Geometrie:

Unter Gleisgeometrie versteht man die geometrischen Merkmale eines Gleises, d.h. die Spurweite, den Verlauf der Gleisachse (z.B. Krümmungen im Grund- und Aufriss) sowie die Längsneigung. Ziel ist die Schaffung optimaler Fahrbedingungen für die Fahrzeuge und deren Insassen, sowie die Gewährleistung der Entgleisungssicherheit in allen Situationen.

Der Regellichtraum:
Der Regellichtraum, auch Lichtraumprofil genannt, ist bei Bahnanlagen die gedachte Umgrenzungslinie, die sämtliche Eisenbahnfahrzeuge ungehindert durchfahren können. Die Umgrenzung des lichten Raumes zeigt an, welches Profil bei jedem Gleis für Schienenfahrzeuge freizuhalten ist. Die festgelegten Lichtraummaße müssen in jedem Fall eingehalten werden. Bei Lagerung von Baustoffen jeglicher Art in der Nähe der Gleisanlagen ist das Vorhandensein der Lichtraummaße stets zu überprüfen.

Spurweiten:
Die Spurweite ist das Lichtmaß zwischen den Schienenköpfen, dass 14 mm unter der Schienenoberkante (SO) senkrecht im Gleis gemessen wird. Das Regelspurmaß der DB und der meisten Bahnen in Europa beträgt 1435 mm. Dieses Maß, dass unserem metrischen Ordnungssinn etwas absonderlich erscheint, stammt aus den Anfangstagen der Eisenbahn. Als Georg Stephenson 1825 seine erste Bahn von Stockton nach Darlington baute, schrieben ihm die englischen Behörden ein Spurmaß von vier englischen Fuß und 8 ½ Zoll vor; das verbindliche Richtmaß für alle englischen Postkutschen. Mit der Einfuhr der ersten Lokomotiven aus England übernahm man auch in Deutschland dieses Maß, dass fortan als Spurweite alle weiteren Entwicklungen bestimmte. Abweichend von dieser Regelspur entstanden mit der aufkommenden Industrialisierung in Deutschland einer Reihe von Schmalspurbahnen, die wirtschaftlich unterentwickelten oder topografisch schwer zugänglichen Regionen netzartig zu erschließen halfen. Die am weitesten verbreiteten Spurweiten dieser Bahnen sind 750 mm und 1000 mm. Die Spurweite 900 mm ist in Braunkohlentagebauen verbreitet, im öffentlichen Personenverkehr jedoch mit der Mecklenburgischen Bäderbahn Molli nur eine Ausnahme. Dasselbe gilt auch für die Feldbahnen mit 600 mm Spurweite, die z.B. als Muskauer Waldeisenbahnen weite Teile des unteren Spreewaldes erschließen halfen. Dabei ist das einmal postulierte Spurmaß bei der Eisenbahn kein Dogma. Abgesehen von den gefürchteten unkontrollierten Spurerweiterungen (z.B. durch Gleisverwerfungen infolge extremer Hitze) gibt es durchaus gewollte und konstruierte Spurerweiterung. So beträgt die Vergrößerung des Schienen-Innenmaßes im Gleis bei einem 200 m Bogenhalbmesser 5 mm und bei einem Bogen mit 100 m Halbmesser 15 mm. Bei Schmalspurbahnen sind sogar 30 mm Spurerweiterung erlaubt.
Diese Richtmaßerweiterungen sind nötig, um Fahrzeugen mit großen, festen Achsständen (z.B. 5-achsig gekuppelte Güterzug-Dampflokomotiven) das Durchfahren solch enger Bögen zu ermöglichen.

Gleisführungen im Bogen:
Bögen dienen den Richtungsänderungen des Gleisverlaufes, die entweder aus geografischen (z.B. die Anbindung von Ortschaften an die Bahn) oder aus topografischen Gründen (z.B. das Ausfahren von Tälern im Gebirge oder das Umfahren eines Sees) notwendig werden.

Weichen in Überhöhung

Abgesehen davon ergeben sich Bögen auch aus rein konstruktiven Gründen, wie etwa beim Abzweigen eines Gleises in einer Weiche. Wegen der bereits erwähnten Zwängungen von Fahrzeugen mit großen, festen Achsständen im Bogen schreibt die Bahn kleinste zulässige Halbmesser vor. Diese betragen bei Hauptbahnen 300 m, bei Nebenbahnen, auf denen auch Hauptbahnfahrzeuge verkehren können, 180 m und bei Nebenbahnen, auf deren Gleisen keine Fahrzeuge der Hauptbahn zu erwarten sind, 100 m. Für Anschlussgleise sind sogar Halbmesser von 35 m zugelassen. Um solch enge Bögen gefahrenlos durchfahren zu können, bedarf es natürlich besonderer Vorsichtsmaßnahmen.
Betrieblich sind das

  • Geschwindigkeiten unter 10 km/h,
  • konstruktive Anordnung von Leitschienen an der Bogeninnenseite und
  • in Sonderfällen der Einbau von Auflaufschienen (Schienen mit extrem breiten Kopf) an der Bogenaußenseite.

Wegen des hohen Reibungswiderstandes am Rad, der bei einer Leitweite von weniger als 80 mm zwischen der Fahr- und Leitschiene auftritt, ist der Einbau von Leitschienen bei vielen Eisenbahnverwaltungen umstritten und wird in Neubaugleisen nicht mehr vorgesehen.

Übergangsbögen:
Seitenbeschleunigungen in Bögen sind sehr ernst zu nehmende Faktoren der Sicherheit und des Fahrkomforts. Sie sind im Wesentlichen abhängig von der Geschwindigkeit der Fahrzeuge und von der Krümmung des Gleisbogens. Multipliziert mit den Massen der Fahrzeuge werden sie zu Fliehkräften, die zu starken und sehr unterschiedlichen Abnutzungen der Schienen, zu unangenehmen Krafteinflüssen auf die Fahrgäste und im Extremfall zu Entgleisungen führen.

Weichen in Überhöhung

Eine Lösung zur Minderung dieser Mängel stellt die Einführung von Übergangsbögen zwischen den Enden der Geraden und den Bogenanfängen dar. Diese Übergangsbögen sind Kurven, die sich von der Geraden (mit dem theoretischen Radius = 1:8) bis zum gewünschten
Bogenradius R über alle dazwischenliegenden Radien krümmt und somit das Ein- und Auslaufen der Fahrzeuge in und aus dem Bogen kinematisch erleichtert.

Überhöhungen:
Die gegenseitige Höhenlage der Schienen ist im geraden Gleis gleich, d. h. die Verbindungslinie zwischen den Schienenoberkanten rechtwinklig zum Gleis verläuft waagerecht. Im Bogen wird jedoch von dieser Festlegung abgewichen. Um die infolge von Seitenbeschleunigungen auftretenden Fliehkräfte erträglich zu gestalten, wird im Bogen die äußere Schiene höher gelegt als die innere. Natürlich hat diese Überhöhung (ü) Grenzen, denn auftretende Kippmomente bei Stillstand des Zuges im Bogen und das damit verbundene, unangenehme Gefühl der Reisenden, in einem schräg stehenden Wagen zu sitzen, bedürfen der Festlegung eines oberen Grenzwertes für die Überhöhung (bei der DB 160 mm).

Überhöhung


Um diesen Überhöhungswert zwischen der geraden Gleisführung (ü = 0 mm) und dem Bogen sanft zu erreichen, wird in den Übergangsbogen eine Überhöhungsrampe gelegt, die den gleichmäßigen Anstieg zur vorgeschriebenen Überhöhung ermöglicht. In Bahnsteiggleisen, die im Bogen liegen, darf max. eine Überhöhung von 60 mm eingebaut werden.

Gestaltung der Gradiente:
Eisenbahngleise verlaufen in der bisher beschriebenen geometrischen Verhältnissen nicht nur in einer, sondern auch in verschiedenen Ebenen. Um diese, in unterschiedlichen Höhen liegenden Ebenen, zu erreichen, bedarf es der Anordnung von Gefälle und Steigungen im Gleis. Die Darstellung dieser Gefälle- und Steigungslinien des Gleises nennt man die Gradiente. Sie ist quasi die zeichnerische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch die Gleismitte bzw. beim überhöhten Gleis durch die nichtüberhöhte Schiene. Die Gradientenlinie dient zur Darstellung des höhenmäßigen Gleisverlaufes.

Neigungen und Steigungen:
In den bisherigen Betrachtungen wurde stets eine horizontale Gradiente vorausgesetzt. Zur Anpassung des Gleises an das Gelände oder an die baulichen Gegebenheiten verläuft die Gradiente jedoch häufiger geneigt als horizontal. Diese Längsneigung wird in Promille (‰) angegeben und zeigt an, um wie viel Meter das Gleis auf 1000 m Länge bezogen steigt oder fällt.

  • Nach der Oberbauvorschrift (Obv) darf die Längsneigung der Gleise auf Hauptbahnen in der Regel 25 ‰ nicht überschreiten.
  • Bei Neubauten bedürfen bereits Neigungen, die über 12,5 ‰ liegen, einer besonderen Genehmigung.
  • Auf Nebenbahnen ist die Grenzneigung mit 40 ‰ festgelegt.
  • Diese max. zulässigen Neigungen in bestehenden Bahnhöfen betragen – abgesehen von der Neigung am Ablaufberg – 2,5 ‰ und bei Neubauten, wegen des leichten Laufs moderner, rollengelagerter Eisenbahnwaggons, 1,5 ‰.

Bei Strecken, deren Neigungen über diesen Richtwerten liegen, spricht man von Steilstrecken. Natürlich müssen neben den hier genannten Höchstneigungen auf Eisenbahnstrecken, die von Zügen oder einzeln fahrenden Loks befahren werden, auch solche Gleisneigungen genannt werden, auf denen unbespannte Züge und einzeln abgestellte Wagen nicht selbstständig ins Rollen geraten können. Gleiswendel gehören zu den ingenieurtechnisch aufwendigsten und fahrdynamisch kompliziertesten Gleiskonstruktionen. Hier kommen zu den ohnehin schon großen Bogenwiderständen noch die Steigungswiderstände hinzu, denn die Bahn muss ja nach einer Windung in der Wendel mindestens die lichte Profilhöhe über dem untenliegenden Gleis erreichen. Dass es in der Realität oft um wesentlich größere Höhen geht, zeigt die Anlage einer Gleiswendel im Stadtgebiet von Rendsburg in Schleswig-Holstein, bei der die Bahn mit einer Maximalneigung von 6,67 ‰ eine Höhe von 43,5 m erreichen muss, um auf einer stählernen Fachwerkbrücke den Nord-Ostsee-Kanal überqueren zu können.

Neigungswechsel:
Vom sanften Überleiten der Fahrzeuge von einem Zustand entlang der Gleisgeometrie in den anderen war schon mehrmals die Rede. Das bezog sich aber bisher nur auf den Gleisverlauf in der Horizontalen. Gleiche Forderungen müssen gestellt werden, wenn es um die Gleisgeometrie in der Senkrechten geht. Gemeint sind hier die Übergänge von der ebenen in die geneigte Gleisführung. Die Fachleute sprechen von Neigungswechseln. Um einen fahrdynamischen Fahrzeuglauf im Neigungswechsel zu gewährleisten, werden diese ausgerundet. Diese Ausrundungen müssen umso größer sein, je größer die Achsstände der eingesetzten Fahrzeuge sind. Bei der BD/DR wurden Mindestradien von 2000 m festgelegt, womit alle Zwangspunkte, wie große Achsstände, hohe Geschwindigkeiten und befriedigender Fahrzeugkomfort beherrscht werden. Am Ablaufberg jedoch, wo es auf ein möglichst steiles Kippen im Brechpunkt der Neigung ankommt, darf der Ausrundungshalbmesser auf minimal 300 m verringert werden. Dafür gibt es aber auch einige Fahrzeuge (z.B. Kräne und Spezialwagen), die nicht über den Ablaufberg fahren dürfen. Dieses Verbot ist an den Führerhausseitenwänden der Triebfahrzeuge bzw. an den Längsträgern der Wagen angezeichnet.
In diesem Zusammenhang ist darauf aufmerksam zu machen, das der Neigungswechsel nie mit einem Richtungswechsel zusammenfallen sollte. Die plötzliche Summierung des Neigungswiderstandes mit dem Bogenwiderstand kann zu kritischen Situationen führen, die den sicheren Fahrbetrieb an diesen Stellen stark beeinträchtigen. In der Praxis heißt das, dass Bogenanfang und –ende nie mit einem Neigungswechsel zusammengelegt werden sollten.

Quelle: Beschreibung mit Genehmigung aus Gleisbau auf Modellbahnanlagen vom Transpressverlag, Autoren Georg Kerber und Andreas Stirl

Quelle: Bilder von Thorsten Schaeffer

 
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