Abstand zwischen den Achsen benachbarter Gleise (Gleismitten). Behandelt werden die verschiedenen Gleisabstände, deren Zusammenhänge und Ableitungen sowie Abstände zu Kunstbauwerken.
Reinhard Menius, Volker Matthews

8. Linienführung

Zusammenfassung
Die Linienführung der Gleise in Grund‐ und Aufriss wird durch Trassierungselemente bestimmt. Für Trassierungselemente sind in den Bau‐ und Betriebsordnungen (EBO [1], EBOA/BOA [2], BOStrab [3, 10], ESBO [4], MbBO [5]) Grenzen für zulässige Mindest‐ bzw. Höchstwerte festgelegt. Für die Schienenbahnen (und auch für die Magnetschwebebahn) sind die Trassierungsparameter in Richtlinien und Vorschriften festgelegt; für die DB Netz ist dies besonders Richtlinie 800.0110 [6]. Die aufgezeigten und abgeleiteten Berechnungs- und Dimensionierungsansätze ermöglichen das Entwerfen von Trassierungen entsprechend den bei der DB Netz eingeführten Regeln. Auch können vorhandene Gleisanlagen entsprechend hinsichtlich möglicher Geschwindigkeiten untersucht werden. Die Trassierungsgrundsätze und mögliche Spielräume und deren Bedingungen sind beschrieben.
Reinhard Menius, Volker Matthews

9. Terminologie für den Schienenbahnbau

Zusammenfassung
In Abb. 9.1 sind einige wesentliche Begriffe erläutert.
Unter dem Begriff Bahnkörper werden Oberbau, Unterbau und Erdbauwerke einer Schienenbahnstrecke zusammengefasst. Die Begriffe zum Aufbau des Bahnkörpers sind in Tab. 9.1 erläutert.
Reinhard Menius, Volker Matthews

10. Untergrund und Unterbau

Zusammenfassung
Als Untergrund wird der nicht durch bautechnische Maßnahmen veränderte anstehende Boden oder Fels bezeichnet. Der Unterbau ist ein Erd‐ oder Kunstbauwerk, welches zwischen dem Oberbau und dem Untergrund angeordnet ist.
Wenn der gewachsene Boden bei einer Baumaßnahme durch Abtragung, Aushub oder Planierung gelockert wird, wird sein Volumen erhöht und sein Raumgewicht (Dichte) wird geringer. Deshalb müssen gelockerte oder geschüttete Böden verdichtet werden.
Lastannahmen für Eisenbahnbrücken können der „Vorschrift für Eisenbahnbrücken und sonstige Ingenieurbauwerke“ (Richtlinie 804) entnommen werden. Als Verkehrslast der Normalspur ist für ein‐ und mehrgleisige Tragwerke das Lastbild UIC 71 anzuwenden. In diesem Kapitel werden Erdbauwerke und ihre Entwässerung behandelt.
Die im Kap. 10 hier aufgezeigten Themen sind vorwiegend grundsätzlich beispielhaft und decken die Bandbreite der Richtlinie 836 (Erdbaurichtlinie) [1] der DB AG und der dort genannten DIN sowie der einschlägigen Richtlinien des Straßenbaus nur ansatzweise ab.
Reinhard Menius, Volker Matthews

11. Oberbau

Zusammenfassung
Bestandteile des Oberbaus der Schienenbahnen sind Schienen, Schwellen und Bettung. Schienen und Schwellen werden mittels Kleineisen zu Gleisrosten, Weichen oder Kreuzungen verbunden. Bei der Festen Fahrbahn können die Schwellen durch Betonteile ersetzt sein, in denen die Schienenbefestigungspunkte verankert werden.
In diesem Kapitel werden die grundsätzlichen Anforderungen an den Oberbau, teils anhand von Beispielen, behandelt.
Reinhard Menius, Volker Matthews

12. Weichen und Kreuzungen

Zusammenfassung
Weichen ermöglichen das Abzweigen und Zusammenführen von Gleisen. Nebeneinander verlaufende Gleise können mittels Weichen miteinander verbunden werden. Wenn derartige Verbindungen andere Gleise kreuzen, sind Kreuzungen einzubauen, durch Kreuzungsweichen können Gleise gekreuzt oder verbunden werden.
Weichen und Kreuzungen sind in der Instandhaltung sehr teuer. Deshalb ist es ein Planungsziel, mit möglichst wenig Weichen und Kreuzungen zu konstruieren und Kreuzungsweichen möglichst zu vermeiden.
Weichenkonstruktionen sind aus Kostengründen immer Standardtypen [1].
In diesem Kapitel werden Begriffe und Übersichten zu Weichen, Kreuzungen und Kreuzungsweichen erläutert und die fachlichen Abkürzungen beschrieben. Die Berechnung von Bogenweichen, Bogenkreuzungen usw. ist beschrieben.
Reinhard Menius, Volker Matthews

13. Abnahme und Instandhaltung des Oberbaus

Zusammenfassung
Werden Bauleistungen bei Neubau, Umbau oder Durcharbeitung des Oberbaus erbracht, dann sind diese abzunehmen. Dabei werden z. B. Spurweite, gegenseitige Höhenlage, Längshöhe, Richtung, Abstand, Schwellenteilung und Schweißungen der Schienen und bei Weichen, Kreuzungen und Schienenauszügen noch Leitweiten, Radlenkerleitweitenabstände und vieles mehr gemessen und anhand der Grenzwerte und Beurteilungsmaßstäbe der DB‐Richtlinien 820 „Grundlagen des Oberbaus“ und 821 „Oberbau inspizieren“ beurteilt.
Im Regelfall werden die im Gleis vorhandenen Maße und Werte durch Befahren mit einem Gleismess‐ oder Schienenprüfzug erfasst, dokumentiert und mittels Analyseprogrammen ausgewertet. So können Stellen im Gleis, die nicht der zwischen Bahn und Auftragnehmer vertraglich vereinbarten Qualität entsprechen, leicht lokalisiert und nachgearbeitet werden.
Bei Inspektionen wird anhand solcher Mess‐ und Prüfwerte der Abnützungsvorrat betrachtet; aus diesem folgen dann die ggf. erforderlichen Instandhaltungsmaßnahmen (zum Thema Instandhaltung vergleiche auch DIN 31051 [1]).
Reinhard Menius, Volker Matthews

14. Berechnen von Gleisverbindungen

Zusammenfassung
Gleisverbindungen können zwischen parallelen und nicht parallelen Gleisen sowie als Abzweig in Gleise geplant werden. Berechnungsansätze mit unterschiedlichen Weichen sind dargelegt.
Reinhard Menius, Volker Matthews

15. Hinweise zur Gestaltung von Lageplänen

Zusammenfassung
Selbstverständlich ist es aktueller Stand der Technik, Entwürfe IT‐gestützt zu bearbeiten. Die nachfolgenden Hinweise sollen helfen, falls Kleinigkeiten „von Hand“ erledigt werden sollen.
Der bautechnische Entwurf von Lageplänen zu Gleisanlagen wird im Allgemeinen im Lageplan im Maßstab 1:1000 dargestellt.
Reinhard Menius, Volker Matthews

16. Bahnübergänge

Zusammenfassung
Bahnübergänge sind höhengleiche Kreuzungen von Eisenbahnen mit Straßen, Wegen und Plätzen. Übergänge, die nur dem innerdienstlichen Verkehr der Bahnen dienen und Übergänge für Reisende gelten nicht als Bahnübergänge (§ 11 EBO [1]). Auf Strecken mit einer Geschwindigkeit v > 160 km/h sind Bahnübergänge nicht zugelassen [1].
Grundsätzlich sind neue Kreuzungen von Eisenbahnen und Straßen, die dazu geeignet sind einen allgemeinen Kraftfahrzeugverkehr aufzunehmen, als Überführungen zu planen (§ 2 Eisenbahnkreuzungsgesetz, EKrG [2]). Der Bau von höhengleichen Kreuzungen bedarf der Ausnahmegenehmigung der Aufsichtsbehörde. In der Praxis werden neue Bahnübergänge nur beim Bau von Anschlussbahnen hergestellt. Man ist bemüht, die Bahnübergänge im Netz der öffentlichen Bahnen aufzuheben und, soweit erforderlich, durch Überführungen zu ersetzen. Ziel ist die Reduktion von Gefahrpunkten.
Die Grundzüge der Sicherung von Bahnübergängen und die wesentlichen Anforderungen an die bauliche Konstruktion von Bahnübergangsbelägen und die Gestaltung von Straßen und Wegen im Bahnübergangsbereich sind erläutert.
Reinhard Menius, Volker Matthews

17. Ausgewählte Signale und Signalsysteme

Zusammenfassung
Signale wurden mit Beginn des Eisenbahnbetriebs als Kommunikationsmittel zwischen ortsfesten Betriebsstellen, z. B. Stellwerken, und Triebfahrzeugführern geschaffen. Signale übermitteln Informationen, die für das Betriebspersonal von Bedeutung sind. Die Signaltechnik hat sich im Laufe der Zeit von mechanisch bedienten Formsignalen über elektrisch bediente Form‐ und Lichtsignale bis zum elektronisch gesteuerten Betrieb und zu elektronisch unterstützten Betriebsleitsystemen gewandelt.
Es wird hauptsächlich zwischen Formsignalen und Lichtsignalen unterschieden. Es gibt aber auch manuelle und akustische Signale.
Die Signale für Eisenbahnen des öffentlichen Verkehrs sind in der Eisenbahn‐Signalordnung (ESO, auch in Richtlinie 301 – Signalbuch – der DB [2]) aufgeführt. Abweichungen von der ESO können der Bundesminister für Verkehr für bundeseigene Bahnen und die zuständigen obersten Verkehrsbehörden für nichtbundeseigene Eisenbahnen zulassen.
Ausgewählte Signale werden beschrieben und erläutert. Zugsicherungssysteme sowie Stellwerks- und Betriebsleitstellentechnik sind in geraffter Darstellung ergänzend aufgezeigt.
Reinhard Menius, Volker Matthews

18. Oberleitung

Zusammenfassung
Der Elektrische Zugbetrieb mit Oberleitung entsprechend Prinzip‐Bild 9.1 wird in Deutschland mit 15 kV 16,7 Hz betrieben.
Allein in Europa sind 4 weitverbreitete Oberleitungs‐Stromsysteme anzutreffen:
In vielen Ländern Europas existieren auf den Hauptstreckennetzen mindestens zwei Stromsysteme, meist infolge alter Gleichstromoberleitungen und neuerer Wechselstrom‐Elektrifizierungen auf anderen Strecken – häufig auch für Hochgeschwindigkeitsstrecken – in der Regel mit Landesfrequenz.
Die Stromsysteme sind in der Regel 1‐phasig (Ausnahme ist z. B. heute noch die Gornergratbahn).
Die 1‐phasigen Oberleitungen haben quasi als zweite Phase die Rückleitung. Dies ist in der Regel der geerdete Oberbau, insbesondere die auf sogenannter „Bahnerde“ liegende Schiene.
Der Stromkreislauf läuft vom Unterwerk, ggf. zunächst über Speiseleitungen, dann durch die Oberleitung, über den Stromabnehmer der elektrischen Triebfahrzeuge, deren Verbraucher, insbesondere den Fahrmotoren und dann über die geerdeten Fahrwerke der Triebfahrzeuge in die geerdete Schiene und von dort zurück zum Unterwerk.
Reinhard Menius, Volker Matthews

19. Bauen unter Eisenbahnbetrieb

Zusammenfassung
Baumaßnahmen müssen bis zu 3 Jahre und mehr im Voraus „baubetrieblich“ angemeldet und mit exakten Sperrzeiten baubetrieblich genehmigt sein. Baumaßnahmen mit großen baubetrieblichen Auswirkungen werden in den Netzfahrplan eingearbeitet, so dass trotz baustellenbedingter Einschränkungen und Einflüsse – das können u. a. auch Umleitungen oder Ausfälle von Zügen sein – ein zwar vom Jahresfahrplan abweichender, aber fahrplanmäßiger bzw. pünktlicher Verkehr für bestimmte Bauzeiten geplant und im Regelfall sichergestellt werden kann. Große Baumaßnahmen werden baubetrieblich mit einem Vorlauf von bis zu 6 Jahren vor dem Baubeginn betrachtet.
Auf „Betriebs- und Bauanweisungen“ (Betra) und die „Zusammenstellung der vorübergehenden Langsamfahrstellen und anderen Besonderheiten“ (La) sowie Besonderheiten des Bauens unter dem „Rollenden Rad“ wird in gerafften Form eingegangen.
Reinhard Menius, Volker Matthews

20. Sicherung gegen die Gefahren aus dem Eisenbahnbetrieb

Zusammenfassung
Sicherungsmaßnahmen gegen die Gefahren aus dem Eisenbahnbetrieb dienen den am Gleis arbeitenden bzw. beschäftigten Personen und sollen diese vor Unfällen durch bewegte Eisenbahnfahrzeuge schützen. Als Aufsichtsbehörde für den Bereich der DB AG ist zu diesen Sachverhalten die „Unfallversicherung Bund und Bahn (UVB)“ (früher EUK) zuständig. (Für Sicherheitsfragen – den sicheren Eisenbahnbetrieb – ist dagegen das EBA zuständig.)
Reinhard Menius, Volker Matthews

21. Schienenverkehrslärm

Zusammenfassung
Der Beurteilung des Verkehrslärms für Bahnen liegt für Schienenbahnen die 16. Verordnung zur Durchführung des Bundes‐Immissionsschutzgesetzes (16. BImschV) in Verbindung mit der Schall 03 der DB AG [1] zugrunde. Rechtsgrundlage für die 16. BImschV ist § 43(1) BImSchG (Bundesimmissionsschutzgesetz) [2].
Ziel dieses Kapitels zum Schienenverkehrslärm ist es einen ersten Einblick zu den zu beachtenden Themen und Zusammenhängen zu bekommen.
Aus den Erläuterungen des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur zur Schall 03 [3] ist explizit zu entnehmen, dass die erforderlichen Schallimmissionsberechnungen nach Schall 03 aufgrund der Komplexität des Berechnungsverfahrens nur mit der Unterstützung von Spezialsoftware durchgeführt werden können. Um sicherzustellen, dass die verwendete Software die Schall 03 korrekt widerspiegelt, ist für diese nach den Vorgaben der DIN 45687 eine Qualitätssicherung durchzuführen. Diese umfasst die korrekte Berechnung von Testaufgaben und eine Konformitätserklärung (nach DIN 45687).
Lärm aus Umschlaganlagen (wie aus Kranen und Lkw‐Fahrten) oder aus Aggregat‐ und Antriebsgeräuschen abgestellter Schienen‐Fahrzeuge in Ausbesserungswerken usw. ist nach der „TA‐Lärm“ [4] – in Analogie zu Gewerbe‑/Industrielärm – zu berechnen und zu beurteilen.
Reinhard Menius, Volker Matthews

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