Oberbau

[381] Oberbau (permanent way; superstructure; armamento).

Einteilung: A. Die Schienen. I. Baustoff, Herstellung, Behandlung. II. Gestalt der Schienen. III. Schienenlänge. IV. Verteilung der Schwellen. – B. Die Unterlagen und die Befestigung der Schienen. I. Einzelstützen: a) Steinwürfel; b) Eiserne Einzelstützen; c) Hölzerne Einzelstützen auf Mauerwerk. II. Querschwellen: a) Holzquerschwellen. 1. Baustoff und Abmessungen. 2. Befestigung der Schienen auf den Schwellen. α) Breitfußschienen: αα) ohne Unterlagsplatten, ββ) offene Unterlagsplatten, γγ) Hakenplatten, δδ) Stuhlplatten, εε) Stühle; β) Doppelkopfschienen, b) Eisenquerschwellen. 1. Baustoff, Form und Abmessungen. 2. Befestigung α) ohne Unterlagsplatten: αα) Keilbefestigung, ββ) Schraubenbefestigung; β) mit Unterlagsplatten; c) Verbundschwellen aus Holz und Eisen; d) Eisenbetonschwellen; e) Vergleich zwischen Holz- und Eisenschwellen. III. Langschwellen und Schwellenschienen. – C. Die Stoßverbindung. I. Der gewöhnliche Laschenstoß. II. Besondere Stoßanordnungen: a) Stoßbrücken u.s.w.; b) Blattstoß, Stoßfangschienen. – D. Vorrichtungen gegen das Wandern der Schienen. I. Einklinkungen der Schienen. II. Einklinkungen der Laschen. III. Stemmlaschen u.s.w. IV. Gleisklemmen. – E. Die Bettung (s.d.). – F. Das Gleis in seiner Gesamtheit. – G. Ausführung und Erhaltung des Oberbaues. I. Beim Bau neuer Bahnen: a) Vorbereitende Arbeiten; b) Verlegen des Gestänges; c) Nebenarbeiten vor und bei der Ausführung. II. Bettungserneuerung und Gleisumbau. III. Unterhaltungsarbeiten im Betrieb (s. Bahnunterhaltung). IV. Oberbaugeräte: a) Arbeitsgeräte; b) Mess- und Untersuchungsgeräte. – H. Kosten. I. Gliederung der Kosten. II. Der wirtschaftliche Wert verschiedener Bauarten. – I. Berechnung des Eisenbahnoberbaues auf Querschwellen. – K. Gesetzliche und amtliche Vorschriften.

Der O. besteht in der Regel aus 3 Hauptteilen: Den Schienen, deren Unterlagen und der Bettung. Er ruht auf dem Unterbau, der durch einen Erdkörper, die Fahrbahn einer Brücke oder eines Viadukts, durch das Sohlengewölbe eines Tunnels, das Deck eines Fährschiffes u.s.w. gebildet wird.

Die Raddrücke werden von den Schienen aufgenommen, mittels der Unterlagen auf die Bettung (s.d.) übertragen und durch diese wiederum auf den Unterbau verteilt. Die Schienen, die an den Stößen durch Laschen zu fortlaufendem Gestänge verbunden werden, bilden samt diesen Stoßverbindungen einen wesentlichen Bestandteil des O., nicht dagegen die Unterlagen und die Bettung, die in gewissen Fällen einzeln oder beide fehlen.

Nach der Anordnung und Gestalt der Unterlagen hat man unterschieden:

I. Oberbau mit Einzelstützen.

II. Oberbau mit Querschwellen.

III. Oberbau mit Langschwellen.

Hierhin kann man rechnen:

1. Formen mit besonderer, nicht tragfähiger Kopfschiene, die auf einteiligen oder zweiteiligen Langschwellen ruhen;[381]

2. zweiteilige Formen mit selbständiger Schiene und Schwelle (Trennungsfuge wagrecht);

3. Formen, bei denen Schiene und Schwelle fest verbunden sind (Schwellenschienen), u.zw. einteilige (Barlow, Hartwich) und zweiteilige mit senkrechter Trennungsfuge (Haarmann).

Für Haupt- und Nebenbahnen kommen heutzutage fast ausschließlich Querschwellen in Frage, für Straßenbahnen dagegen Schwellenschienen, die unmittelbar oder mittels Eisenbetonunterlagen auf der Bettung aufliegen (s. O. der elektrischen Straßenbahnen).

Im folgenden soll in erster Linie der O. auf Querschwellen berücksichtigt werden.

A. Die Schienen.

I. Baustoff, Herstellung und Behandlung. Die Schienen werden heutzutage überwiegend aus Flußstahl hergestellt, der nach dem Thomas- oder Bessemer- oder Siemens-Martin-Verfahren erzeugt und in glühendem Zustand ausgewalzt wird. Da der gewöhnliche Flußstahl an Stellen besonders starker Beanspruchung, z.B. in den äußeren Schienen der Krümmungen, einem raschen Verschleiß unterworfen ist, so hat man besondere Herstellungsverfahren angewendet (Elektrostahl, Harmet-Preßstahl, mit Ferrotitan gedichteten Flußstahl, Chromstahl, sauren Siemens-Martin-Stahl u.s.w.), ohne daß in Europa die Ergebnisse befriedigt hätten (vgl. hierzu H. Garn, Organ 1913, S. 32 u. 333). In Amerika dagegen will man auf der Bostoner Hochbahn beobachtet haben, daß Schienen aus Manganstahl eine 20–80fach größere Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung hatten, als solche aus gewöhnlichem Bessemerstahl (Bulletin d. Int. Eis.-Kongr.-Verb. 1910, deutsche Ausgabe, S. 40). Doch wurden die Herstellungskosten so hoch, daß anscheinend die Verwendung nicht wirtschaftlich war.

Die Eisenbahnverwaltungen machen im allgemeinen den liefernden Werken keine Vorschriften über die chemische Zusammensetzung und die Herstellungsart der Schienen; sie begnügen sich vielmehr damit, gewisse Bedingungen vorzuschreiben, die das Material bei den Güteproben erfüllen muß. Meistens werden Schlag- und Zerreißproben ausgeführt; vereinzelt außerdem als teilweiser Ersatz für die Zerreißprobe noch Druckproben mit Kugeln oder Kegeln, über deren Wert die Ansichten allerdings auseinandergehen (vgl. auch S. Schukowsky, Die Seigerung in Schienen. Organ 1914, S. 40 ff). Vielfach nimmt man auch Belastungsproben vor. An manchen Stellen werden auch Ätzproben zur Grobgefügebestimmung ausgeführt.

Neuerdings haben die Gebrüder Amsler in Schaffhausen eine Vorrichtung gebaut, bei der die Verschleißfestigkeit des Schienen- und Radreifenstahls durch Verreibungsversuche ermittelt wird (Österr. Wschr. f. öff. Bdst. 1913, H. 21; Organ 1914, S. 31 u. 233).

Bei den preußisch-hessischen Staatsbahnen ist eine Zerreißfestigkeit von mindestens 60 kg/mm² vorgeschrieben. Ferner soll bei der Druckprobe die Eindrucktiefe einer harten Stahlkugel von 19 mm Durchmesser bei 50 t Druck 3∙5–5∙5 mm betragen. Bei den österreichischen Staatsbahnen soll die Zerreißfestigkeit ≧ 65 kg/mm² sein. Die gleiche Festigkeit fordern die französische Ostbahn, die belgische Staatsbahn und die schweizerischen Bundesbahnen, während die französische Paris-Lyon-Mittelmeer-Bahn 70 kg/mm² verlangt (vgl. Dietz, Oberbauteile aus Eisen und Stahl Eis. T. d. G. Bd. V, T. 1, Wiesbaden 1914, S. 178).

Nach den Beschlüssen der 20. Technikerversammlung des VDEV. zu Utrecht 1912 (Organ, Wiesbaden, 1912, Erg.-Bd. XIV, S. 7) lassen sich die Erfahrungen dahin zusammenfassen, daß die im letzten Jahrzehnt bezogenen Schienen trotz der steigenden Anforderungen des Betriebs sich hinsichtlich der Bruchsicherheit einwandfrei verhalten haben, obwohl die Verwaltungen keine bestimmten Anforderungen an die chemische Zusammensetzung der Schienen stellten. Dagegen böten die jetzigen Vorschriften für Stoffbeschaffenheit und Herstellungsart im Zusammenhang mit den Güteproben nicht genügende Gewähr für ein gutes Verhalten der Schienen hinsichtlich des Verschleißes der Fahrkanten in stark befahrenen Gleiskrümmungen.

Die amerikanischen Eisenbahnverwaltungen haben recht ausführliche Lieferungsbedingungen für Stahlschienen vorgeschrieben, die insbesondere auch Bestimmungen über die chemische Zusammensetzung enthalten (vgl. Bulletin d. Int. Eis.-Kongr.-Verb. 1910, deutsche Ausgabe, S. 33–39; Organ 1913, S. 218).

Die Laschen werden meist aus Flußeisen, seltener aus Flußstahl hergestellt. Die Festigkeitsanforderungen sind verschieden.

So verlangen z.B. die preußisch-hessischen Staatsbahnen bei Flußstahl eine Zugfestigkeit von 50 bis 60 kg/mm², bei Flußeisen von 38–50 kg/mm². Die österreichischen Staatsbahnen schreiben bei Flußeisen ebenfalls 38–50 kg/mm² vor. Die französischen Bahnen benutzen statt der Zerreißversuche Belastungsproben mit Biegebeanspruchungen entsprechend der Elastizitätsgrenze von 30 und der Bruchgrenze von 50 kg/mm² (vgl. im übrigen Dietz, a.a.O.).

Die Schienen werden in einer Hitze aus den Gußblöcken (Ingots) fertiggewalzt; diese sind in der Regel für einen Schienenstab von 60 m und mehr Länge bemessen. Das fertige Walzstück wird in rotglühendem Zustand mittels Kreissägen in die einzelnen Schienenstücke abgeteilt. Diese werden – nach dem Erkalten – gerichtet und an den Enden auf[382] die genaue Länge abgefräst. Schließlich faßt man die Köpfe unter 45° auf etwa 2 mm ab, stellt die Laschenlöcher durch Bohrung (nicht durch Einstoßen) her und beseitigt schließlich die bei der Bearbeitung entstandenen Grate.

Die fertigen Schienen werden einer Abnahmeprüfung unterzogen und – soweit sie für gut befunden sind – mit dem Abnahmestempel versehen. Kleinere Unterschiede in den Abmessungen (bei der Höhe und Kopfbreite höchstens 0∙5 mm, bei der Fußbreite 1 mm, bei der Länge 2–3 mm) und im Gewicht (beispielsweise 3% mehr und 2% weniger) pflegt man zuzulassen. (Vgl. die Zusammenstellung XXXIX in Eis. T. d. G., Bd. V, T. 1, Wiesbaden 1914, S. 206 u. 207.)

II. Die Gestalt der Schienen. Die Hauptformen der Schienen für Haupt- und Nebenbahnen sind die Breitfuß- oder Vignolesschiene (Abb. 357) und die Doppelkopf- oder Stuhlschiene (Abb. 358).

Breitfußschienen werden zurzeit fast ausschließlich in Deutschland, Rußland, der Schweiz (abgesehen von der Lötschbergbahn) und Nordamerika angewendet, ebenso in Österreich und Italien, wo indes auf einzelnen Strecken Stuhlschienenoberbau angewendet wird. Dagegen werden in England ausschließlich Doppelkopfschienen benutzt. In Frankreich finden sich beide Formen in großem Umfang.

Der Schienenquerschnitt ist so zu gestalten, daß der Baustoff möglichst günstig ausgenutzt wird; dabei ist nicht nur auf die Verwendung, sondern auch auf die Herstellung Rücksicht zu nehmen. Insbesondere ist die Stoffverteilung auf Kopf, Steg und Fuß so vorzunehmen, daß die Abkühlung bei der Herstellung möglichst gleichmäßig erfolgt. Da die Beanspruchung in senkrechter Richtung am größten ist, so wird der Baustoff möglichst an der oberen und der unteren Begrenzungsfläche (Kopf und Fuß) zusammengedrängt, in der Mitte dagegen genügt eine schwächere Ausbildung (Steg). Würde die Schiene nur durch ruhende, senkrecht wirkende Lasten beansprucht, so würde etwa die Form eines -Trägers in Frage kommen. Da aber durch das Darüberrollen der Räder der Kopf einer starken Abnutzung ausgesetzt ist, so muß man ihn von vornherein um einen bestimmten Betrag verstärken. Hierbei empfiehlt es sich, ihn möglichst breit zu machen, einmal wegen der besseren Stoffverteilung, sodann wegen der günstigeren Abnutzung und endlich wegen des besseren Anschlusses der Laschen. Aus z. T. gleichen Gründen verbreitern einzelne Eisenbahnen den Kopf nach unten. Jedenfalls erscheint es nicht richtig, die Kopfhöhe auf Kosten der Kopfbreite zu groß zu machen.

Um eine möglichst geringe Abnutzung zu erzielen, wird von manchen empfohlen, den Schienenköpfen ebene Laufflächen zu geben. Dagegen wird von Ast (Organ 1898, Beilage, S. 30) eingewendet, daß dem einmal gewisse walztechnische Schwierigkeiten entgegenständen (die aber nicht unüberwindlich sein dürften), zweitens aber lasse sich eine vollkommene Berührung der Fahrflächen doch nicht erzielen, weil die Schienenneigung sich dauernd nicht genau erhalten läßt und bei der geringsten Abweichung das Rad gerade an den. Rändern der Schiene aufruhen wird. Eine obere Abrundung des Schienenkopfes mit einem Halbmesser von 300 mm sei deshalb zu empfehlen.

Unbedingt erforderlich ist dagegen eine Abrundung des Schienenkopfes an der Fahrkante, u.zw. mit Rücksicht auf die Hohlkehle der Radreifen, die aus walztechnischen Gründen nicht zu klein sein darf und für die beispielsweise die TV., § 68, einen Ausrundungshalbmesser von 15 mm empfehlen. Die Abrundung der Fahrkante der Schiene muß nach einem kleineren Halbmesser erfolgen als die Ausrundung der Radreifen; nach der bindenden Vorschrift in § 5 der TV. muß bei Neubeschaffungen die Fahrkante mit 14 mm abgerundet sein. Die Abrundung findet an beiden Seiten des Kopfes statt, so daß ein völlig symmetrisches Profil entsteht. Demgegenüber hat Haarmann (Der Schienenstoß, Osnabrück 1910) empfohlen, unsymmetrische Profile mit flachen Köpfen herzustellen; sie haben an der einen Seite (der Fahrkante) die vorgeschriebene Abrundung, an der andern dagegen nicht. Solche Schienen lassen sich nach dem Abfahren nicht umwenden. Das Profil ist jedoch besser zu walzen als das symmetrische und soll besonders bei Blattstoß (s.u.) sich besser halten; auch würde voraussichtlich die Abnutzung der Radreifen gleichmäßiger sein.

Der Fuß der Breitfußschienen soll wegen der Seitenkräfte, die die Schienen umzukanten und die Befestigung zu lockern suchen, möglichst breit sein. Indes darf man hierin nicht zu weit[383] gehen; bei zu großer Breite besteht die Gefahr, daß der Fuß sich beim Walzen zu rasch abkühlt und kaltbrüchig wird. Man hat empfohlen, den Schienenfuß nicht breiter als 0∙9 der Höhe zu machen.

Der Steg der Schienen war in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts verhältnismäßig dick. M. M. v. Weber wies durch Versuche nach, daß selbst eine Stärke von 6 mm allen Betriebseinwirkungen standhalten würde; zwar sei bei den Senkungen der Schienenstöße leicht ein Aufreißen des Steges in den Laschenlöchern zu befürchten; dem könne man jedoch durch gehörige Konstruktion der Anlagefläche zwischen Schiene und Lasche in beträchtlichem Maße begegnen (Die Stabilität des Gefüges des Eisenbahngleises. Weimar 1869, S. 106). Man hat dann auch in der Folgezeit die Stegstärke zunächst ziemlich klein gewählt (10–11 mm); später vergrößerte man sie – z. T. aus Gründen der Herstellung – wieder auf etwa 14 mm. In einzelnen Fällen (bei Blattstoß sowie bei Tunnelschienen, die starker Abrostung unterliegen) beträgt die Stärke 18 mm. Meist ist der Steg auf seiner ganzen Höhe gleich stark; bei einzelnen Verwaltungen nimmt er von der Mitte nach Kopf und Fuß hin zu.

Die Laschenanschlußflächen an der Unterseite des Kopfes und der Oberfläche des Fußes sind Ebenen, die etwa 1 : 2 bis 1 : 4 geneigt sind (s.u.).

Eine ausführliche Aufzählung von Grundsätzen für die Gestaltung des Querschnitts von Breitfußschienen findet sich u.a. im Bulletin d. Int. Eis.-Kongr.-Verb. 1910, deutsche Ausgabe, S. 29. Hier wird auch betont, daß sich wesentliche Ersparnisse erzielen lassen, wenn man für Krümmungen stärkere Schienenprofile als für die grade Strecke anwendet, was aber in der Regel aus Bequemlichkeit unterbleibt.

Bei Doppelkopfschienen gelten für den Kopf und Steg ähnliche Erwägungen, wie bei den Breitfußschienen. Ursprünglich führte man die Stuhlschienen symmetrisch auch zur wagrechten Achse aus, um sie – nach Abfahren des Kopfes – umdrehen und weiterverwenden zu können. Dies erwies sich indes als unausführbar, weil inzwischen die Fußfläche an den Auflagerpunkten stark abgenutzt war und ihre glatte Oberfläche eingebüßt hatte. Man stellte daher später unsymmetrische Profile her und machte den Fuß niedriger als den Kopf, da er einer geringeren Abnutzung unterworfen war. Auch konnte er im Vergleich zum Fuß der Breitfußschienen schmal Sein, weil die Schienen im Stuhl sicher gegen Umkippen gelagert wurden. Meist erhielt der Fuß dieselbe Breite wie der Kopf.[384]

Für überschlägliche Berechnungen kann man das Widerstandsmoment W (wenn h die Höhe und F die Fläche der Schiene ist) setzen:

für Breitfußschienen:

W = 0∙25 F ∙ h bis 0∙27 F ∙ h,

je nachdem die Querschnittform dick oder schlank ist; im Mittel also:

W = 0∙26 F ∙ h;

für unsymmetrische Doppelkopfschienen:

W = 0∙21 F ∙ h;

für symmetrische Doppelkopfschienen dagegen

W = 0∙22 F ∙ h.

Bei gleichbleibender Schienenhöhe wird die Ausnutzung des Baustoffs bei Doppelkopfschienen also ungünstiger als bei Breitfußschienen. Dagegen können Doppelkopfschienen wegen ihrer besseren Befestigung (in Stühlen) bei gleicher Widerstandsfähigkeit gegen Seitenkräfte größere Höhen erhalten als Breitfußschienen. Man würde bei beiden Formen das gleiche Widerstandsmoment erreichen, wenn man bei gleicher Querschnittfläche die Doppelkopfschiene 0∙26/0∙21 oder 1∙24 mal so hoch machen würde wie die breitfüßige. In Wirklichkeit beträgt das Verhältnis etwa 1∙1 : 1. Die Doppelkopfschienen gestatten jedoch infolge ihres günstigeren Querschnitts die Verwendung härterer Stahlarten, wodurch bei gleichem Widerstandsmoment die Tragfähigkeit erhöht wird. Nach Ast (Organ 1898, Beilage, S. 59) kann die hierdurch erreichbare Steigerung gleich 1∙2 gesetzt werden. Das Produkt aus den beiden Verhältniszahlen, herrührend von der Verschiedenheit der Höhe und der Festigkeit 1∙1 × 1∙2, ergibt 1∙3, also etwa dasselbe Verhältnis wie 0∙26/0∙21. Ast zieht daraus den Schluß, daß mit gleichen Materialmengen bei Doppelkopf- und Breitfußschienen ziemlich gleiche Tragfähigkeit erzielt werden könne. Dagegen sei bei gleichem Materialaufwand die Doppelkopfschiene (weil höher und aus härterem Material) in der Regel steifer als die entsprechende Breitfußschiene.

Über die Abmessungen, Leistungen und Gewichte einzelner Breitfußschienen gibt Zusammenstellung I. Aufschluß. Sie enthält auch in einer Spalte das Verhältnis des Widerstandsmoments W zum Gewicht G. Diese Zahl W/G wird vielfach als Güteziffer bezeichnet. Es erscheint aber unrichtig, das Profil, bei dem sie den größten Wert erreicht, als das beste zu bezeichnen; z.B. ergibt ein schmaler, hoher Kopf eine höhere Güteziffer als ein flacher breiter; der letztere ist aber hinsichtlich der Abnutzung und wagrechten Beanspruchung günstiger.

Zusammenstellung I.

Einige neuere Oberbauformen mit Querschwellen.

III. Die Schienenlänge. Die Länge der aus den Walzen kommenden fertigen Stäbe ist im Laufe der Jahre immer größer geworden. Sie beträgt zurzeit bei vielen Stahlwerken 70–100 m und mehr. Als Nachteil großer Länge ergeben sich bedeutende Wärmeunterschiede, die wiederum – wenn auch nur kleine – Abweichungen im Querschnitt bedingen. Auch die Länge der zugeschnittenen Schienen ist ständig gewachsen. Während man bis zum Ende der Siebzigerjahre nicht über 7 m hinausging, verwendet man heute vielfach Schienen von 15 m Länge und mehr Noch weiter zu gehen, erscheint aus den unten angegebenen Gründen bedenklich. Eine möglichst große Schienenlänge bietet verschiedene Vorteile: einmal vermindert sich die Anzahl der Verbindungsstellen (Stöße), die stets den schwächsten Punkt des O. bilden; dadurch wird zugleich an Kleineisenzeug (Laschen u. dgl.) gespart. Sodann aber wird der Widerstand jeder einzelnen Schiene gegen Aufbiegung und gegen Verschiebung dadurch vergrößert, daß sie gleichzeitig durch mehrere Räder belastet wird.

Eine zu weit gehende Erhöhung der Schienenlänge wird begrenzt durch die Rücksicht auf die Wärmespielräume (Stoßlücken) sowie auf die Beförderung und die Handhabung der einzelnen Stücke beim Bau und der Unterhaltung der Gleise. Die Wärmespielräume (Stoßlücken) sind so groß zu bemessen, daß bei der größten Wärmeausdehnung Druckspannungen vermieden werden, da diese zu einem Ausknicken des Gleises (Gleisverwerfung) führen können.

Es bezeichne: t₁ die Schienentemperatur bei größter Erwärmung, t₂ die Schienentemperatur bei größter Abkühlung, t die Schienentemperatur bei der Verlegung, l die Länge der einzelnen Schienen. Die Ausdehnung eines Eisenstabs von 1 m Länge beträgt bei Erwärmung um 1° rd. ¹/₈₅ mm. Mithin wird der größte Zwischenraum

δ₁^mm = (t₁ – t₂) ∙ l^m/85

und der beim Verlegen zu belassende Zwischenraum

δ₂^mm = (t₁ – t)l^m/85

Als größten Temperaturunterschied nimmt man vielfach in Deutschland und Österreich 85° an. Demnach würde sich bei einer Schienenlänge von 15 m der größte Zwischenraum zu 15 mm ergeben. Die Stoßlücke soll übrigens nicht nur die Ausdehnung der Schienen bei Wärmezunahme ermöglichen, sondern auch die unvermeidlichen, wenn auch nur geringfügigen Längenfehler sowie die Schieflage der Stöße der beiden Schienen eines Gleises im Bogen ausgleichen helfen. Der diesem Zweck dienende Teil der Stoßlücke ist nach A. Blum (Bulletin d. Int. Eis.-Kongr.-Verb. 1910, deutsche Ausgabe, S. 163) zu etwa 3–5 mm anzunehmen; im ganzen soll die Stoßlücke nicht größer als 20 mm sein, weil sonst die Räder zu tief einsänken, den Stoß zu stark beanspruchten und einen unruhigen Lauf der Wagen veranlaßten. Dementsprechend verwendet man in Deutschland auf freier Strecke Schienen von 15 m Länge; unter Bahnhofshallen, in Tunneln u.s.w., wo die Wärmeschwankungen geringer sind, geht man bis zu 18 m, ebenso[385] auf eisernen Brücken, wo besondere Schienenauszüge verwendet werden. Auch in Österreich werden 15 m lange Schienen verlegt. Die belgischen Staatsbahnen gehen bis zu 18 m; auf den nordamerikanischen Bahnen finden sich vielfach kürzere Schienen (9∙14 m).

Neben den normalen Längen fertigt man auch außergewöhnliche an (Paßschienen). Sie dienen z.B. zur Herstellung des inneren Stranges gekrümmter Gleise (Kurvenschienen), ferner zur Herstellung von Weichen; auch zum Abpassen von Gleislängen zwischen Weichen. Endlich schaltet man sie nach Bedarf in graden oder gekrümmten Gleisen ein, um zu vermeiden, daß Schienenstöße auf Überwegen und kleineren Brücken liegen.

IV. Die Verteilung der Schwellen. Der Abstand der Schwellen (wegen anderer Unterlagen s. B) von Mitte zu Mitte gemessen wird vielfach als Schwellenteilung bezeichnet. Dieses Maß wird nicht gleichmäßig über die ganze Schienenlänge durchgeführt. Wegen der stärkeren Beanspruchung rückt man vielmehr die Schwellen an den Stößen dichter zusammen als in der Mitte und legt entweder unter den Stoß eine gemeinsame Schwelle (»ruhender« oder »fester« Stoß) oder man ordnet in einer gewissen Entfernung von den Schienenenden je eine Stoßschwelle an (»schwebender« Stoß). Im ersteren Fall pflegt man eine besonders breite Schwelle unter den Stoß zu legen. Die aneinanderstoßenden Schienen werden dann bisweilen auf getrennten Unterlagsplatten gelagert, so daß ihre Auflageflächen einen – wenn auch geringen – Abstand haben (Abb. 359). Im zweiten Falle (beim »schwebenden« Stoß) rückt man die beiden Stoßschwellen so nahe aneinander, daß sie noch von beiden Seiten her unterstopft werden können, z.B. bei den preußisch-hessischen Staatsbahnen auf 530 mm von Mitte zu Mitte, was einem lichten Abstand von 270 mm entspricht (Abb. 360). Bei anderen Verwaltungen wählt man den Abstand noch kleiner, z.B. in Bayern (Abb. 361) 340 mm von Mitte zu Mitte; doch ist dann das Unterstopfen schwierig (s.u.). Auch die ersten den Stoßschwellen folgenden Schwellen erhalten eine verhältnismäßig enge Teilung; die dann folgenden Mittelschwellen zeigen dagegen einen größeren, meist gleichmäßigen Abstand (Abb. 359 u. 360). Einzelne Verwaltungen (z.B. die bayerischen Staatsbahnen) ordnen jedoch auf 2gleisigen Strecken – auf denen also jedes Gleis nur in einer Richtung befahren wird – die Schwellen am Anfang jeder Schiene dichter an, um das aufnehmende Schienenende widerstandsfähiger gegen Stöße zu machen (Abb. 361). Im allgemeinen führt man die einmal angenommene Schwellenteilung auf der ganzen Strecke (abgesehen vielleicht von eisernen Brücken) gleichmäßig durch, obwohl dies im Grunde genommen nicht gerechtfertigt ist. Denn, wie Sigle im Zentralbl. d. Bauverw. 1894, S. 310 zutreffend ausgeführt hat, wird die höchste Vollkommenheit in bezug auf Betriebssicherheit und wirtschaftliche Unterhaltung bei einem Gleis erreicht, das sich in allen seinen Teilen gleich verhält. Dieser Zustand läßt sich aber nur dann erreichen, wenn die Schwellen nicht gleichmäßig verteilt sind, sondern wenn, je nach den örtlichen Verhältnissen, in der Geraden oder in der Krümmung, in der Wagrechten oder im Gefälle, auf gutem oder schlechtem Untergrund, ihre Anzahl auf eine Schienenlänge vermehrt oder vermindert würde.

Der größte Schwellenabstand beträgt in Europa etwa 800–1000 mm, neuerdings auf Hauptbahnen dagegen meist weniger (siehe Zusammenstellung I). Im allgemeinen dürfte in Europa der kleinste Abstand der Mittelschwellen im Lichten 300 mm sein, was einem Mittenabstand von etwa 560 mm bei Holzschwellen entspricht. In Amerika geht man mit dem Mittenabstand auf 508 mm herab.[386]

B. Die Unterlagen und die Befestigung der Schienen.

I. Einzelstützen.

a) Steinwürfel

waren in den ersten Jahrzehnten des Eisenbahnwesens vielfach üblich. Die Würfel hatten eine Seitenlänge von etwa 60 cm und eine Höhe von 30 cm. Die Befestigung der Schienen erfolgte mit Hilfe von 30–40 mm starken Holzdübeln, die in 2 vorgebohrte Löcher des Steines getrieben wurden. Zur Spurhaltung dienten Spurstangen oder einzelne Holzquerschwellen. Die Steinwürfel waren schwer zu unterstopfen; die Befestigung lockerte sich leicht. Sie werden daher heutzutage als Gleisunterlagen im allgemeinen nicht mehr benutzt, abgesehen von besonderen Fällen (Arbeitsgruben, Reinigungsgleise, Schiebebühnen, Drehscheiben u.s.w.).

b) Eiserne Einzelstützen

haben außerhalb Europas besonders in heißen Ländern (Indien) Anwendung gefunden, wo Holzschwellen durch Insekten und Witterungseinflüsse sehr schnell zerstört werden, und wo wegen schlechter Bettung breite Auflageflächen erforderlich sind. Man verwendet sie besonders dort, wo die Radlasten nicht allzu groß und die Geschwindigkeiten unbedeutend sind. Es gibt glockenförmige und plattenförmige Einzelstützen. Ein Beispiel von den indischen Bahnen ist in Abb. 362, a, b, dargestellt (vgl. Eis. T. d. G., Bd. II, Abschn. 2, 1908, S: 319–324).

c) Hölzerne Einzelstützen auf Mauerwerk.

In dem neuen unterirdischen Hauptbahnhof der Pennsylvaniabahn in New York sind die Schienen auf hölzernen Schwellenstücken gelagert, die in den Beton der Sohlenbefestigung eingreifen. Man wählte diese Bauart, um eine glatte Oberfläche zu erzielen, die sich leicht reinigen ließe. Die Unterlage besteht aus Portlandzementbeton (1 : 2: 4). Unter jeder Schiene liegen quer Schwellenstücke von 86 cm Länge und 18 cm Höhe; sie sind in den Beton eingelassen und durch je 2 Ankerschrauben befestigt. Auf jedem Schwellenstück ist eine Unterlagsplatte angeschraubt, und auf dieser ruht die Schiene. Bemerkenswert war die Art der Herstellung. Schienen und Schwellenstücke wurden, fertig verschraubt, in der endgültigen Höhenlage an einem hölzernen Gerüst aufgehängt. Dann wurde der Beton aufgebracht und festgestampft. Auf diese Weise erzielte man eine sehr genaue Lage des Gleises (s. Papers and Discussions of the American Society of Civil Engineers, Bd. XXXVII, 1911, S. 716).

II. Querschwellen.

a) Holzquerschwellen.

1. Baustoff und Abmessungen. Als Baustoff kommen in Europa vor allem Eiche, Buche, Lärche, Kiefer und Fichte in Betracht. Um die Widerstandskraft des Holzes gegen chemische Einflüsse (Fäulnis) zu erhöhen, werden die Schwellen vielfach getränkt (imprägniert). Als Tränkungsmittel verwendet man Chlorzink mit Teerölbeimischung, karbolsäurehaltiges Teeröl, Quecksilbersublimat, Kupfervitriol u.a. (s. Tränkungsverfahren). Durch die Tränkung erhöht sich das Gewicht der Schwellen, z. T. auch die Festigkeit gegen mechanischen Angriff. (Über die Änderung der Festigkeitseigenschaften der Holzschwellen infolge der Tränkung s. Rudeloff, Untersuchungen über die Eignung von Holz und Eisen zu Eisenbahnschwellen. Die Holzschwelle, 1912, S. 127). Außerdem sollen die Befestigungsmittel bei Teeröltränkung gegen Rosten geschützt werden (Das Deutsche Eisenbahnwesen der Gegenwart, Bd. I, S. 260).

Holzschwellen sind starker mechanischer Abnutzung ausgesetzt, u.zw. einmal an den Stellen, die die senkrechten Schienendrücke aufzunehmen haben, zweitens aber an den Löchern, in denen die Befestigungsmittel sitzen. Die mechanische Abnutzung der Auflagerflächen ist am größten bei Breitfußschienen, die unmittelbar[387] auf der Schwelle aufruhen. Um sie zu vermindern, hat man schon seit der Mitte des vorigen Jahrhunderts die Schienen nicht unmittelbar auf den Holzschwellen gelagert, Sondern eiserne Unterlagsplatten dazwischengelegt, die eine breitere Auflagerfläche und außerdem noch andere Vorteile boten (s.u.). Bei den Doppelkopfschienen ist durch den Stuhl an und für sich ein breites Auflager geschaffen. Um das Einfressen der Unterlagsplat en oder der Stühle in das Holz möglichst einzuschränken, benutzt man bisweilen außerdem Zwischenlagen aus Holz, Filz, Leder u. dgl. Ferner hat man, um die Abnutzung der Schwelle in den Löchern der Befestigungsmittel zu verringern, die Wände dieser Löcher mit Hartholz ausgefüttert (Verdübelung) und dadurch zugleich eine größere Haftfestigkeit der Schwellenschrauben erzielt (s. Dübel).

Die Länge der Querschwellen betrug in Europa bis in den Anfang der Neunzigerjahre bei Breitfußschienenoberbau durchweg etwa 2∙50 m, während man in England und Frankreich für Stuhlschienen bereits damals 2∙7 m lange Schwellen benutzte. Neuerdings hat man in Deutschland auch bei Breitfußschienenoberbau auf Hauptbahnen vielfach 2∙7 m lange Schwellen angewendet, nachdem durch theoretische Betrachtungen und praktische Versuche nachgewiesen war, daß auch bei der Länge von 2∙5 m die Schwellen an den Enden sich mehr in die Bettung eindrückten als in der Mitte, wodurch eine Verdrehung der Schienenköpfe nach außenhin stattfand (Dolezalek, Hann. Ztschr. 1883, S. 195; Zimmermann, Berechnung des Eisenbahnoberbaues). Auf den österreichischen Staatsbahnen hat man neuerdings die Stoßschwellen ebenfalls 2∙7 m lang gemacht, dagegen die kürzeren Mittelschwellen beibehalten.

Die Höhe der Schwellen beträgt in Deutschland und Österreich etwa 14–18 cm; in England und Frankreich namentlich bei Stuhlschienen weniger, bis herab auf etwa 12 cm. Die Breite pflegt zwischen 23 und 32 cm zu betragen. Doch läßt man oben in der Regel eine geringere Breite durch Waldkanten oder schräge Seitenbegrenzung zu, wobei nur eine genügend breite Auflagerfläche zur Schienenbefestigung vorhanden sein muß. Für Weichenschwellen wird zweckmäßig voller rechteckiger Querschnitt verlangt. Diese dürfen auch keine wesentliche Krümmung aufweisen, während man solche bei den übrigen Schwellen bis etwa 10 cm Pfeil zuzugestehen pflegt.

2. Die Befestigung der Schienen auf den Schwellen ist verschieden je nach dem Schienenquerschnitt.

α) Breitfußschienen

αα) ohne Unterlagsplatten. Breitfußschienen wurden früher stets unmittelbar auf den Schwellen durch Hakennägel (Abb. 363) oder Schwellenschrauben befestigt; die Köpfe der Befestigungsmittel lagen auf dem Schienenfuß auf, so daß die Wärmeausdehnung der Schienen ungehindert stattfinden konnte und jede Schwächung des Fußes vermieden wurde. Zuweilen ließ man aber die Nägel oder Schrauben in 4eckige oder halbrunde Einklinkungen des Schienenfußes eingreifen, um den Längsverschiebungen (dem »Wandern«) zu begegnen. Der Zweck der Befestigungsmittel ist ein mehrfacher. Treten Seitenstöße auf, so verhindern bei der einfachen Befestigungsart nach Abb. 363 die äußeren Nägel eine Verschiebung, die inneren ein Umkanten der Schienen; sie werden also auf Herausziehen beansprucht. Da Schrauben in dieser Beziehung widerstandsfähiger sind, so hat man vielfach die inneren Nägel durch Schrauben ersetzt. Nägel werden ohne Vorbohrung eingeschlagen; dagegen müssen vor dem Einschrauben der Schwellenschrauben stets Löcher gebohrt werden.

Bei den preußisch-hessischen Staatsbahnen ist durch Versuche festgestellt, daß die Holzfaser beim Eindrehen des scharfen Gewindes der preußischen Schwellenschrauben kaum nennenswert verletzt wird, wenn die Löcher für Eichen- und Buchenschwellen 1 mm größer, für Kiefernschwellen 1 mm kleiner gebohrt werden, als der Kerndurchmesser der Schwellenschrauben beträgt. Bei ausgerundetem Gewinde wird die Holzfaser schon beim Eindrehen zerdrückt.

Über die Haltekraft von Nägeln und Schwellenschrauben sind zahlreiche Versuche von v. Kaven, Funk, v. Weber, Susemihl, Howard, Cox u.a. angestellt worden; die Ergebnisse weichen z. T. stark voneinander ab. Über neuere Versuche berichtet Rudeloff in der »Holzschwelle« 1912, S. 131, 143. Bei[388] diesen sind auch Schwellen untersucht worden, die verdübelt oder mit Thiollierschen Stahlspiralen ausgerüstet waren.

Einzelne Verwaltungen (z.B. die preußisch-hessischen Staatsbahnen) wenden neuerdings grundsätzlich nur noch Schrauben (allerdings in Verbindung mit Unterlagsplatten, vielfach unter Zwischenschaltung von Klemmplatten, s.u.) an. Andere Verwaltungen halten an der Befestigung mit Nägeln fest.

Sollen unmittelbar aufgelagerte Schienen Neigung erhalten, wie in Europa fast allgemein auf Hauptbahnen üblich, so müssen die Schwellen, wie in Abb. 363 angedeutet, schräg eingeschnitten (gekappt oder gefalzt) werden.

An dieser Stelle soll auch der O. der französischen Ostbahn erwähnt werden (Abb. 364); die Schwelle ist gekappt, um die Neigung der Schiene zu erzielen. Unter der Schiene liegen Pappelholzplättchen, die vor ihrer Verwendung in Teeröl getränkt und von 5 auf 2∙5 mm Stärke zusammengepreßt werden. Auf den preußisch-hessischen Staatsbahnen sind Versuche mit solchem O. im Gange. Verwendet werden hierbei Hartholzschwellen mit Filz- und Pappelholzunterlagen. Die Strecken zeichnen sich dadurch aus, daß das Schienenwandern fast gar nicht auftritt.

ββ) Mit offener Unterlagsplatte. Schon in den Fünfzigerjahren beobachtete man in Krümmungen wiederholt Spurerweiterungen. Diese waren (nach M. M. v. Weber, Die Stabilität des Gefüges der Eisenbahngleise, S. 56) vermutlich darauf zurückzuführen, daß das seitliche Andrängen der Räder auf ein Umkanten der Schienen hinwirkte, der äußere Teil des Schienenfußes sich in die ungeschützte Schwelle eindrückte, und so die ganze Schiene sich nach außen drehte. Der wahre Grund wurde zunächst nicht erkannt, man suchte die Ursache lediglich in einer Seitenverschiebung der Schienen. Man verlegte in Gleisbögen auf einer Anzahl von Schwellen Unterlagsplatten mit angewalztem Rande, durch die die Schienennägel hindurchgriffen; so wurden auch die inneren Nägel gegen Verschiebungen nach außen nutzbar gemacht. Man erreichte aber zugleich damit den Vorteil, daß der Druck sich auf eine breitere Fläche verteilte und so beim Versuch des Umkantens die Schwelle weniger zusammengedrückt wurde. Später gab man der Unterlagsplatte eine Neigung und ersparte dadurch das Kappen der Schwellen.

Ein Beispiel für die Befestigung auf offenen Unterlagsplatten mit Schwellenschrauben zeigt Abb. 365 a u. b; die Schwelle besteht aus Weichholz, die Hartholzdübel sind in sie hineingeschraubt und mit der Oberkante bündig abgeschnitten (s. Dübel).

Ein weiteres Beispiel zeigt Abb. 366 (belgische Staatsbahnen 1908). Bemerkenswert sind die Holzplättchen zwischen Schienenfuß und Unterlagsplatte sowie (in Verbindung mit unten zu besprechenden Klemmplatten) die sehr kräftigen Schwellenschrauben mit einem Kerndurchmesser von 20 mm und einem Schaftdurchmesser von 30 mm. Bei dem O. 15 c der preußisch-hessischen Staatsbahnen betragen diese Maße nur 16∙5 bzw. 22 mm.[389]

γγ) Mit Hakenplatten. Schon im dritten Jahrzehnt des vorigen Jahrhunderts kamen in Österreich und Nordamerika und später auch in Deutschland Unterlagsplatten zur Anwendung, die eine hakenförmige Aufbiegung besaßen (Abb. 367, 368 a, b), entweder an der Innen- oder an der Außenkante der Schiene. An der Seite, an der kein Haken vorhanden, wurde der Schienenfuß durch einen Nagel oder eine Schraube niedergehalten. Unterlagsplatten mit innerem Haken wurden auf den sächsischen, solche mit äußerem Haken auf den preußisch-hessischen Staatsbahnen verwendet; bei den letzteren war früher die Entfernung von der Mittellinie der Schiene bis zur Innenkante der Platte geringer als die Entfernung bis zur Außenkante. Durch die ungleichmäßige Belastung drückte sich die Platte an der Innenseite stärker ein als außen. Es entstanden daher Spurverengungen bis zu 5 mm. Später führte man nahezu symmetrische Platten ein und verbesserte außerdem die Bauart dahin, daß man die Schiene an der dem Haken gegenüberliegenden Seite mittels einer Schraube unter Einschaltung einer Klemmplatte niederhielt; so wurde ein gutes Anliegen des Schraubenkopfes ermöglicht und der Schaft gegen Verbiegung geschützt (Abb. 368). Diese Bauart wurde später noch weiter dahin verbessert, daß man die Klemmplatte seitlich abschrägte und sich gegen eine schräge Leiste der Unterlagsplatte legen ließ; man erzielte dadurch eine Art Einspannung der Schiene (Abb. 369).

Die Befestigung mittels Hakenplatte ist auf den preußisch-hessischen und sächsischen Staatsbahnen in großem Umfang zur Ausführung gelangt, obwohl ihr eine Reihe von Mängeln anhaften. Der Hauptnachteil liegt darin, daß wegen der Herstellungsungenauigkeiten der Schienenfuß niemals fest in den Haken gepreßt wird, sondern ein Spielraum von mindestens 1–2 mm vorhanden ist. Als Folge dieser mangelhaften Befestigung ist eine starke Verschiebung der Schienen gegen die Schwellen in der Längsrichtung (Wandern) an vielen Stellen zu beobachten. Dadurch ergibt sich neben anderen Übelständen eine Lockerung des ganzen Gestänges und ein starker Verschleiß.

δδ) Mit Stuhlplatten. Die bisher beschriebenen Anordnungen mit offenen Unterlagsplatten und Hakenplatten haben den Nachteil, daß die Befestigungsmittel 3 Teile (Schiene, Unterlagsplatte und Schwelle) miteinander verbinden sollen. Es ist besser, diese Zwecke durch 2 getrennte Vorrichtungen zu erreichen, von denen die eine lediglich die Schiene und die Unterlagsplatte, die andere die Unterlagsplatte und die Schwelle miteinander verbindet, also eine Anordnung, wie sie der Stuhlschienenoberbau aufweist. Schon v. Weber hatte im Jahre 1869 (Die Stabilität des Gefüges der Eisenbahngleise, S. 55) geäußert, die Befestigung breitfüßiger Schienen werde stets Schwierigkeiten machen, solange man nicht stuhlähnliche Elemente zwischen sie und die Schwelle einschalte.[390] Dieser Gedanke war noch früher in den Stuhlplatten der Taunusbahn (1840) und der preußischen Ostbahn (1852) – wenn auch mangelhaft – bereits verwirklicht worden (Haarmann, Das Eisenbahngeleise, geschichtlicher Teil. Leipzig 1891, S. 299, 300).

Eine brauchbare Bauart schuf erst Hohenegger, dessen Spannplatte (Abb. 370 a u. b) seit dem Jahre 1885 auf der österreichischen Nordwestbahn zur Anwendung gelangte. Die Fahrschiene und die Spannplatte sind durch Klemmplatten und Schraubenbolzen zu einem Ganzen fest verbunden. Das Kanten erfolgt daher nicht um die äußere Fußkante der Fahrschiene, sondern um die äußere Kante der Spannplatte, die auf der Schwelle durch 4 Schienennägel befestigt ist. Diese werden gegen Herausziehen etwa nur mit einem Drittel der Kraft beansprucht, die sie erfahren würden, wenn sie unmittelbar am Schienenfuß angriffen.

Ähnliche – wenn auch nicht so gute – Konstruktionen zeigen die Stuhlplatten Rüppells (Zentralbl. d. Bauverw. 1891, S. 3 ff.) der Kaiser-Ferdinands-Nordbahn (1894), Bräunings (Organ 1899, S. 143 u. 157, 1914, S. 130) der österreichischen Staatsbahn und neuerdings der niederländischen Eisenbahnen (Abb. 371 a–g) (Organ 1914, S. 133, 361 Glasers Ann. v. 15. Feb. 1913, Nr. 856) sowie der Reichseisenbahnen in Elsaß-Lothringen.

εε) Schienenstühle für Breitfußschienen werden nur vereinzelt verwendet, so auf den badischen Staatsbahnen in Tunnelstrecken. Um die Laschen an den Schienenstößen über die Schwellen greifen zu lassen und trotzdem gewöhnliche Stühle benutzen zu können, haben diese letzteren eine besonders große Weite erhalten. An den Mittelschwellen werden die Schienen mit je 2 Keilen befestigt (Eis. T. d. G. Bd. II, 2, 1908, S. 242 288 u. 289).

β) Doppelkopfschienen. Die Befestigung, der Doppelkopf- oder Stuhlschiene auf Holzschwellen mittels eines Schienenstuhls und Holzkeils, schon annähernd in der heutigen Gestalt, ist von Robert Stephenson zuerst bei dem Bau der Bahn London-Birmingham (1836) ausgeführt worden. Er ordnete zunächst den Keil an der Innenseite an. Da hierbei aber starke Lockerungen der ganzen Konstruktion[391] auftraten, so legte er ihn bei späteren Ausführungen auf Vorschlag von Wild nach außen und schuf so eine Bauart, die im wesentlichen auch heute noch in England und Frankreich angewendet wird. Ein Beispiel einer neueren Stuhlschienenanordnung, die der englischen Nordwestbahn, ist in Abb. 372 a u. b dargestellt. Der Stuhl wird durch 2 Nägel und 2 Schrauben, die übereck angebracht sind, auf der Schwelle befestigt. Die Verbindung zwischen Stuhl und Schiene wird durch einen Holzkeil bewirkt, der in der Fahrtrichtung eingetrieben wird. Der »Keil« ist in der Regel ein prismatischer Eichenholzklotz, der in Leinöl gekocht und durch Pressen stark zusammengedrückt wird. Ähnlich sind auch die Stuhlschienenanordnungen anderer Bahnen. Zuweilen dienen als Befestigungsmittel zwei 30–35 mm starke Holznägel, die gegen Verschiebung wirken, und zwei 20–25 mm starke Nägel, die das Abheben verhindern. Statt des hölzernen Keiles hat man stellenweise auch Hohlkeile aus Stahlblech angewendet.

Die Ansichten darüber, ob der O. mit Breitfußschienen oder Doppelkopfschienen besser sei, gehen weit auseinander. Auf eine Anregung von A. Goering hin (Zentralbl. d. Bauverw. 1890, S. 137), der auf die Vorzüge des englischen Oberbaues hingewiesen hatte, wurde im Jahre 1892 von der preußischen Staatsbahn eine Versuchsstrecke mit Doppelkopfschienen zwischen Bückeburg und Minden eingelegt, die aber nach 15jähriger Liegezeit ausgewechselt wurde. Auch die badischen Staatsbahnen haben eine längere Versuchsstrecke mit dem Oberbau der englischen Midlandbahn ausgeführt, der sich nach Angabe von Ed. Lang (Die Oberbauanordnung mit eisernen Querschwellen auf den badischen Staatseisenbahnen, Karlsruhe 1912, S. 9) im ganzen gut bewährt hat. Doch machten sich 2 Übelstände bemerkbar. Einmal wurden die Holzklötze bei trockener Witterung locker, und zweitens trat das Wandern in besonders starkem Maße auf. Versuche, den prismatischen Holzklotz durch 2 Holzkeile zu ersetzen, führten zu keinem besseren Ergebnis. Baden hat dann für nasse Tunnelstrecken einen allerdings sehr kostspieligen Stuhlschienenoberbau mit Breitfußschienen hergestellt. Nach alledem dürften die Doppelkopfschienen in Deutschland keine große Zukunft haben. In Österreich hat sich der Stuhlschienenoberbau insbesondere in nassen Tunneln gut bewährt, dagegen hat man auf offener Strecke ebenfalls ein Schwinden oder Herausfallen der Holzklötze beobachtet. In der Schweiz, in der sonst ausschließlich Breitfußschienen benutzt werden, hat in allerneuester Zeit die Berner Alpenbahn-Gesellschaft für die Bergstrecke Frutigen-Brig – wahrscheinlich mit Rücksicht auf die langen Tunnelstrecken – Stuhlschienenoberbau angewendet.

b) Eisenquerschwellen.

1. Baustoff, Form und Abmessungen. Die eisernen Querschwellen werden in der Regel aus weichem Flußeisen, zuweilen aber auch aus Stahl hergestellt. Die Walzung erfolgt in Stäben von mehrfacher Schwellenlänge. Die Stäbe werden dann mit der Warmsäge zugeschnitten und noch in der Walzhitze an den Enden umgebogen und gekappt. Hierbei wird erforderlichenfalls die Neigung für das Schienenauflager eingedrückt (s.u.). Erst nach dem Erkalten werden die Löcher gestanzt.

Die preußisch-hessischen Staatsbahnen fordern eine Zerreißfestigkeit von 38–50 kg für flußeiserne und von 50–60 kg für stählerne Schwellen. Bei Vornahme von Biegeproben soll ein Stück Schwelle von etwa 1 m Länge kalt unter einem Dampfhammer zunächst mit leichten Schlägen flach geschlagen und dann in der Längsrichtung so über den Rücken ohne Bruch oder Mängel zusammengebogen werden, daß die Enden sich berühren und der Durchmesser des Kreises der Biegung ≦ 75 mm ist. Ähnlich sind die Bestimmungen in Baden, Bayern, Elsaß-Lothringen, Württemberg und Österreich-Ungarn. Die Schweizerischen Bundesbahnen, die Flußeisen in einer Zerreißfestigkeit von 35–45 kg/mm² fordern, bemessen den äußeren Durchmesser des Biegungskreises gleich der 4fachen Kopfplattendicke der Schwelle im Schienenauflager (vgl. Eis. T. d. G. Bd. V, H. 1, S. 219–225).

Die Hauptformen der eisernen Querschwellen sind die Trogform und die -Form. Die erstere (Abb. 373–375, nach Taschenbuch für Bauingenieure, 1. Aufl., S. 1343) wird in Deutschland, Österreich und der Schweiz benutzt. Die -Form, schon 1867 von Winkler vorgeschlagen, aber nur vereinzelt ausgeführt, ist neuerdings in Amerika unter dem Namen Carnegieschwelle (Abb. 376) zur Anwendung gekommen. Die trogförmigen[392] Schwellen der europäischen Bahnen sind an den Enden durch Umbiegen abgeschlossen; sie erhalten an den unteren Rändern meist keilförmige Verstärkungen gegen Stopfhackenschläge. Zur Herstellung der Schienenneigung wurden früher die Schwellen entweder mit einem kurzen Knick oder mit größerem Halbmesser nach oben hohl aufgebogen. Man ist aber hiervon abgekommen, da derartige Schwellen schlecht in der Bettung lagen. Um die grade Schwellengestalt beibehalten zu können, preßt oder walzt man schräge Auflagerstellen für die Schienen in die Schwellendecke ein, oder man wendet – ähnlich wie bei Holzschwellen – keilförmige Unterlagsplatten an. Bei den eisernen Schwellen wurden ferner früher häufig sog. Einschnürungen in der Mitte ausgeführt, um die Steifigkeit zu erhöhen und ein Unterstopfen der Mitte – das bei kurzen Schwellen unzweckmäßig ist – zu verhindern. Neuerdings ist man hiervon wieder abgekommen. Der Schwellendeckel ist gewöhnlich glatt. Nur bei den Eisenschwellen des preußisch-hessischen O. 15 c hat man Rippen angewalzt (Abb. 377 a u. b), um die Befestigungsmittel von dem Längsschub zu entlasten.

Die Länge der Eisenschwellen beträgt auf europäischen Hauptbahnen 2∙40–2∙70 m, die untere Breite 232–263 mm, die obere 120 bis 150 mm. Während früher die Dicke der Schwellen ziemlich gering war, hat man neuerdings den Deckel verstärkt; er ist z.B. auf den Reichsbahnen in der Mitte 11 mm dick. Die Höhe beträgt 75–100 mm. Nach den TV. § 12, 9 (nicht bindend) sollen eiserne Querschwellen mindestens 60 kg wiegen. Beispielsweise beträgt das Gewicht der preußisch-hessischen, 2∙7 m langen Schwelle für den O. 15 62∙4 kg, dagegen das der badischen, nur 2∙4 m langen Schwelle 70 kg. Es ist erwünscht, den Querschwellen ein möglichst großes Trägheitsmoment zu geben, (Baden 302 cm⁴), doch steigt damit rasch das Gewicht und der Preis.

2. Befestigung. Eiserne Querschwellen haben in größerem Umfang nur bei Breitfußschienen[393] Anwendung gefunden; diese sollen daher im folgenden allein berücksichtigt werden. Eisenschwellen unterscheiden sich von Holzschwellen u.a. dadurch, daß die zur Befestigung dienenden Löcher bereits im Werk gebohrt werden müssen. Der Einfachheit wegen wendet man daher meist für die geraden und krummen Strecken dieselbe Schwellenlochung an. Man ist dann gezwungen, eine etwa erforderliche Spurerweiterung durch Anwendung verschiedener Befestigungsmittel herzustellen.

α) Ohne Unterlagsplatten.

αα) Keilbefestigung. Die Keilbefestigung (Abb. 378) wurde früher in Frankreich, dem westlichen Deutschland und auch in der Schweiz vielfach angewendet. Sie besteht aus 3 Krampen und einem Keil; durch verschiedene Abstufung in der Stärke der Krampen kann man Verschiebungen der Schiene gegen die Regellage und damit Spurerweiterungen herstellen. Die Keilbefestigung lockerte sich leicht infolge der Erschütterungen. Sie wird daher heute kaum noch angewendet.

ββ) Schraubenbefestigung. Die Befestigung durch Schrauben gestattet eine wesentlich festere Verbindung. Sie ist in verschiedenen Formen ausgeführt worden, von denen nur die wichtigsten beschrieben werden sollen.

1. Mit Klemmplatten von veränderlichen Abmessungen ohne Einlagen. Derartige Anordnungen wurden schon 1877 auf der rheinischen Bahn ausgeführt. Ein Beispiel (O. der schweizerischen Bundesbahnen) ist in Abb. 379 a–g dargestellt. Die Klemmplättchen werden durch Hakenbolzen niedergehalten, die sich mit dem hammerförmigen Kopf unter den Schwellendeckel legen. Die Löcher in der Schwelle sind länglich. Man bringt die Bolzen ein, indem man den Kopf parallel zur Schwelle stellt, dreht sie um 90° und zieht sie in die Höhe. Ein Vierkant (durch das liegende Kreuz in der Abb. 379 a angedeutet) verhindert beim Anziehen jede Drehung. Die Spurerweiterung wird durch Verwendung besonders gestalteter Klemmplatten bewirkt.

2. Mit gleichbleibender Klemmplatte, aber veränderlicher Einlage. Um nicht Klemmplatten verschiedener Breite anwenden zu müssen, benutzt man besondere Beilagen (Spurplättchen). Die bekanntesten Bauarten sind die von Roth und Schüler sowie von Heindl (s.u.). Ein Beispiel der erstgenannten Bauart, die u.a. auf den badischen Staatsbahnen, der Bodensee-Toggenburg-Bahn u.s.w. verwendet wird, ist in Abb. 380 a–g dargestellt. Durch entsprechende Drehung der Beilagen kann man verschiedene Spurweiten herstellen.

β) Mit Unterlagsplatten.

Da man mit gebogenen Schwellen z. T. schlechte Erfahrungen gemacht hatte, so stellte man die Schienenneigung seit Anfang der Achtzigerjahre vielfach durch keilförmige Unterlagsplatten her. Von den zahlreichen Bauarten sollen hier nur 2 beschrieben werden, die eine besonders große Verbreitung gefunden haben. Bei der Heindlschen Befestigung (Abb. 381 a–g) (in Österreich seit 1882 vielfach verwendet) benutzt man eine Unterlagsplatte,[394] 2 Beilagen zur Regelung der Spurweite, 2 Klemmplatten und 2 Bolzen mit Schrauben. Diese Bauart hat den Mangel, daß sie aus sehr vielen Teilen besteht.

Bei der Haarmannschen Befestigung wird die Anzahl der Teile dadurch vermindert, daß man eine Unterlagsplatte mit angewalztem Haken verwendet. Die ursprüngliche Bauart ist mannigfach verändert worden. Eine neuerdings auf den preußisch-hessischen Staatsbahnen angewendete Form ist in Abb. 382 a u. b dargestellt.

Die Hakenplatte hat einen unteren Haken, mit dem sie in ein Loch der Schwellendecke hineingreift, und einen oberen, mit dem sie den äußeren Schienenfuß umfaßt. Der untere Haken hat bei der dargestellten neuen Form einen Zapfenanschlag gegen Verschiebungen nach innen (Hakenzapfenplatte), so daß Spurverengungen ausgeschlossen sind. Parallel zum inneren Schienenfuß ist eine schräge Leiste angewalzt. Gegen diese stemmt sich die Klemmplatte, die durch eine Hakenschraube niedergehalten wird. Die Regelung der Spurweite erfolgt durch Benutzung von verschiedenen Hakenzapfenplatten, bei großer Spurerweiterung unter Verwendung besonderer Schwellen. Neuerdings ist eine verbesserte Anordnung (Rippenleistenschwelle mit Ankerplatte und Klemmhaken) versucht worden, bei der die Schwelle nur an einer Stelle durchbohrt ist (A. Haarmann, Der Schienenstoß, a.a.O.; Die Baustoffe der Spurbahn).

Bei der Hakenplatte auf Eisenschwellen zeigen sich naturgemäß dieselben Nachteile wie bei der Auflagerung auf Holzschwellen (s.o.).

c) Verbundschwelle aus Holz und Eisen.

Um die Vorzüge der Holz- und Eisenschwellen miteinander zu verbinden, sind auf Anregung von Cuënot durch Devaux, Michel und Richard sog. Verbundschwellen entworfen worden. Die Schwelle nach Michel besteht aus zwei -Eisen mit dazwischen liegenden Holzblöcken zur Aufnahme der Schienenbefestigung und zur Übertragung des Bettungsdrucks. Sie wird in Frankreich auf Kleinbahnen mehrfach verwendet (Cuënot, Etude sur les déformations des voies de chemin de fer. Paris 1905, S. 179; Holzschwelle 1913, S. 134).

d) Eisenbetonschwellen.

Eisenbetonschwellen sind bisher bereits in ziemlich großem Umfang in Italien bestellt[395] (bis 1913 etwa 300.000 Stück) bzw. verlegt worden, aber noch nicht über das Versuchsstadium hinausgekommen. Die Befestigung der Schienen erfolgt mittels eingelassener Hartholzdübel, ähnlich wie früher bei den Steinwürfeln, oder mittels Schrauben, die in eingelassene Schraubenmuttern eingeschraubt werden, mittels von unten durchgesteckter Ankerschrauben u.s.w. Als Beispiel ist eine Schwelle der italienischen Staatsbahnen in Abb. 383 a–c dargestellt.

Neuerdings werden sog. Asbestonschwellen von Wolle, Leipzig, in den Handel gebracht. Es sind Eisenbetonschwellen, die an Stelle der Holzdübel mit einer Füllmasse (Asbeston) ausgerüstet sind, in welche die Schwellenschrauben unmittelbar eingedreht werden.

Die Eisenbetonschwellen dürften schon wegen der großen Herstellungskosten und des geringen Altwertes wirtschaftlich zurzeit nur dann gerechtfertigt sein, wenn sie eine ungewöhnlich lange Lebensdauer hätten; dies ist aber bei Hauptbahnen nicht zu erwarten. Insbesondere ist zu befürchten, daß die Eisenbetonschwellen durch die Schläge der Stopfhacken stark leiden werden. Dagegen erscheint ihre Verwendung bei Kleinbahnen und Straßenbahnen nicht aussichtslos.

e) Vergleich zwischen Holz- und Eisenschwellen.

Die Ansichten darüber, ob Holz- oder Eisenschwellen vorzuziehen sind, gehen zurzeit noch weit auseinander. Die Eisenschwellen haben in großem Umfang bisher nur in Deutschland und der Schweiz Eingang gefunden; aber auch in diesen Ländern ist es ihnen nicht gelungen, die Holzschwellen zu verdrängen. Manche Eisenbahnverwaltungen – z.B. die badischen Staatsbahnen – verwenden fast ausschließlich Eisenschwellen; andere, z.B. die sächsischen Staatsbahnen, fast ausschließlich Holzschwellen. Wieder andere, z.B. die preußisch-hessischen, die bayerischen und die württembergischen Staatsbahnen benutzen beide Schwellenarten. In den letzten Jahren ist in Deutschland ein lebhafter Kampf zwischen dem Holzhandel und der Eisenindustrie entbrannt, der u.a. seinen Ausdruck in 2 bemerkenswerten Druckschriften gefunden hat (»Die Eisen- und die Holzschwelle«, herausgegeben vom Verein deutscher Eisen- und Stahlindustrieller, dem Verein deutscher Eisenhüttenleute und dem Stahlwerksverband, Berlin-Düsseldorf 1911; »Hölzerner und eiserner Querschwellenoberbau«, herausgegeben vom Verein zur Förderung der Verwendung des Holzschwellenoberbaues, Charlottenburg 1912). Es handelt sich dabei um den Streit, welche Schwellenart vom privatwirtschaftlichen und volkswirtschaftlichen Standpunkt vorzuziehen sei.

Daß es möglich ist, sowohl mit Holz- als auch mit Eisenschwellen einen O. herzustellen, der den größten Betriebsansprüchen gewachsen ist, dürfte heutzutage nicht mehr zu bestreiten sein. Als Nachteile der Eisenschwellen könnte man anführen:

1. Sie lassen sich bei schlechter (sandiger) Bettung, ebenso bei gewissen Sorten von Schlackenkleinschlägen, nicht verwenden, erfordern vielmehr unbedingt einen harten, wetterbeständigen Bettungsstoff, der keine chemischen Einwirkungen ausübt.

2. Sie sind wegen des starken Rostens nicht für nasse Tunnel geeignet.

3. Ihre Benutzung erscheint überall da ausgeschlossen, wo man zur Zugsicherung Gleisströme benutzt.

4. Das Fahren auf eisernen Schwellen ist härter als auf Holzschwellen.

Als Vorzüge der Eisenschwellen wären zu nennen:

1. Gute Spurhaltung und großer Widerstand gegen seitliche Verschiebung der Schienen:

Aus diesem Grund benutzen manche Verwaltungen zum Weichenbau nur eiserne Schwellen, auch wenn sie anderweitig hölzerne verwenden.

2. Beim Umbau wird durch Beseitigung der Schienenbefestigung die Eisenschwelle (im Gegensatz zur Holzschwelle) nicht beschädigt. Eiserne Schwellen, die fast immer einheitliche Lochung haben, können in Geraden und Bögen beliebig verwendet werden.

Die Vergleichung ist im übrigen – wie erwähnt – eine wirtschaftliche; darauf soll im Abschnitt H noch näher eingegangen werden. Hierbei spielt natürlich die Stärke der Bettung eine große Rolle. Auf den preußisch-hessischen Staatsbahnen ist die Bettungsstärke zwischen Unterkante Schwelle und Oberkante Planum bei Holz und Eisen gleich. Da nun die Eisenschwellen 8∙5 cm niedriger sind als die Holzschwellen,[396] so verringert sich die Gesamthöhe der Bettung (vom Planum bis Schwellenoberkante) um diesen Betrag. Mithin ist die Bettungsmenge bei Eisenschwellen geringer. Sie beträgt beispielsweise für eingleisige Hauptbahnen f. d. km:

bei Holzschwellen	1820 m³
bei Eisenschwellen	1670 m³

Die Verringerung der Bettungsmenge erscheint nicht gerechtfertigt, einmal weil die Fußbreite der Eisenschwellen um 2∙8 cm schmäler ist als die der Holzschwellen, und zweitens weil der Bettungsdruck bei Eisenschwellen wegen ihrer geringeren Steifigkeit größer wird als bei Schwellen aus Holz (s. Abschnitt I). Es müßte daher die Bettungsstärke bei Eisenschwellen eigentlich größer sein. Andere Verwaltungen wenden bei Holz- und Eisenschwellen grundsätzlich dieselbe Gesamtbettungshöhe an.

III. Langschwellen und Schwellenschienen. O. auf Langschwellen sowie Schwellenschienen haben heutzutage für Hauptbahnen nur noch geschichtliche Bedeutung. Es sollen daher statt einer eingehenden Beschreibung lediglich 2 Beispiele mitgeteilt werden, nämlich der Langschwellenoberbau von Hohenegger (Abb. 384 a–c) und die Haarmannsche Schwellenschiene (Abb. 385 a–c), die noch bis Anfang dieses Jahrhunderts auf einigen Schnellzugstrecken lag. Bei dem Hoheneggerschen O. werden 9 m lange Langschwellen trogförmigen Querschnitts verwendet. Sie sind auf jede Schienenlänge durch 3 nichttragende Querwinkel miteinander verbunden. An diesen Winkeln sind Sattelstücke befestigt, auf denen die Langschwellen in der richtigen Neigung befestigt sind. Die Langschwellen bestehen aus Flußeisen; sie werden für Gleiskrümmungen gebogen und tragen oben 2 schräge Leisten, gegen die sich die Klemmplättchen zur Befestigung der Schienen stützen. Die Haarmannsche Schwellenschiene besteht aus 2 Halbschienen, die durch Verschraubung miteinander verbunden sind. Durch die Teilung in 2 Hälften wurde es möglich, den Steg sehr hoch und den Schienenfuß sehr breit zu machen (300 mm). Dadurch wurde eine große Steifigkeit und ein verhältnismäßig geringer Bettungsdruck erzielt. Außerdem konnte man durch Versetzung des Stoßes der beiden Halbschienen einen sehr sanften Übergang der Räder am Stoß erzielen. Die Schwellenschiene hat sich auf Hauptbahnen nicht halten können, da der Bettungsdruck zu groß war und die Entwässerung des Planums außerordentliche Schwierigkeiten machte.

Für Kleinbahnen und Straßenbahnen sowie für die besonderen Verhältnisse von Eisenbahngleisen in Straßen, für die Schwellenschienen mit Schutzschienen zuerst nach Goerings Vorschlag auf dem Packhof in Berlin verwendet wurden (Zentralbl. d. Bauverw. 1887, S. 405), haben die Schwellenschienen eine große Bedeutung erlangt (s. O. der Straßenbahnen).[397]

C. Die Stoßverbindung.

An der Stelle, an der 2 Schienen eines Stranges zusammenstoßen, dem sog. »Schienenstoß«, ist der Zusammenhang der Fahrbahn unterbrochen. Bei Straßenbahnen mit vollständig im Pflaster eingebetteten Gleisen hat man die Stöße durch Zusammenschweißen je zweier Schienenenden ganz oder auf längere Strecken beseitigt. Bei Eisenbahngleisen läßt sich dieses Verfahren nicht anwenden. Andernfalls könnte bei starker Wärmezunahme ein Ausknicken des ganzen Gleises eintreten. Die Stöße sind daher so auszubilden, daß einerseits die Stetigkeit der Fahrbahn, anderseits aber die Längsverschieblichkeit der Enden der Einzelschienen in der Stoßverbindung möglichst gewahrt bleibt.

I. Der gewöhnliche Laschenstoß. Die üblichste Verbindung wird durch Laschen gebildet, eine Bauart, die seit 1850 allmählich zur allgemeinen Einführung gelangt ist (Abb. 386 a–d). Liegt der Stoß zwischen 2 Schwellen, so spricht man vom schwebenden Stoß; liegt eine Schwelle gerade darunter, vom ruhenden (oder festen) Stoß. Beim festen Stoß (im eigentlichen Sinne), der wegen Nichtbewährung fast ganz zu gunsten des schwebenden Stoßes verlassen war, lagen die Schienen unmittelbar oder mittels einer gemeinsamen Unterlagsplatte auf der Stoßschwelle auf. Neuerdings wird dagegen vielfach ein fester Stoß mit getrennter Auflagerung beider Schienenenden (Abb. 387 a–c), eigentlich ein Mittelding zwischen festem und schwebendem Stoß, verwendet.

Die Laschen werden durch 4 oder 6 Bolzen in die Laschenkammern der Schienen (den Raum zwischen Kopfunterfläche und Fußoberfläche) hineingepreßt. Die Laschenbolzen greifen durch Löcher des Schienensteges hindurch, die so weit sein müssen, daß die Schienen sich bei Temperaturveränderungen verschieben können. Damit beim Anziehen der Mutter der Laschenbolzen sich nicht mitdreht, liegt entweder sein Kopf zwischen vortretenden Kanten der Lasche (Abb. 384) oder an den Kopf schließt sich eine Nase, ein oval geformtes Stück des Bolzens (Abb. 386, 387, 389) u.s.w. mit entsprechender Ausbildung des Bolzenloches in der betreffenden Lasche, zweckmäßig der Außenlasche, an. Gegen das Losrütteln der Muttern hat man zahlreiche Mittel erfunden. Besonders bewährt sind federnde Unterlagsplatten aus sehr hartem Stoff.

Die Laschen erhalten meist zur Erhöhung ihrer Tragfähigkeit einen winkelförmigen oder -förmigen Querschnitt. Von großer Bedeutung für ihre Wirksamkeit ist die Neigung der Anlageflächen. Sie schwankt zwischen 1 : 1∙78 (England) und[398] 1 : 5 (Ungarn). Auf den preußisch-hessischen Staatsbahnen beträgt sie 1 : 4. Derartig scharfe Unterschneidungen des Kopfes waren früher nicht üblich. Erst das Bestreben, bei niedrigem Schienengewicht große Tragfähigkeit zu erzielen, hat dazu geführt, die Neigungen sehr flach zu machen. Es scheint indes, als ob daraus eine Reihe von Mißständen sich ergeben. Der Flächendruck wird so groß, daß die Schienen sich bei Wärmeänderungen nicht mehr bewegen können, und die Abnutzung ist bedeutend. Vielfach wird daher empfohlen, den Laschen steilere Anlageflächen zu geben; sie würden dann satter anliegen und infolgedessen längere Dauer haben (vgl. aber hierzu die Ausführungen von E. C. W. van Dyk, Organ 1913, S. 216).

Wäre die Einspannung der Laschen in den Laschenkammern vollkommen und wäre ihr Trägheitsmoment ebenso groß wie das der Schiene, so würde sich auch am Stoß ein nahezu gleichmäßiges Durchlaufen der Fahrbahn erzielen lassen; die kleine Lücke, die für Temperaturschwankungen nötig ist, würde beim Hinüberfahren nicht wahrgenommen werden. Tatsächlich ist aber der Zusammenhang zwischen Lasche und Schiene kein inniger; er darf auch nicht zu fest sein, weil andernfalls die Wärmeausdehnung der Schiene nicht stattfinden könnte. Man hat sogar, z. T. im Zusammenhang mit dem Zweck, das Losrütteln der Muttern zu verhindern (s.o.), bestimmte Maßnahmen getroffen, um das Anziehen der Laschenbolzenschrauben zu begrenzen (Verwendung kurzer Schraubenschlüssel, Unterlegen von Federringen und Spannplatten unter die Mutter). Infolge der kleinen Bewegungen, die beim Hinüberrollen der Räder auftreten, nutzen sich Laschen und Laschenkammern erfahrungsgemäß sehr bald ab. Es tritt dann an den Stößen eine starke Beweglichkeit ein, die einen Zustand schafft, dem sehr ähnlich, bei dem die Laschen überhaupt fehlen. Auf den deutschen Bahnen hat man vielfach bei Schienen, die durch den Betrieb an den Stoßstellen abgenutzt waren, die ausgeschlissenen Laschenkammern nachgehobelt und neue verstärkte Laschen eingezogen. Zugleich hat man die durch die Abnutzung der Fahrfläche herbeigeführten Höhenunterschiede durch Hobeln beseitigt. Vielfach hat man auch die abgenutzten Enden der Schienen abgeschnitten, neue Löcher gebohrt und die verkürzten Schienen zu neuen Gleisen zusammengefügt.

Wie die Beobachtungen von Wasiutinski zeigen, biegt sich – falls überhaupt keine Laschen angebracht werden – jede Schiene für sich durch. Nachdem das Rad am abgebenden Schienenende angekommen ist, muß es auf das aufnehmende, bis dahin in Ruhe befindliche Ende hinaufspringen, wonach sich das entlastete Schienenende sofort wieder hebt. Am Schienenstoß mit Laschen ist die Erscheinung ähnlich; auch hier kann sich in gewissem Maß (allerdings begrenzt durch die Laschenwirkung) jedes Schienenende für sich durchbiegen. Nähert sich das Rad dem Stoß, so biegt sich die[399] abgebende Schiene nach unten, wodurch eine Unstetigkeit der Fahrbahn entsteht. Das Rad bleibt aber nicht bis zum Ende der Schiene auf deren Oberfläche, sondern schwebt über die eigentliche Stoßstelle hinüber und springt infolgedessen auf das aufnehmende Schienennde auf. Während des Schwebens schnellt das abgebende Schienenende ein Stück empor, bis das Rad die gegenüberliegende Schiene erreicht hat. Dann tritt durch Vermittlung der Lasche wieder eine kurze plötzliche Senkung ein, die das abgebende Schienenende noch tiefer herabbiegt als das erste Mal, worauf ein allmähliches Anheben erfolgt. Die aufnehmende Schiene führt ganz ähnliche Bewegungen aus. Nach Wasiutinskis Beobachtungen ist die Senkung des abgebenden Schienenendes in den meisten Fällen etwas größer als die des aufnehmenden; nach seiner Ansicht hängt dies wahrscheinlich von der Zeitdauer der Wirkung der Belastung ab. Bei dem schwebenden Stoß ist – selbst bei sehr steifen Laschen – die Senkung der Schiene an den Enden in der Regel größer als zwischen den Mittelschwellen.

Will man überall die gleiche Senkungsgröße erzielen, so muß man entweder die Mittelschwellen auseinanderrücken, was natürlich die Steifigkeit des ganzen Gleises vermindern würde, oder den Abstand der Stoßschwellen verkleinern. Wie oben bereits erwähnt, hat man neuerdings die Entfernung beträchtlich verringert, u.zw. bei Holzschwellen bis auf 34 cm (Elsaß-Lothringen und Bayern), bei Eisenschwellen auf 33 cm (von Mitte zu Mitte). Indes dürfte bei sehr starker Verkleinerung des Abstandes (etwa unter 50 cm) eine gute Unterstopfung der Schwellen vom Stoß aus kaum noch möglich sein. Dies hat dazu geführt, die dem Stoß benachbarten Schwellen ganz nahe aneinander zu rücken; so wurde aus dem schwebenden eine Art ruhender Stoß mit 2 sehr dicht oder unmittelbar nebeneinander liegenden Schwellen oder mit einer Breitschwelle (s.o.). Die Schienen sind auf je einer besonderen Unterlagsplatte gelagert, so daß die eigentliche Stoßstelle nicht unterstützt ist. Durch dieses Zusammenrücken der beiden Stoßschwellen oder ihre Vereinigung zu einer Schwelle wird die bei schwebendem Stoß stets beobachtete dauernde Verbiegung der Schienenenden wirksam verhindert.

Beim Dreischwellenstoß, wie er in Amerika und neuerdings bei den belgischen Staatsbahnen zur Anwendung kommt, ist der Stoß durch eine normale Schwelle unterstützt, die Laschen reichen aber bis zur Mitte der beiden Nachbarschwellen. Auf den preußisch-hessischen Staatsbahnen waren die Erfahrungen mit dem Dreischwellenstoß nicht befriedigend (Bulletin d. Int. Eis.-Kongr.-Verb. 1910, deutsche Ausgabe, S. 207, 208).

Man hat vielfach versucht, die Übelstände der gewöhnlichen Laschenverbindung durch besondere Durchbildung zu vermindern oder zu beseitigen. Dahin gehören zunächst die Versuche, die Laschen so zu gestalten, daß sie möglichst lange nachgespannt werden könnten. Beispielsweise hat Jebens empfohlen, Laschen mit Arbeitsleisten zu versehen, ein Vorschlag, der später bei der Gotthardbahn stellenweise zur Ausführung gekommen ist, ohne weitere Nachahmung zu finden. Anderseits suchte Zimmermann eine Nachstellbarkeit der Laschen zu erzielen (Zentralbl. d. Bauverw. 1892, S. 3 u.s.w.).

II. Besondere Stoßanordnungen. Die Mängel des gewöhnlichen Laschenstoßes hat man in verschiedener Weise zu bekämpfen gesucht. Erstens hat man Zusatzteile (Stoßbrücken) angebracht, um eine gleichmäßige Durchbiegung beider Schienenenden zu erzielen; zweitens hat man durch Überblatten der Schienen, Stoßfangschienen u.s.w. die Wirkung der Stoßlücke herabmindern wollen.

a) Stoßbrücken u.s.w.

Die Stoßbrücken verfolgen einen ähnlichen Zweck, wie der feste Stoß. Man benutzt eine kräftige Platte (Brücke), die von einer Stoßschwelle zur andern reicht und den Schienenenden[400] eine Unterstützung bietet. Oder man gestaltet die Stoßbrücke so, daß sie nicht den Schienen unmittelbar, sondern besonderen Stützlaschen als Auflager dient (Bulletin d. Int. Eis.-Kongr.-Verb. 1910, deutsche Ausgabe, S. 193–198). Dahin gehört z.B. die Bauart des Bochumer Vereins, die sich nicht bewährt hat. Eine eigenartige Lösung hat Melaun unter Benutzung von Stoßbrücken versucht (Abb. 388 a–c). Der Schienenkopf ist auf eine Länge von etwa 50 cm weggeschnitten und durch den Kopf einer hutförmigen Laschenschiene ersetzt. Dieser ruht auf einer beide Stoßschwellen verbindenden Unterlagsplatte. Die Anordnung soll sich bewährt haben.

Verwandt mit den Stoßbrücken ist der gewöhnliche Laschenstoß mit Keilunterstützung (Abb. 389), der längere Zeit auf den badischen Staatsbahnen (1891–1903) und der Gotthardbahn in Verwendung war, sich aber auf die Dauer nicht bewährt hat, da an den Schienenenden Anrisse entstanden, die allmählich an Ausdehnung zunahmen. Man hat deshalb die Keile entfernt, die Laschen aber im übrigen beibehalten. Neuerdings haben die badischen Staatsbahnen eine Stoßausrüstung mit je einem Keil unter jedem Schienenende eingeführt, die besseren Erfolg verspricht.

b) Blattstoß, Stoßfangschienen.

Um den Einfluß der Stoßlücke möglichst zu verringern, überblattete man die Schienen und glaubte dadurch den Übergang auf 2 Stellen zu verteilen. Eine Ausführung des Blattstoßes auf den preußisch-hessischen Staatsbahnen (Bauart Rüppell-Kohn) für Schienenform 8 ist in Abb. 390 a–c, dargestellt. Für den schwersten preußisch-hessischen O. Nr. 15 ist eine ähnliche Anordnung, aber mit Breitschwelle vorgesehen. Der Blattstoß ist auf den preußisch-hessischen Staatsbahnen früher jahrelang in großem Umfang verwendet worden. Er hat sich auf der freien Strecke nicht bewährt; vielfach nutzten sich die Blätter stark ab oder brachen an den Enden, besonders bei schwachen Querschnitten. Neuerdings wird der Blattstoß daher in Preußen lediglich auf größeren eisernen Brücken verlegt, wo die Schwellen fest liegen, die Bruchgefahr daher gering ist, und wo es anderseits erwünscht ist, die Schläge an den Stößen zu mildern. Wie Abb. 390 zeigt, wird der Schienensteg am Stoß durch die Verblattung auf die Hälfte geschwächt; er muß daher von vornherein besonders kräftig sein. Beim O. 8 wird er beispielsweise für Blattstoßschienen von 14 auf 18 mm verstärkt. Um dies zu vermeiden, hat Haarmann Schienen hergestellt, bei denen der Steg um die halbe[401] Breite seitlich verschoben ist, so daß ein unsymmetrischer Querschnitt entsteht. Einer Schiene mit linksverschobenem Steg folgt eine solche mit rechtsverschobenem u.s.w. (Wechselstegverblattung). Der gleiche Zweck wurde auf andere Weise bei dem Blattstoß von Becherer-Knüttel erreicht, der auf einzelnen Strecken der preußisch-hessischen Staatsbahnen mit gutem Erfolg verwendet worden ist. Die Überblattung wird durch Abbiegen der Schienenenden hergestellt und so eine Schwächung des Steges vermieden. Die beiden Schienenenden ruhen auf je einer Schwelle (ruhender Blattstoß) (Eis. T. d. G. II, 2, 1908, S. 300, Abb. 345–347).

Einen ähnlichen Zweck, wie der Blattstoß, verfolgten die zuerst 1870 von Währer vorgeschlagene Stoßfangschiene (Abb. 391) und die aus der Neumannschen Kopflasche hervorgegangene Auflauflasche (Abb. 392 a–c). Hierbei sollten die Räder durch eine außen angeordnete besondere Stoßfangschiene oder einen in die Schienenköpfe eingreifenden oder dicht daneben liegenden Laschenkopf über die Stoßlücke hinübergetragen werden. Solche Anordnungen haben sich an vielen Stellen nicht bewährt; die neben den Schienen liegenden Tragflächen der Stoßfangschiene (Wiener Stadtbahn) oder der Auflauflaschen wurden durch ausgefahrene Radreifen bald so weit heruntergehämmert, daß sie wirkungslos wurden. Indessen haben sich die Neumannschen Auflauflaschen auf den sächsischen Staatsbahnen (Abb. 392) gut bewährt (Eis. T. d. G. II, 2, 1908, S. 303). Außer den erwähnten zahlreichen Bauarten sind noch zahlreiche andere versucht worden. Bisher dürfte der schwebende Stoß mit kräftigen Winkellaschen die weiteste Verbreitung gefunden haben.

D. Vorrichtungen gegen das Wandern der Schienen.

Unter Wandern der Schienen versteht man ihre Verschiebung in der Längsrichtung auf den Schwellen. Das Wandern pflegt hauptsächlich bei Strecken mit größeren Steigungen oder in den Gleisen aufzutreten, die nur oder vorwiegend in einer Richtung befahren werden; bei solchen, die in beiden Richtungen gleichmäßig benutzt werden, findet es nur in geringem Grade oder gar nicht statt. Durch eine Verschiebung der Schienen in der Längsrichtung entstehen mehrere Nachteile; die Stoßlücken werden an einzelnen Stellen unverhältnismäßig groß, an anderen verschwinden sie vollständig. Die Schwellenteilung wird verändert; denn einzelne Schwellen, die mit den Schienen fest verbunden sind, wandern mit, während die anderen liegen bleiben; oder die Schwellen stellen sich (besonders in Krümmungen) schräg, wodurch Spurverengungen entstehen u.s.w. Es ist daher erforderlich, Schienen, die gewandert sind, von Zeit zu Zeit wieder zurückzuholen, eine mühsame und kostspielige Arbeit. Man hat deshalb schon früh versucht, durch geeignete Vorbeugungsmaßregeln jede Verschiebung gänzlich zu verhindern.

Das beste Mittel gegen das Wandern der Schienen bildet deren Festlegung in der Längsrichtung an mehreren oder allen Schwellen.

I. Einklinkungen der Schienen. In früherer Zeit versah man zu diesem Zweck den Schienenfuß mit Einklinkungen, in die die Nägel eingriffen. Später kam man hiervon ab, als man von schweißeisernen Schienen zu flußeisernen überging, bei denen von den Einklinkungsstellen[402] ausgehend Schienenbrüche eintraten. In neuerer Zeit haben die sächsischen Staatsbahnen den der Einklinkung zu gründe liegenden Gedanken wieder aufgenommen; sie lassen Schienen walzen, deren Fuß an der Außenseite die Gestalt einer sanften Wellenlinie zeigt, in deren Buchten die Klemmplatten oder sonstigen Befestigungsmittel mit einer ähnlich geformten Nase unter Wahrung eines gewissen Spielraums eingreifen (Die Holzschwelle, 1914, S. 129 bis 131).

II. Einklinkungen der Laschen. In den Sechzigerjahren fing man an, den Wanderschutz den Laschen zu übertragen. Man versah nicht mehr die Schienen, sondern die wagrechten Schenkel der Laschen mit Einklinkungen; in diese griffen die Befestigungsmittel (Nägel, Schrauben, Haken, Klemmplättchen u.s.w.) ein (s. Abb. 386) und legten die Schienen so gegen die Stoßschwellen fest.

Nur unter sehr günstigen Verhältnissen reicht (namentlich seitdem man die Schienen immer länger gemacht hat) der durch die Bettung erzeugte Widerstand der beiden Stoßschwellen aus, um das Wandern zu verhüten. In den meisten Fällen wandern sie mit, kippen und verlieren dabei ihre festen Auflager. Da die Mittelschwellen liegen bleiben, so entstehen Ungleichmäßigkeiten in der Schwellenteilung. Auch werden die Befestigungsmittel an den Stoßschwellen übermäßig beansprucht und verbogen, abgeschliffen, ja sogar abgewürgt.

III. Stemmlaschen u.s.w. Man überträgt deshalb jetzt in der Regel den Wanderschub noch auf mehrere Mittelschwellen, beispielsweise durch Schwellenwinkel, die an einem Ende mit der Schiene verschraubt sind, am andern die Schwelle oder deren Befestigung umgreifen, oder man wendet Stemmlaschen an, d.h. Eisenkörper in Winkellaschenform, die an der Außenseite der Fahrschienen befestigt werden. Sie greifen mit ihrem wagrechten Schenkel um die Befestigungsteile und stellen so eine Verbindung zwischen Schiene und Schwelle in der Längsrichtung des Gleises her. Nachteile der Stemmlaschen sind, daß sie eine bestimmte Schwellenteilung erfordern und daß sie nicht in der Achse der Schienen wirken, ferner daß der Steg durch das Einbohren des Loches geschwächt wird und daß die Schrauben der Unterhaltung und Wartung bedürfen.

IV. Gleisklemmen. Diese Übelstände, die bei den bayerischen, doppelseitig wirkenden Stemmlaschen (Wanderstütze) übrigens nur noch zum Teil vorhanden sind, führten zur Einführung der Gleisklemmen, die die erwähnten Nachteile ganz oder wenigstens teilweise vermeiden. Die Gleisklemmen werden am Schienenfuß befestigt und stemmen sich in der Wanderrichtung gegen die Schwellen. Je nachdem das Anklemmen durch eine Schraube oder einen Keil bewirkt wird, unterscheidet man Schraubenklemmen und Keilklemmen.

Die Schraubenklemmen sind zuerst in Amerika im Jahre 1900 vorgeschlagen worden und haben einige Jahre später auch in Europa Eingang gefunden. Eine in Deutschland und Österreich vielfach ausgeführte Bauart einer solchen (von Rambacher) zeigt Abb. 393 a–c [403] (vgl. Organ, Erg.-Bd. XIV, S. 28 ff.). Sie wurde zuerst im Jahre 1903 auf bayrischen Staatsbahnstrecken versucht und ist seitdem dort in großem Umfang verwendet worden. Ähnliche Schraubenklemmen werden von der Gewerkschaft Deutscher Kaiser, dem Stahlwerk Osnabrück u.a. geliefert. Eine neuerdings auf den preußisch-hessischen Staatsbahnen vielfach angewendete Klemme der Bauart Paulus ist in Abb. 394 a–c dargestellt. Alle diese Klemmen haben den Nachteil, daß die Befestigung durch Schrauben bewirkt wird, die unter der Schiene versteckt in der Bettung liegen; die wegen der starken Erschütterungen des O. unvermeidlichen Lockerungen sind schwer zu überwachen.

Wesentlich günstiger verhält sich in dieser Beziehung die von Dorpmüller im Jahre 1902 erfundene Klemme, bei der die Befestigung mittels eines Keiles erfolgt, der so angebracht ist, daß er durch das Wandern selbsttätig nachgespannt wird.

Die ursprüngliche Anordnung ist in Abb. 395 a–d dargestellt. Sie besteht aus dem Bügel (Klemmband) a, dem Keil K und den Schlußstücken ss. Der Bügel umgreift den Schienenfuß; er wird von einem Ende her übergeschoben. Der Keil K legt sich mit seinem Kopf gegen die Unterlagsplatte der benachbarten Schwelle. Wird der Keil in der Pfeilrichtung (Abb. 395 c) eingetrieben, so schiebt er die Schlußstücke zur Seite; da diese auch keilförmig gestaltet sind, so pressen sie den Bügel mit großer Kraft an den Schienenfuß. Die Klemme wird zunächst aufgebracht und der Keil durch leichte Hammerschläge angetrieben, so daß eine Anfangsspannung entsteht. Beginnt die Schiene zu wandern, so stößt der Keil gegen die Unterlagsplatte; da diese mit der Schwelle fest verbunden ist, so erfährt der Keil an ihr einen Widerstand und sucht sich relativ gegen die Schiene zu verschieben. An dieser Bewegung nehmen nun der Bügel und die Schlußstücke keinen Anteil, da sie sich weniger leicht gegen die Schiene verschieben, als gegen den Keil. So wird die Verrichtung selbsttätig nachgespannt.

Die Dorpmüllersche Klemme, die von Paulus in Aachen geliefert wird, hat im Lauf der Zeit einzelne Abänderungen erfahren Der Keil legt sich nicht mehr gegen die Unterlagsplatte, sondern unmittelbar gegen die senkrechte Fläche der Schwelle. Die Schlußstücke sind weggefallen. Man verwendet oft statt des einen Keils deren 2, die symmetrisch links und rechts vom Schienenfuß angebracht sind und sich zwischen die beiden Seiten des Fußes und den Bügel legen (Abb. 396 a–d).

Außer der beschriebenen Keilklemme, die eine sehr große Verbreitung in allen Ländern der Welt gefunden hat, gibt es noch eine Anzahl ähnlicher Bauarten, die alle den Grundgedanken der Dorpmüllerschen Erfindung benutzen (Railr. Age Gaz. v. 19. März 1909, S. 677 u. v. 21. Juli 1911, S. 127/28; Wschr. f. dt. Bahnmeister v. 7. Nov. 1909, S. 830; Organ, Erg.-Bd. XIV, S. 28).

Die Anzahl der an einer Schiene anzubringenden Klemmen ist je nach der Stärke des Wandertriebs verschieden. Beispielsweise verwendet man bei 12 m langen Schienen 5, bei starkem Verkehr 6 Klemmen. Es empfiehlt sich, diese Klemmen an den 5 bzw. 6 mittleren Schwellen anzubringen. Verteilt man sie, wie es bisweilen geschieht, über die ganze Schienenlänge, so ist bei Wärmeschwankungen ein einigermaßen gleichmäßiges Anliegen der Keile an die Schwellen nicht zu erzielen (s. Wandern der Schienen).[404]

E. Die Bettung (s.d.).

F. Das Gleis in seiner Gesamtheit.

Die gute Beschaffenheit des Gleises und seine Erhaltung hängen von verschiedenen Umständen ab: Von der Steifigkeit und Gleichmäßigkeit des Gestänges, von der Größe seiner Auflagerfläche und der davon abhängigen Druckverteilung auf die Bettung, von deren Festigkeit, Durchlässigkeit, Wetterbeständigkeit, Reibung und Stärke sowie endlich von der Beschaffenheit des Untergrundes. Hier sollen nur die Vorbedingungen für die Gleichmäßigkeit und Steifigkeit des Gestänges kurz erörtert werden.

Ein vollständig steifes Gestänge ist undenkbar. Es treten stets Biegungen der Schienen und Senkungen der Schienenstützpunkte ein. Außerdem genügen, wie oben bereits erwähnt, die zurzeit vorhandenen Stoßverbindungen nicht, um das Gestänge gleichmäßig durchzuführen; vielmehr sind an den Stößen die Senkungen der Schwellen und die Verbiegungen der Schienen besonders stark; eine Verbesserung der Stoßverbindung erscheint daher in erster Linie erforderlich.

Wie Zimmermann auf Grund theoretischer Untersuchungen (Zentralbl. d. Bauverw. 1891, S. 223 u. 241) nachgewiesen, darf man, um einen O. gleicher Tragfähigkeit zu erhalten, nicht den Schwellenabstand und das Trägheitsmoment der Schiene in gleichem Verhältnis verringern. Beispielsweise ergibt sich für einen O. auf eisernen Querschwellen (falls die Bettungsziffer C = 3 gesetzt wird), bei einer Verkleinerung des Schwellenabstandes von 0∙8 auf 0∙4 m, also auf die Hälfte, die entsprechende Verminderung des Trägheitsmoments der Schiene nur auf ²/₃. Weitere Zahlenbeispiele für den Zusammenhang zwischen Schwellenteilung und Trägheitsmoment gibt Ast (Beilage zum Organ, 1898, S. 50). Man darf natürlich nicht hieraus den Schluß ziehen, daß es zweckmäßiger ist, das Trägheitsmoment der Schiene zu vergrößern, als den Schwellenabstand zu verringern. Die geschichtliche Entwicklung zeigt, daß man beide Mittel angewendet hat, um den immer stärker werdenden Beanspruchungen gerecht zu werden. Die Schwellenteilung der Mittelschwellen ist vielfach bereits auf 60 cm heruntergegangen, so z.B. bei den preußisch-hessischen Staatsbahnen. Anderseits ist auch das Gewicht und damit das Trägheitsmoment der Schienen erheblich vergrößert worden. Ein drittes Mittel zur Erhöhung der Steifigkeit ist die Verbesserung der Bettung. Da man mit der Verringerung der Schwellenteilung und der Verbesserung der Bettung innerhalb gewisser Grenzen bleiben muß, so dürfte bei weiterem Wachsen der Betriebslasten doch in erster Linie eine Vergrößerung des Schienenquerschnitts und damit des Trägheitsmoments in Frage kommen. Hierbei erreicht man nach A. Wasiutinski eine gleichmäßigere Verteilung des Raddrucks auf die Stützen, eine Erhöhung der Bettungs- (Unterbau-) Ziffer und schließlich eine Verringerung der Abnutzung der Radlaufflächen (Schelesnodoroschnoje djelo, 1904, Nr. 22 u. 23).

Die Gleisanordnung in Krümmungen weicht insofern von der in der graden Strecke ab, als' man im inneren Schienenstrang nach Bedarf kürzere (Paß-) Schienen verlegt und als eine Spurerweiterung und eine Überhöhung des äußeren Schienenstranges angewendet werden (s. Krümmungen, Überhöhung, Spurerweiterung, Übergangsbogen).

G. Ausführung und Erhaltung des O.

I. Beim Bau neuer Bahnen werden die Bestandteile des Gestänges, vielfach auch der größte Teil der Bettung, am Anfangspunkt der Linie gelagert und dann auf dem fortschreitenden Gleis durch Arbeitszüge nach der Spitze hin verfahren.

a) Vorbereitende Arbeiten.

Die Oberfläche des Bahnkörpers ist nach der für die Entwässerung erforderlichen Querneigung einzuebnen, Risse sind zuzustampfen, Unkraut ist zu entfernen. Wenn irgend möglich, ist auch die Bettung bis etwa zur Schwellenunterkante aufzubringen, was am besten mit schmalspurigen Förderbahnen geschieht. Sodann erfolgt eine genaue Absteckung der Achse, bei 2gleisigem Bahnkörper in der Mitte, bei eingleisigem an der Seite in genau gleichem Abstand (z.B. 2 m) von der Gleismitte. Man steckt zu diesem Zweck zunächst die Gleisachse ab (s. Absteckung) und versetzt dann in Entfernungen von 100 m in der Geraden, von 20–50 m in Krümmungen vollkantige, etwa 10 cm starke Pfähle aus Eichenholz, die 10–15 cm über Schienenoberkante emporragen. Ebensolche Pfähle setzt man an die Anfangs- und Endpunkte der Übergangsbogen und an die Brechpunkte. Auf der Stirnfläche jedes Pfahles wird durch einen Sägeschnitt die Stelle angezeichnet, von der das Stichmaß genommen werden soll. Dann werden diese einzelnen Pfähle auf die Stationierung eingemessen und ihre Köpfe einnivelliert. Die genaue Höhe der Schienenoberkante wird durch Einschlagen eines Nagels gekennzeichnet. Diese Höhenangaben müssen von Zeit zu Zeit nachgeprüft werden, da sich die Dämme setzen, auch wohl, die Pfähle einsinken oder schief stellen. Ist ein gewisser Ruhezustand eingetreten, so kann man die Köpfe endgültig in der genauen Höhe abschneiden.[405]

b) Das Verlegen des Gestänges

geschieht etwa folgendermaßen, wobei vorausgesetzt ist, daß hölzerne Schwellen vor der Verlegung vorgebohrt sind.

1. Anfahren der Oberbauteile und der Bettung mittels eines Arbeitszugs; die Lokomotive schiebt. Die Wagen an der Spitze sind mit Schwellen beladen, dann ein Wagen mit Schienen und Kleineisenzeug, die anderen mit Bettungsstoff.

2. Abladen, Voraustragen und Auslegen der Schwellen nach einem geteilten Stichmaß von Schienenlänge.

3. Auslegen der Unterlagsplatten, Ausrichten der Schwellen (sofern die Befestigungsart der Schienen es gestattet, kann man auch die Unterlagsplatten bereits auf dem Lagerplatz aufbringen und wenigstens teilweise mit den Schwellen verschrauben).

4. Abladen, Voraustragen und Auslegen der Schienen auf einige Schienenlängen; einzelne Verwaltungen schreiben vor, daß das Walzzeichen innen liegt.

5. Zurechtrücken der Schwellen mit den Unterlagsplatten unter den Schienen. Um dies zu erleichtern, werden die Schienen an einzelnen Stellen auf Klötze gelegt, so daß oberhalb der Schwellen ein Spielraum von etwa 7 cm verbleibt.

Jede Schiene wird an die vorhergehende nach Einlegung des Wärmelückeneisens (Stoßlückenblechs) fest angeschoben und verlascht.

6. Befestigung der Schienen auf den Schwellen. Das Verfahren ist verschieden, je nach der Befestigungsart. Benutzt man beispielsweise Hakenplatten auf Holzschwellen, so sind diese inzwischen mittels einer Schraube an den Schwellen angeheftet worden. Es werden nun die Haken der Unterlagsplatte über den Schienenfuß geschoben und nötigenfalls mit einem Richteisen fest dagegen gedrückt. Die Stoßschwellen können erst eingefügt werden, wenn die Laschen fest anliegen. Sind die Schwellen an der einen Schiene befestigt, so wird die andere in der selben Weise, wie oben beschrieben, auf Klötze gelegt. Dann werden gleichzeitig mehrere Klötze angehoben und die Schiene wird durch hölzerne Spreizen, die sich gegen die bereits befestigte Schiene stemmen, in die Haken eingetrieben und mit den Schwellen fest verschraubt. Ähnlich ist der Vorgang bei anderen Oberbauarten.

7. Sind alle Befestigungsarbeiten vollendet, so wird das Gleis gerichtet und vorläufig unterstopft. Manche Verwaltungen ziehen zunächst die Schwellen- und Laschenschrauben bei der ersten Herstellung des Gleises nicht fest an, sondern erst nach dem Ausrichten und Stopfen.

8. Nachdem auf solche Weise eine Strecke von etwa 5–8 oder mehr Schienenlängen fertiggestellt ist, wird der Arbeitszug um diese Vorstrecklänge verschoben und weiteres Stopfmaterial neben dem neu vorgestreckten Gestänge abgeladen. Dabei sollte der Zug – nötigenfalls unter Zuhilfenahme leerer Wagen – so lang sein, daß die Lokomotive noch nicht das neu verlegte Gleis zu befahren braucht, dies vielmehr erst geschieht, nachdem der Zug zurückgezogen und das Gleis durchstopft ist. Das Zurückziehen des Zuges kann zum Heranholen neuen Materials benutzt werden. Um die oben geschilderten umständlichen Arbeiten zu vereinfachen und zu beschleunigen, hat man, besonders in Amerika, Maschinen zu Hilfe genommen (s. Gleislegemaschinen, Stopfmaschinen).

Nachdem der Arbeitszug längere Zeit das Gleis befahren hat und dies nach Bedarf nachgestopft worden ist, wird es verfüllt (s. auch Bettung).

c) Nebenarbeiten vor und bei der Ausführung.

1. Vorbereiten der Holzschwellen. Die Holzschwellen wurden früher an den Auflagerstellen der Schienenfüße schräg eingeschnitten (gekappt), um eine schräge Stellung der Schienen zu erzielen. Dieses Verfahren wird auf Hauptbahnen heute nur noch vereinzelt – so bei der französischen Ostbahn – angewendet. Die meisten Bahnverwaltungen erreichen diesen Zweck durch keilförmige Unterlagsplatten. Dagegen pflegt man heutzutage die Oberfläche der Holzschwellen an der Stelle, an der die Unterlagsplatten sitzen, wagrecht und gerade zu hobeln, um ein glattes Auflager herzustellen. Das Hobeln wird durch Maschinen und, soweit eine Tränkung erfolgt, vor dieser ausgeführt. Die Löcher zur Aufnahme der Schwellenschrauben werden zweckmäßigerweise schon auf dem Lagerplatz gebohrt, um das Verlegen zu beschleunigen. Das Bohren geschieht meist von Hand. Die Löcher werden unter Zuhilfenahme einer Lehre vorgekörnt und dann ganz durchgebohrt (über die Weite der Löcher s.o.). Es empfiehlt sich, beim Bohren für grade Gleise eine Spurerweiterung von 3 mm vorzusehen, da erfahrungsgemäß die Spurweite in graden Strecken sich durch das Befahren im Anfang verringert.

2. Das Biegen der Schienen erfolgt in der Regel beim Verlegen. Früher benutzte man dazu stets besondere Vorrichtungen (s. Schienenbiegemaschinen), sofern man nicht das etwas rohe Verfahren des Tretens anwendete. Bei den neueren, sehr elastischen, langen Stahlschienen verzichtet man oft ganz auf vorheriges Biegen und krümmt die Schienen beim Verlegen. Die Vorschriften der einzelnen Bahnverwaltungen [406] gehen in dieser Beziehung weit auseinander. Bei den württembergischen Staatsbahnen werden alle Schienen für Krümmungen unter 1000 m Halbmesser an Ort und Stelle in kaltem Zustand gebogen. Da bei den früher üblichen Biegevorrichtungen die Schienenendenfastgerade blieben, benutzt man neuerdings Vorrichtungen, bei denen die Schienen stückweise durch Druckschrauben gebogen werden. Auf den preußisch-hessischen Staatsbahnen nimmt man von dem vorherigen Biegen der Schienen 8 und 15 im allgemeinen Abstand; bei scharfen Krümmungen von 300 m Halbmesser und darunter biegt man wenigstens die Enden der Schienen mit einem Wuchteisen, das durch die Bolzenlöcher gesteckt wird.

3. Ein Kürzen einzelner Schienen ist bei Anschlüssen oft nicht zu vermeiden; es sollte, wenn irgend möglich, nicht durch Ab meißeln, sondern durch Absägen erfolgen.

4. Das Einbohren neuer Laschenlöcher, das bei Kürzungen unvermeidlich ist, geschieht mit Bohrknarren oder besonderen Bohrmaschinen.

II. Bettungserneuerung und Gleisumbau. Beide können entweder gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten vorgenommen werden. Ist sowohl die Bettung als auch das Gleis erneuerungsbedürftig, so ist es zweckmäßig, die Bettung womöglich schon ein Jahr vor dem Gleisumbau zu ersetzen, damit der neue O. nicht auf die frische, noch nicht gefestigte Unterlage kommt und sich verbiegt. Vor dem Einbringen der neuen Bettung ist die alte zu entfernen. Solange noch Züge über das Gleis fahren, sollte man die alte Bettung nur bis Schwellenunterkante und nur auf kurze Strecken forträumen, dabei aber, um Seitenbewegungen des Gleises zu vermeiden, die Bettung vor den Schwellenköpfen stehen lassen.

Nach den Oberbauvorschriften der preußisch-hessischen Staatsbahnen darf grundsätzlich nicht so vorgegangen werden, daß die Schwellen halb auf alter, halb auf neuer Bettung liegen. Kann in der Zeit zwischen 2 Zügen ein Gleisstück nicht sogleich in voller Breite mit neuer Bettung versehen werden, so hat dies zunächst in der Gleismitte und möglichst bald darauf an beiden Seiten zu geschehen.

Der Gleisumbau sollte so früh im Jahre beginnen, daß das Gleis im Sommer bereits festliegt und vor Einbruch des Winters noch einmal durchgestopft werden kann. Nach Forträumen des Gleises sind die alten Schwellenlager aufzuhacken und die Oberfläche der Bettung einzuebnen. Das Einbauen der neuen Gleise erfolgt am besten genau so wie auf Neubaustrecken, d.h. es werden die Schienen an Ort und Stelle auf den Schwellen befestigt Sind die Zugpausen sehr kurz, so baut man das Gleis seitlich zu einzelnen Jochen zusammen und schiebt diese nacheinander ein; dieses Verfahren sollte man aber nur in Notfällen anwenden, da der O. hierbei leicht verbogen wird.

An der Übergangsstelle am Ende der neuen Schienen entstehen leicht Schlagstellen, die später nicht mehr verschwinden. Es empfiehlt sich daher, sofern der Umbau in einzelnen Abschnitten erfolgt, am Ende der jedesmaligen Umbaustrecke zur Schonung des letzten Schienenendes vorübergehend kurze Schienenstücke (vielleicht von 3 bis 4 m Länge) zu verlegen, an die erst die entsprechend gekürzten Paßschienen der alten Form angestoßen werden.

III. Unterhaltungsarbeiten im Betrieb (s. Bahnunterhaltung, B. Oberbau, Bd. I, S. 442).

IV. Oberbaugeräte. Die wichtigsten Geräte sind die folgenden:

a) Arbeitsgeräte.

1. Schienenzange (Abb. 397) und Schienenheber (Abb. 398) zum Tragen der Schienen.

2. Bohrer zum Vorbohren der Löcher für Nägel und Schrauben (Abb. 399).

3. Verstellbare Schwellenlehren.

4. Richteisen; 80 cm lange Rundeisenstäbe, die an einem Ende meißelförmig flach, am andern kegelförmig spitz geschmiedet sind.

5. Wuchtebaum zum Anheben des Gleises während des Nagelns und Stopfens, neuerdings oft durch den Gleisheber (s.d.) ersetzt.

6. Hämmer verschiedener Größe.[407]

7. Nagelklaue oder Geißfuß zum Ausziehen der Nägel (Abb. 400 a u. b).

8. Stopfhacke (Abb. 401 a u. b).

9. Schraubenschlüssel für Laschen und Hakenschrauben.

10. Krückenschlüssel zum Eindrehen der Schwellenschrauben.

11. Bohrknarre.

12. Dexel zum Kappen der Schwellen.

13. Schienenrücker (s.d.).

14. Schienensägen (s.d.). Es kommen hier nur Kaltsägen, die auf der Strecke benutzt werden können, in Betracht. Hierbei sind insbesondere solche Bauarten zu empfehlen, bei denen das Sägeblatt wagrecht geführt und mit einem verstellbaren selbsttätigen Vorschub ausgestattet ist. Eine bekannte Form ist die sog. Hallensia-Säge, die mit 9 Sägeblättern schwere Schienen in 8 Minuten durchschneidet.

b) Meß- und Untersuchungsgeräte.

1. Spurmaß (s.d.).

2. Richtscheit mit Wasserwage.

3. Überhöhungsmaß (s.d.).

4. Gleismesser (s.d.) zum Messen der Spurweite und Überhöhung.

Erwähnt sei hier noch der Kugelstab der französischen Ostbahn, der zur Prüfung der gleichmäßigen Stopfarbeit dient. Er besteht aus einem 1∙2 m langen, 12 mm starken Stab und einer Metallkugel von 75 mm Durchmesser. An dem verschiedenartigen Zurückprallen des Stabes und an dem Klang der Schwellen kann man leicht und sicher erkennen, ob diese gut unterstopft sind.

H. Kosten.

I. Gliederung der Kosten. Die gesamten Jahreskosten des O. setzen sich zusammen aus:

1. Verzinsung der Anlagekosten,

2. Erneuerungskosten in Gestalt jährlicher Rücklagen für den Erneuerungsfonds,

3. Unterhaltungs- und Ergänzungskosten während des Betriebs.

Die unter 2 erwähnten Erneuerungskosten in Gestalt jährlicher Rücklagen treten vielfach bei der Buchführung der Bahnen (z.B. der Staatsbahnen) nicht als solche in die Erscheinung; sie müssen aber bei der wirtschaftlichen Beurteilung in Rechnung gestellt werden.

Die unter 3 genannten Unterhaltungs- und Ergänzungskosten sind, wie auch die Kosten unter 2, abhängig von den Steigungs- und Krümmungsverhältnissen der Strecke, von der Stärke des Verkehrs, Art des O., Beschaffenheit des Unterbaues u.s.w. Sie können im Mittel etwa zu 300–600 M. f. d. km Gleis angenommen werden, sofern nicht besonders ungünstige Verhältnisse vorliegen.

Die Anlagekosten schwanken sehr, je nach der Art des O. sowie der örtlichen und zeitlichen Preislage. Sie setzen sich zusammen aus den Kosten der Gleisteile einschließlich Verladen und Befördern derselben, sowie aus den Kosten des Verlegens einschließlich der Unterhaltung in der ersten Zeit des Betriebs. Eine Vergleichung verschiedener Bauarten gibt A. Blum im Organ, 1896, S. 133 ff. Als Beispiel seien hier einige Zahlen für Hauptbahnen aus der Gewichts- und Kostenberechnung des O. und[408] der Weichen der preußisch-hessischen Staatsbahnen mitgeteilt. Die Holzschwellenpreise enthalten die vollen Frachtkosten bis zur Tränkungsanstalt sowie die Tränkungs- und Nebenkosten; die Preise für die anderen Materialien enthalten die Fracht- und Nebenkosten nicht.

Zusammenstellung II.

Als Einheitspreis ist zu gründe gelegt:

für 1 t Schienen	M. 118∙ –
für 1 t gewöhnlicher Schwellen bei
Form 6 und 8	M. 109∙ –
desgleichen bei Form 15	M. 111∙ –
für 1 t Breitschwellen	M. 125∙ –
für 1 Kiefernschwelle	M. 4∙71
für 1 Eichenschwelle	M. 6∙20
für 1 Buchenschwelle	M. 6∙09

Hierzu kommen die Kosten für die Bettung. Erforderlich sind z.B. für O. auf Holzschwellen bei eingleisigen Bahnen f. d. laufende m rd. 1∙8 m³ in der Geraden, 2 m³ in der Krümmung. Die Preise für 1 m³ Bettungsmaterial sind, je nachdem Kies oder Steinschlag verwendet wird, sehr verschieden. Sie schwanken etwa zwischen 3 und 7 M. einschließlich Fracht für bahneigene Zwecke.

Schließlich sind die Kosten für das Verlegen des Gleises in Rechnung zu stellen. Hierfür sind f. d. laufende m etwa 2–3 M. erforderlich; die Gesamtkosten f. d. laufende m Gleis betragen demnach etwa 28–45 M.

II. Der wirtschaftliche Wert verschiedener Bauarten. Über den Zusammenhang zwischen Neuwert, Altwert und Rücklagen herrschen vielfach unklare Vorstellungen. Bei der Aufstellung einer Beziehung zwischen ihnen muß man die Werte sämtlich für einen gemeinsamen – im übrigen beliebig zu wählenden – Zeitpunkt ermitteln. Hierzu ist es also erforderlich, die Werte nötigenfalls auf diesen Zeitpunkt ab- oder aufzuzinsen. Es sei:

N der Anschaffungswert,

A der Altwert,

R die jährliche Rücklage (die ausreicht, um das Anlagekapital in n Jahren zu verzinsen und außerdem bis auf den Altwert A zu amortisieren. Über den Zeitpunkt, an dem die Rücklage aufzubringen ist, gehen die Ansichten auseinander. Einzelne Schriftsteller wählen den Anfang, andere das Ende jedes Jahres. Wir wollen mit Dr. Kupferberg annehmen, daß die Entnahme in der Mitte des Jahres erfolgt. Damit dürfte der Umstand genügend berücksichtigt sein, daß die Rücklage laufend aus den Betriebseinnahmen aufgebracht wird),

n Anzahl der Jahre, die der betreffende Gegenstand benutzt wird (Lebensdauer, Liegedauer. Der Einfachheit wegen sei vorausgesetzt, daß der Gegenstand sofort nach Ankauf eingebaut und nach dem Ausbau wieder zum Altwert verkauft wird),

p der Zinsfuß.

Nimmt man als Zeitpunkt, auf den alle Werte bezogen werden, den Anfangspunkt der Liegedauer an, so ist

1. der Anschaffungswert N unverändert in Rechnung zu stellen;

2. die Jahresrücklagen R müssen auf diesen Zeitraum abgezinst werden, die erste, nach einem halben fahr falliere ist daher mit dem Wert

in Rechnung zu stellen u.s.w.; für die Rücklage in der Mitte des nten Jahres ergibt sich der Wert

3. Ebenso muß man den Altwert (Rückerlös) A abzinsen. Sein Wert ist

Mithin muß für den Anfangspunkt der Liegedauer sein:[409]

(s. Dr. Kupferberg, Ein Beitrag zu den Untersuchungen über die Methodik der Wirtschaftlichkeitsbestimmung von Eisenbahn-Oberbausystemen; Die Holzschwelle 1913, S. 1).

In der Annahme einer bestimmten Dauer für die Hauptbestandteile des O. (Schienen und Schwellen) liegt eine große Unsicherheit (s.u.); fast ebenso unsicher ist die auf Schätzung beruhende Voraussetzung eines bestimmten Altwertes A nach n Jahren sowie eines Durchschnittszinsfußes für die Zeit bis dahin.

Im folgenden ist ein Beispiel für die Verwendung der Formeln bei Vergleichsrechnungen gegeben; die Zahlenwerte für die Rechnungsgrundlagen sind z. T. der Denkschrift von Ed. Lang, Die Oberbauanordnung mit eisernen Querschwellen auf den badischen Staatseisenbahnen, Karlsruhe 1912, entnommen. Es werden ein O. mit eisernen und ein solcher mit hölzernen Schwellen verglichen. Die Höhe der Schienen ist 140 mm; es liegen 17 Schwellen auf 12 m Gleis.

a) Eisenschwellen: 100 mm hoch, 2400 mm lang, Gewicht f. d. Stück 70 kg.

Befestigung mit Klemmplatten nach Roth und Schüler.

b) Holzschwellen: 150 mm hoch, 240 mm breit, 2700 mm lang, aus Buchenholz.

Befestigung mit Hakenplatten bzw. offenen Unterlagsplatten und Schwellenschrauben nach bayerischem Muster.

Die Lebensdauer der Holzschwellen kann nach den Erfahrungen der französischen Ostbahn für Bahnen mittleren Verkehrs zu 25 Jahren geschätzt werden. Die Lebensdauer der Eisenschwellen ist noch unbekannt. Sie soll daher in der folgenden Berechnung nacheinander zu 25, 30 und 35 Jahren angenommen werden.

Die Kosten der Eisenschwellen sind in der Vergleichsrechnung als gleichbleibend (zu 8 M. f. d. Stück, d.h. 114∙3 M. f. d. t) angenommen, dagegen sind die Kosten der Holzschwellen, die einem stärkeren Wechsel unterliegen, zu 5, 6 und 7 M. f. d. Stück angesetzt worden.

Bei den Eisenschwellen ist also die Lebensdauer veränderlich, der Preis unveränderlich, bei den Holzschwellen dagegen umgekehrt, die Lebensdauer unveränderlich, der Preis aber veränderlich in Rechnung gestellt.

Die in der folgenden Zusammenstellung III enthaltenen Kosten beziehen sich auf 1 km Gleis. Die Beträge für die Beschaffung der Schienen, der Laschen und der Laschenschrauben sind außer Betracht gelassen worden, weil sie für den Kostenvergleich belanglos sind.

Zusammenstellung III.

Zur vollständigen Durchführung des Vergleichs müssen die Kosten für die Gleisunterhaltung und die Instandsetzung der Bettung berücksichtigt werden.

Es werde angenommen, daß die Kosten der Gleisunterhaltung bei beiden Schwellenarten gleich hoch sind; ob diese Annahme zutrifft, muß dahingestellt bleiben, doch sei nur erwähnt, daß nach dem Hb. d. Ing. W. Bd. V, H. 2, 1906, S. 411 im allgemeinen die Kosten der Unterhaltung beim Eisenquerschwellenoberbau in den ersten Jahren höher, nach eingetretener Festigung der Bettung aber wesentlich geringer als beim Holzschwellenoberbau zu sein pflegen. Für die Instandsetzung der Bettung soll bei den Eisenschwellen ein jährlicher Mehraufwand von 70 M. f. d. Gleis km angesetzt werden (Lang, a.a.O. S. 20). Dann ergeben sich die in der letzten Zeile der Zusammenstellung enthaltenen Zahlen.

Darnach ist z.B. eine Eisenschwelle zu 8 M. mit einer Lebensdauer von 30 Jahren etwa gleichwertig einer Buchenholzschwelle zu 6 M. mit einer Lebensdauer von 25 Jahren.

Es sei ausdrücklich hervorgehoben, daß die Ansichten über die Höhe des Altwertes, die Liegedauer u.s.w. sehr weit auseinandergehen und daß die in der Zusammenstellung gegebenen Zahlen nur Beispiele sind.

Vgl. hierzu den Meinungsaustausch zwischen E. Biedermann und Ed. Lang in der »Holzschwelle« 1911, S. 174, 1912, S. 21 und in der Ztg. d. VDEV. 1913, Nr. 64, S. 993. – Weitere Angaben sind u.a. enthalten in folgenden Aufsätzen: Die Wirtschaftsfrage der Oberbau-Unterschwellung. Die Holzschwelle[410] 1912, S. 41. – E. Biedermann, Untersuchungen zur Methodik der Wirtschaftlichkeitsbestimmung von Eisenbahn-Oberbausystemen. Ebenda 1912, S. 220; Die Eisenschwellenbewertung in badischer und in belgischer Beleuchtung. Ebenda 1913, H. 10, S. 169. – Endlich in der oben erwähnten Denkschrift von Ed. Lang.

I. Berechnung des Eisenbahnoberbaues auf Querschwellen.

Es soll hier nur die Berechnung des Querschwellenoberbaues kurz besprochen werden. Infolge der Belastung der Schienen durch Radlasten G₁ G₂ G₃ (Abb. 402) eines stehenden Fahrzeugs sinken die Schwellen in die Bettung und diese in den Untergrund ein; die Schiene selbst nimmt eine wellenförmige Gestalt an (elastische Linie). An den Stößen entstehen – je nach der Güte der Laschenverbindungen – Biegungen oder Knicke. Die Schiene ist als Träger auf zahlreichen, elastisch senkbaren Stützen zu berechnen. Man nimmt dabei (nach Winkler) an, daß die Eindrückung y der Schwellen in die Bettung an einem beliebigen Punkt dem hier herrschenden Flächendruck p proportional sei, und drückt dies durch die Gleichung p = C ∙ y aus. Der Wert von C ist ein Maß für die Nachgiebigkeit der Bettung und des Unterbaues; man bezeichnet ihn daher (nach Wasiutinski) als Nachgiebigkeitsziffer der Schwellenunterlage oder Schwellenunterlagsziffer, kurzweg als Bettungsziffer (s.d.). Als übliche Grenzwerte von C werden meist 3 und 8 angegeben. Diese Werte sind (Zimmermann, Die Berechnung des Eisenbahnoberbaues, S. 119, Fußnote 1) so zu verstehen, daß ein Druck von 3 kg bzw. 8 kg auf das cm² der Schwellenunterfläche ausgeübt wird, wenn sich diese um 1 cm senkt. In neuerer Zeit tritt die Neigung hervor, C etwas größer anzunehmen.

Wäre die Querschwelle (Abb. 403) ein starrer Körper, so könnte man, falls die Länge mit 2 l, die Breite mit b und der Auflagerdruck der Schiene auf die Schwelle mit P bezeichnet wird, die Einsenkung y aus der Gleichung

ermitteln. Da aber die Querschwelle elastisch ist, so wird die Senkung nicht an allen Punkten gleich; sie ist am stärksten unter den Schienen und nimmt nach den Enden und der Mitte hin ab. Ist E₁, der Elastizitätsmodul des Schwellenmaterials, J₁ das Trägheitsmoment des Schwellenquerschnitts, r der halbe Abstand der Schienenmitten, und setzt man zur Abkürzung

ρ = r/L 3)

λ = l/L 4)

so wird die Senkung unter den Schienen

y_r = P/C b L [η_ρ] 5)

hierbei ist [η_ρ] ein Wert, der von L, r und l abhängig ist.

Es ist z.B. für

2 l = 270 cm,	2 r = 150 cm,	λ = 1∙8 ρ
ρ = 0∙8	λ = 1∙4	[η_ρ] = 0∙74
ρ = 1∙0	λ = 1∙8	[η_ρ] = 0∙60
ρ = 1∙2	λ = 2∙2	[η_ρ] = 0∙53

Nennt man den Auflagerdruck der Schiene, der in seinem Angriffspunkt die Senkung y = 1 herbeiführen würde, D, so wird

Bei Eisenschwellen hängt D nun von der Eindrückung des Schienenstützpunktes der Schwelle in die Bettung ab. Bei Holzschwellen kommt das Andrücken der Schienen an die Unterlagen und die Zusammendrückung des Holzes hinzu; für sie ist

1/D = 1/D₁ + 1/D₂ 7)

darin ist D₁ nach der obigen Formel für D zu ermitteln, D₂ durch Versuche zu finden (vgl. Wasiutinski, Organ 1899, S. 312). Nach Ermittlung des Wertes von D kann man die Maximalmomente nach den Clapeyronschen Gleichungen ermitteln. Hierbei müßte man die Rechnungen für alle auf der Bahn vorkommenden Lastgruppen durchführen. Die Berechnung eines Trägers auf zahlreichen Stützen ist sehr umständlich. Man begnügt sich deshalb in der Regel mit gewissen Vereinfachungen. Beispielsweise hat F. Loewe in seinen bemerkenswerten Aufsätzen »Zur Frage der Betriebssicherheit der Eisenbahngleise« (Organ 1883, S. 125 ff.), ferner »Stahlschienenprofile im Querschwellenoberbau« (Ztschr. f. Bauk. 1883, S. 297 ff.) seiner Berechnung den[411] in Abb. 404 dargestellten Belastungsfall zu gründe gelegt, bei dem die Schwelle unter der Last als mangelhaft unterstopft, also als nicht tragend angenommen wird. Ist E der Elastizitätsmodul des Schienenstoffs, J das Trägheitsmoment des Schienenquerschnitts, nennt man ferner D den Druck auf die Schwelle, der die Senkung 1 erzeugt, setzt man zur Abkürzung

so wird das größte Moment unter der Last

Später hat Zimmermann vorgeschlagen, aus der Schiene ein Stück herauszuschneiden, das auf 4 gleich weit entfernten, elastisch verdrückbaren Stützen ruht und durch eine Last in der Mitte beansprucht wird (Abb. 405). Diese Belastung durch eine Achse ist nach Pihera (Organ 1914, S. 77) ungünstiger als eine solche durch eine Gruppe von Achsen, vorausgesetzt, daß man unwahrscheinlich kleine Radstände (a oder 2 a) ausschaltet. Mit den gleichen Bezeichnungen wie oben wird hierbei das größte Moment unter der Last

10)

Eine verhältnismäßig einfache Ableitung dieser Formel gibt Ast in der Beilage zum Organ 1898, S. 14.

Bei der Aufstellung der Formel 10 ist angenommen, daß alle Schwellen gleichmäßig aufliegen und der Bettungsdruck unter allen dem gleichen Gesetz folgt. Ist dies nicht der Fall und setzt man das Verhältnis der Bettungsziffern zweier benachbarter Schwellen = μ, so wird für den Belastungsfall der Abb. 405 nach Organ 1914, S. 125

11)

diese Formel gilt nur, solange γ ≧ 3/4μ ist.

Alle derartigen Gleichungen wird man in erster Linie dann anwenden, wenn es gilt, Vergleiche zwischen den Beanspruchungen verschiedener Schienenquerschnitte anzustellen. Zur Ermittlung der in einem gegebenen Falle wirklich auftretenden Beanspruchung muß man in die Rechnung die genauen Achsstände und Schwellenteilungen, außerdem aber die dynamischen Wirkungen einführen.

Bei der Berechnung des größten Druckes der Schiene auf die Schwelle darf man nicht die einfache, in Abb. 405 angegebene Belastung wählen, da sie zu geringe Werte ergeben würde, sondern eine andere, die man unter Berücksichtigung der üblichen Radstände wählt. Eine allgemeine Regel läßt sich hier nicht geben. Nach Pihera, Organ 1914, S. 87, ergibt sich beispielsweise der Druck P der Schiene auf die Schwelle für den Belastungsfall der Abb. 406 für

γ =	2	4	6	8
P =	0∙457 G	0∙431 G	0∙421 G	0∙416 G

γ = 10

P = 0∙413 G

Das größte Biegungsmoment für die Querschwelle tritt stets unter der Last auf. Es beträgt

12)

hier ist [μ_ρ] abhängig von L, r und l. Die betreffenden Zahlenwerte sind von Zimmermann ermittelt und in seiner Berechnung des Eisenbahnoberbaues in Tafelform zusammengestellt Der größte Flächendruck unter der Last – ist

13)

wobei [η_ρ] die oben angegebenen Werte hat.

Zahlenbeispiel. O. 15 der preußisch-hessischen Staatsbahnen auf Holzschwellen, C = 8 angenommen.

Schwelle: Länge 2 l = 279 cm

Breite b = 26 cm

Höhe h = 16 cm

J = 8875 cm⁴

W = 1109 cm³

E = 120.000 kg/cm²

Schiene: J = 1583 cm⁴

W = 217 cm³

E = 2,000.000 kg/cm²

Schwellenteilung: a = 60 cm.

1. Berechnung von D:

für die Schwelle ist

[412] (Der Wert von [η_ρ] kann aus der obigen Zusammenstellung, besser aus den Zimmermannschen Tabellen entnommen werden.)

Mithin 1/D₁ = 1/25; nun ist 1/D = 1/25 + 1/15 = 8/75, also D = 9∙3 t.

2. Berechnung des größten Biegungsmoments:

für den Belastungsfall der Abb. 405 G = 9 t.

Für den Schienenquerschnitt ist

daraus folgt die größte Biegungsspannung

Der größte Schienendruck auf die Schwelle wäre bei dem in Abb. 406 dargestellten Belastungsfall:

P = 0∙42 G = 3∙78 t ∾ 3∙8 t,

also wird für die Schwelle

setzt man [μ_ρ] nach Zimmermann = 0∙39, so wird M_gr = 48 6 tcm = 4860 kgcm. Die größte Biegungsbeanspruchung ist also a = 4∙4 kg/cm², der größte Bettungsdruck

Streng genommen muß bei der Berechnung noch der Einfluß der Lastbewegung berücksichtigt werden. Es treten Druckänderungen auf gegenüber dem Ruhezustand:

1. infolge der Schwankungen der Tragfedern,

2. infolge dynamischer Wirkungen unrunder Räder (Bremsräder),

3. infolge der lotrechten Schwingungen des Gleises, die Schwingungen der Räder hervorrufen,

4. infolge unvollständiger Ausgleichung der umlaufenden Massen.

Die Ansichten über das Maß der Vergrößerung gehen sehr auseinander. Aus seinen Versuchen auf der Warschau-Wiener Bahn hat beispielsweise Wasiutinski (Organ 1899, S. 318) den Schluß gezogen, man solle den mittleren Raddruck der Lokomotive bei der Berechnung des Druckes der Schiene auf die Schwellen, der Senkung der Schwellen, des Druckes auf die Bettung u.s.w. gleich dem ruhenden Raddruck, bei Tendern (Bremsrädern) dagegen 1∙5mal so groß annehmen. Dagegen solle man bei der Berechnung der auf die Schienen und auf die Laschenverbindungen einwirkenden Momente den mittleren Raddruck der Lokomotiven 1∙5mal und beim Tender (Bremsräder) 2mal so groß annehmen, wie den ruhenden Druck. Dagegen empfiehlt Ast (Organ 1898, Beilage, S. 5/6), bei der Berechnung des O. mit dem 2∙4fachen Wert der Ruhelast zu rechnen.

Außer durch lotrechte Belastung treten noch Beanspruchungen durch wagrechte Kräfte auf. Zimmermann schätzt die Größe der wagrechten Kräfte zu Y₅ der senkrechten und empfiehlt (Hb. d. Ing. W. Bd. V, H. 2, 1906, S. 66) zur Berechnung ihrer Wirkung die Formel M ∿ 0∙04 G∙a, worin G die lotrechte Last und a die Schwellenteilung ist (vgl. hierzu auch Ast im Bulletin d. Int. Eis.-Kongr.-Verb. 1892, S. 3499 ff.).

Berücksichtigt man alle diese ungünstigsten Umstände, so erscheint es zulässig, mit der rechnungsmäßigen Spannung bis an die Streckgrenze heranzugehen.

Literarische Bemerkung.

Die erste Berechnung der Spannungen, die in der Schiene und Langschwelle infolge der Nachgiebigkeit der Bettung auftreten, hat Winkler in seiner Lehre von der »Elastizität und Festigkeit«, Prag 1867, angebahnt und in seinen Vorträgen über Eisenbahnbau, H. 1, 3. Aufl., 1875 (auch im Hb. f. spez. E.-T. Bd. I, 3. Aufl., 1873, S. 256) weiter ausgeführt, Ebenda gibt er eine Berechnung des Querschwellenoberbaues. Er setzt dabei eine unendlich lange Schiene auf starren Unterlagen voraus und erhält dabei als größtes Moment M = 0∙1888 P ∙ a, wo a die Schwellenteilung ist. Dieser Wert kommt der Wirklichkeit nicht sehr nahe, weil er die Senkbarkeit der Stützen noch nicht berücksichtigt. Zuerst die Senkbarkeit der Schwellen in Rechnung gebracht hat F. Loewe in seiner grundlegenden Arbeit »Über die Betriebssicherheit der Eisenbahngleise u.s.w.« (Organ 1883, S. 125); zugleich hat er dargelegt, daß das größte Moment im mittleren Teil der Schiene nur in geringem Grad von der Anzahl der in Rechnung gezogenen Stützpunkte abhängig ist. Eine weitere Vertiefung der Theorie, insbesondere des Längsschwellenoberbaues, brachten ferner die Arbeiten von Engesser »Zur Berechnung des Eisenbahnoberbaues« (Organ 1888, S. 99 ff.) und von J. W. Schwedler, »On Iron Permanent Way« (erschienen zuerst in englischer Sprache 1882 in den Minutes of proceedings of the Institution of civil engineers, deutsch im Zentralbl. d. Bauverw. 1891, S. 90), »Beiträge zur Theorie des Eisenbahnoberbaues« (Ztschr. f. Bw. 1889, S. 85). Maßgebend für alle weiteren Arbeiten wurde sodann das umfangreiche Werk von H. Zimmermann, »Die Berechnung des Eisenbahnoberbaues«, Berlin 1888, das eingehende, grundlegende Untersuchungen – auch eine Theorie der Laschen – sowie zahlreiche wertvolle Zahlentafeln zur Berechnung aller möglichen Sonderfälle enthält. Zimmermann hat auch die erste genaue Untersuchung der Querschwellen durchgeführt, nachdem bereits Müller[413] vorher eine Näherungstheorie aufgestellt hatte, die von L. Hoffmann in der Schrift »Der Längsschwellenoberbau der Rheinischen Eisenbahn«, Berlin 1880, veröffentlicht worden ist. Die Betrachtungen Zimmermanns über die zweckmäßigste Schwellenlänge sind für die weitere Entwicklung des O. maßgebend geworden. Ast hat später (1895) in einer Abhandlung »Die Schwelle und ihr Lager« (veröffentlicht in der Beilage zum Organ, 1898, S. 69 ff.) für die Biegungsmomente und Einsenkungen der Querschwellen sowie für die Bettungsdrücke angenäherte Formeln aufgestellt, in denen die aus hyperbolischen Funktionen bestehenden Größen η_ρ und μ_ρ nicht vorkommen. Erwähnt seien ferner die Arbeiten von Schroeter (Organ 1894, S. 271, sowie Hann. Ztschr. 1896, S. 173). Neuerdings hat H. Saller in seiner Arbeit »Stoßwirkungen an Tragwerken und am Oberbau im Eisenbahnbetrieb«, Wiesbaden 1910, auch Dissertation Darmstadt, untersucht, welche Eigenschaften der O. haben muß, um die Stoßdrücke gut verarbeiten zu können. Er weist hierbei u.a. nach, daß die Holzschwelle in dieser Beziehung der eisernen überlegen sei. Von ausländischen Autoren seien hier noch N. Petroff und J. Stezewitsch erwähnt, die insbesondere über die Frage der Oberbauverstärkung theoretische Erörterungen angestellt haben.

Alle die genannten theoretischen Arbeiten stützen sich auf eine Reihe experimenteller Untersuchungen, die von verschiedenen Forschern angestellt sind. Hierbei sind zu nennen Peter Barlow (1835), Weißhaupt (1851), Malberg (1857), Wöhler, M. M. v. Weber (Die Stabilität des Gefüges der Eisenbahngleise, Weimar 1869), Coüard, Flamache und Huberti, Häntzschel (Organ 1889), Schubert, Ast, Wasiutinski, Bräuning, Dudley u.a.

K. Gesetzliche und amtliche Vorschriften.

Die Bestimmungen betreffend die technische Einheit im Eisenbahnwesen, die in den Ländern des europäischen Festlandes für die Eisenbahnen mit normaler Spurweite maßgebend sind, schreiben über den O. lediglich vor, daß die Spurweite aller Hauptbahnen nicht unter 1435 mm betragen soll und in Krümmungen einschließlich der Erweiterung nicht über 1470 mm. Im übrigen gehen die Vorschriften der einzelnen Länder und Verwaltungen auseinander. In Deutschland bestimmt die EBBO. über Tragfähigkeit und Abmessungen des O. für Hauptbahnen folgendes:

§ 16. Gleise, die von Lokomotiven befahren werden, müssen Fahrzeuge von 7∙5 t Raddruck (im Stillstand gemessen) mit Sicherheit aufnehmen können. Der O. der Hauptgleise muß beim Neubau wie bei der in zusammenhängenden Strecken erfolgenden Erneuerung eine Tragfähigkeit

a) im allgemeinen für mindestens 8 t

b) auf besonders stark beanspruchten Strecken für mindestens 9 t Raddruck (im Stillstand gemessen) erhalten.

§ 9. Die Spurweite soll im graden Gleis 1∙435 m betragen, in Krümmungen mit einem Halbmesser von weniger als 500 m ist die Spurweite zu vergrößern. Die Vergrößerung darf 30 mm nicht übersteigen. Als Folgen des Betriebs sind Verengerungen der vorgeschriebenen Spurweiten bis zu 3 mm, Erweiterungen bis zu 10 mm zulässig. Niemals aber darf das Maß von 1∙465 m überschritten werden.

Die Bestimmungen der TV. des VDEV. stimmen bezüglich der Spurweite mit denen der EBBO überein, verlangen dagegen in § 6, 2 (bindend) für neue Bahnen, neue zweite Gleise und neue Oberbauanordnungen nur eine Tragfähigkeit für Fahrzeuge von 8 t Raddruck. Ferner empfehlen sie (§ 7, 1), den Schienen eine Neigung nach innen von 1 : 20 zu geben, eine Maßnahme, die auf den meisten europäischen Haupt- und Nebenbahnen durchgeführt sein dürfte. Außerdem enthalten sie aber in § 5 die bindende Vorschrift, daß bei Neubeschaffungen die Fahrkante der Schienen mit 14 mm Halbmesser abzurunden ist.

In England schreiben die Requirements of the Board of Trade (London 1911) vor, daß auf Hauptbahnen und Linien mit starkem Verkehr bei großer Fahrgeschwindigkeit das Gewicht der Stühle mindestens 45 Pfund (20∙4 kg), auf Zweigbahnen und Linien mit schwachem Verkehr und geringer Fahrgeschwindigkeit dagegen mindestens 30 Pfund (13∙6 kg) betragen soll. Im übrigen fehlen Vorschriften hinsichtlich der Tragfähigkeit der Schienen.

Literatur (Gesamtdarstellungen): E. Deharme, Chemins de fer, superstructure. Paris 1890. – A. Haarmann, Das Eisenbahngleis. Leipzig 1891, 1902. – A. Goering, Oberbau. Enzykl. d. E.-W. Wien 1893, 1. Aufl. – Kübler, Oberbau. Luegers Lexikon der gesamten Technik. – Zimmermann, A. Blum u. Rosche, Hb. d. Ing. W. Bd. V, H. 2, Leipzig 1906. – A. Blum u. Schubert, Eis. T. d. G. Bd. II, H. 2, Wiesbaden 1908. – Tratman, Railway Trackand Track Work. New York 1908, S. 315. – Lucas, Eisenbahnwesen. Foersters Taschenbuch für Bauingenieure, Berlin 1914. – Wegele, Eisenbahnbau. Esselborns Lehrbuch des Tiefbaues, Leipzig 1914.

Oder †.

Abb. 357.

Abb. 358.

Abb. 359. Schwellenteilung beim Oberbau 15 c der preußisch-hessischen Staatsbahnen.

Abb. 360. Schwellenteilung beim Oberbau 8 b der preußisch-hessischen Staatsbahnen.

Abb. 361. Schwellenteilung der bayerischen Staatsbahnen für Hauptbahnen mit Schnellzugverkehr (gerade Strecke und bei über 600 m Halbmesser).

Abb. 362 a u. b. Glockenförmige Einzelstütze der indischen Staatsbahnen.

Abb. 363.

Abb. 364. Oberbau der französischen Ostbahn.

Abb. 365 a u. b.

Abb. 366. O. der belgischen Staatsbahnen. G = 57∙4 kg.

Abb. 367. Hakenplatte der sächsischen Staatsbahnen, 1888.

Abb. 368 a u. b. Hakenplatte mit Klemmplatte der preußisch-hessischen Staatsbahnen.

Abb. 369. O. 15 c, E der preußisch-hessischen Staatsbahnen.

Abb. 370 a u. b. Spannplatte, Hohenegger.

Abb. 371 a–g. Stuhlplatte der niederländischen Staatsbahn.

Abb. 372 a u. b. Schienenstuhl der englischen Nordwestbahn.

Abb. 373. Preußische Staatsbahnen.

Abb. 374. Österreichische Staatsbahnen (Heindl).

Abb. 375. Reichseisenbahnen.

Abb. 376. Carnegieschwelle.

Abb. 377 a u. b. Schwellen des preußisch-hessischen O., 15 c.

Abb. 378. Keilbefestigung (System Vauthein).

Abb. 379 a–g O. der schweizerischen Bundesbahnen.

Abb. 380 a–g. Schienenbefestigung nach Roth & Schüler, 1891 (badische Staatsbahnen).

Abb. 381 a–g. Schienenbefestigung. Heindl.

Abb. 382 a u. b. Haarmannsche Hakenzapfenplatte.

Abb. 383 a–c Eisenbetonschwelle der italienischen Staatsbahnen.

Abb. 384 a–c. Langschwellenoberbau von Hohenegger.

Abb. 385 a–c. Haarmannsche Schwellenschiene.

Abb. 386 a–d Schienenstoß des preußisch-hessischen O. 6, e, H. E auf eichenen Schwellen.

Abb. 387 a–c Breitschwellenstoß des O. 15 der preußisch-hessischen Staatsbahnen.

Abb. 388 a–c Melaunstoß.

Abb. 389. Schulerscher Stoß.

Abb. 390 a–c. Preußisch-hessischer Blattstoßoberbau.

Abb. 391. Stoßfangschiene.

Abb. 392 a–c. Auflauflasche der sächsischen Staatsbahnen.

Abb. 393 a–c. Rambachersche Schraubenklemme.

Abb. 394. a–c. Einheitsklemme, Bauart Paulus.

Abb. 395 a–d. Ältere Dorpmüllersche Keilklemme.

Abb. 396 a–d. Neuere Dorpmüllersche Keilklemme.

Abb. 397. Schienenzange.

Abb. 398. Schienenheber.

Abb. 399. Schwellenbohrmaschine.

Abb. 400 a u. b. Kleiner Geißfuß. Nagelklaue.

Abb. 401 a. u. b. Stopfhacke (1 : 10).

Abb. 402.

Abb. 403.

Abb. 404.

Abb. 405.

Abb. 406.

Quelle:

Röll, Freiherr von: Enzyklopädie des Eisenbahnwesens, Band 7. Berlin, Wien 1915, S. 381-414.

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Lexikalischer Artikel · Technik

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