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About this book

Eisenbahnen sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Doch während mehrheitlich die Züge als Transportmittel im Vordergrund stehen, rückt dieses zweibändige Werk die Eisenbahnschienen in das Zentrum der Betrachtung. Deren Weiterentwicklung ist auch heute noch längst nicht abgeschlossen. Sie müssen gewaltige Lasten tragen und dabei hohe Geschwindigkeiten aushalten. Zur Ausfall- und Unfallreduzierung beschäftigen sich die Autoren mit Schienenfehlern.
In diesem ersten von zwei Bänden stehen die Geschichte der Defektanalyse sowie die Untersuchung und Bewertung von Schienenfehlern im Fokus.Die Autoren betrachten zunächst historische Schadensfälle näher. Sie beschreiben, was bereits in der Vergangenheit getan wurde, um Probleme zu vermeiden und untersuchen folgende Teilaspekte genauer: die systematische Klassifizierung von Schienenfehlern, die Ursachen für das Auftreten von Defekten und deren Folgen, die Gegenmaßnahmen zur Verbesserung der Schienenhaltbarkeit sowie die Analyse des Verschleißes der Schienen und des Materials im Betrieb.Die Autoren führen Sie in die systematische Kodierung und Charakterisierung der als Schienenfehler bezeichneten Defekte ein. Dabei orientieren sie sich an der eisenbahntechnischen Praxis. Analysiert werden in diesem Band insbesondere rissartige Defekte, Brüche, plastische Deformationen und Verschleißerscheinungen. Mit Hilfe statistischer Analysen und Auswertungen des Auftretens von Schienenfehlern leiten die Autoren praxisrelevante Korrelationen und Abhängigkeiten ab.Sie erfahren mehr über die wesentlichen Materialeigenschaften der Schienenwerkstoffe, über die Beanspruchung von Schienen durch Radkräfte und Temperaturen bzw. Temperaturänderungen.Ziel dieses Bandes ist es, die Betriebssicherheit von Eisenbahnschienen langfristig zu verbessern.

Table of Contents

Frontmatter

1. SchienenfehlerSchienenfehler der Frühzeit der Eisenbahn

Zusammenfassung
Die ersten Informationen über das Versagen von Gleisanlagen stammen noch aus der Zeit vor der eigentlichen Eisenbahn. Als in den englischen Bergwerken erstmals eiserne Schienen verwendet wurden, waren es gusseiserne Schienen. Gusseisen ist ein relativ sprödes Material, das Überlastungen nicht durch plastische Verformungen abbauen kann. Dementsprechend verwundert es aus heutiger Sicht nicht, dass die gusseisernen Schienen der Voreisenbahnzeit – und auch noch der Anfangszeit des Eisenbahnverkehrs – häufig zu Bruch gingen. Mit derartigen Versagensfällen wurde der englische Techniker Richard Trevithick konfrontiert, als seine erste Dampflokomotive die gusseisernen Schienen des Pennydarran-Hüttenwerkes in Merthyr Tydfil in Südwales zerstörte [1.1]. Einer der spektakulärsten Versagensfälle der Voreisenbahnzeit ereignete sich 1808, als Richard Trevithick seine Lokomotive „Catch me who can“ in London einer breiten Öffentlichkeit vorstellte, indem er sie mit einem angehängten Wagen auf einer Kreisbahn fahren ließ. Bei der Vorführung brach eine Schiene, die Lokomotive überschlug sich und die Vorführung dieser neuen Technik war damit vorerst beendet [1.3]. Auch die Verwendung von Fischbauchschienen mit einem der Beanspruchung angepaßten Querschnitt (Abb. 1.2) anstelle der Winkelschienen (Abb. 1.1) schloß den Bruch der Schienen nicht generell aus, wie es Birkinshaw in seiner Patentschrift dokumentierte (Abb. 1.3).
Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

2. Klassifikation der SchienenfehlerKlassifikation der Schienenfehler

Zusammenfassung
Aus den Darlegungen des Kap. 1 geht hervor, dass die den Eisenbahnbetrieb behindernden oder sogar gefährdenden Defekte, die insgesamt als Schienenfehler bezeichnet werden, sehr unterschiedlicher Natur sein können. Es handelt sich um Brüche, um Risse, um Verschleißerscheinungen, um bleibende Verformungen und andere Schädigungen. In den Statistiken der Bahnverwaltungen werden diese unterschiedlichen Arten der Schienenfehler gleichermaßen erfasst. Wenn auch in Schienen Brüche auftreten, die nahezu ohne vorher erkennbaren Fehler im Werkstoff waren, so kann doch im Allgemeinen ein Anriss in der Schiene oder in der Schweißung als Vorstadium des Bruchs angesehen werden. Die Auffassung, dass jeder erkannte Anriss oberbautechnisch als Bruch zu betrachten ist [2.1], geht aber zweifellos zu weit und wird der Praxis der Oberbauerhaltung bei vielen Bahnverwaltungen nicht gerecht.
Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

3. Erfahrungen zum Auftreten von Schienenfehlern

Zusammenfassung
Betrachtet werden das Auftreten spezifischer Schienenfehler mit ihren möglichen Folgen, ihre Entwicklung im Hinblick auf die geometrische Gestalt und Größe der Risse bei Berücksichtigung des Ortes des betrachteten Risses, der Betriebsbelastung durch die Fahrzeuge und der jahreszeitlich veränderlichen Schienentemperaturen.
Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

4. Betrachtungen zur Haltbarkeit der Eisenbahnschienen

Zusammenfassung
Die Erfahrung, dass mit Rädern versehene Fahrzeuge auf festem Untergrund mit geringerem Aufwand bewegt werden können als auf unbefestigtem Boden, wurde schon im Altertum gemacht. Vor Jahrhunderten wurde dieses Wissen im Bergbau des Harzes und anderer Regionen umgesetzt, indem der Transport des Erzes in Fahrzeugen erfolgte, die auf zwei in Fahrtrichtung verlegten hölzernen Längsschienen bewegt wurden (Abb. 4.1). Nachdem in der zweiten Hälfte des 16. Jahrhunderts in England die Bestimmung aufgehoben wurde, nach der in den königlichen Werken Ausländer nicht beschäftigt werden dürfen, brachten unter der Regentschaft der jungen englischen Königin Elisabeth die aus dem Harz angeworbenen deutschen Bergleute diese Technik nach England in die dortigen Berg- und Hüttenwerke (Abb. 4.2). Die hölzernen Langschienen, die in England sowohl unter als auch über Tage angewendet wurden, hatten nur eine begrenzte Lebensdauer von etwa sechs Jahren. Der Holzbedarf war dementsprechend nicht unbeträchtlich. 1767, im Rahmen einer Absatzflaute, kam Richard Reynolds, Besitzer der Eisenhütte von Coalbrookdale, auf die Idee, das in dieser Zeit schwer absetzbare Gusseisen auf Vorrat zu produzieren in Form gusseiserner Platten (mit den Abmessungen 5′×4 ½″×1 ¼″), zur zwischenzeitlichen Nutzung, mit seitlichen Führungsstegen und drei Löchern versehen, auf den Holzschienen zu befestigen, um so dem Verschleiß der hölzernen Schienen zu begegnen und erst bei besserer Konjunktur und steigendem Eisenpreis das Gusseisen dann zu verkaufen. Der technische Erfolg dieser Maßnahme war aber so offensichtlich, dass später auf den hölzernen Schienenbalken die Gusseisenplatten beibehalten wurden. Mit Einführung des einseitigen Spurkranzes an den Fahrzeugrädern 1789, einer Erfindung des Engländers Ralph Allen aus den 1730er-Jahren, setzte die Entwicklung der Schienenformen mit ausgeprägtem Kopf und Steg ein, die letztlich zu den modernen Schienenprofilen führte [4.2].
Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

5. Die Beanspruchung der Eisenbahnschienen

Zusammenfassung
Um die Integrität der Eisenbahnschienen gewährleisten zu können, müssen einerseits die Beanspruchungen analysiert werden, denen die Schienen im Betrieb ausgesetzt sind, die der Beanspruchbarkeit des Schienenmaterials gegenüberzustellen sind. Dazu gehören neben den einwirkenden Kräften auch die Schienentemperaturen bei Berücksichtigung der jeweiligen Beanspruchungsbedingungen. Werden üblicherweise die Haltbarkeitsbetrachtungen auf den mittleren Teil der Schienen begrenzt, so dürfen andere Bereiche wie die Laschenverbindungen, die Schweißverbindungen, freie Schienenenden am Schienenquerbruch und die Krafteinwirkungsbereiche zwischen Rad und Schiene sowie zwischen der Schiene und ihrer Lagerung nicht außer Acht gelassen werden.
Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

Backmatter

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