Schienen und Wärmeausdehnung

Haus & Garten Handwerk allgemein
#1

Hallo,

Eisenbahnschienen wurden früher mit einer Lücke verlegt, die sich im Sommer duch die Wärmeausdehnung verkleinerte. Deshalb das Ra-ta-ta beim Zugfahren. In Physik-Schulbüchern wird dies auch heute noch oft im entsprechenden Kapitel als Beispiel erwähnt. Mir stellen sich nun drei Fragen:

  1. Heutzutage sind Schienen fugenlos, zumindest bei Schnellstrecken wie denen des ICE. Wie macht man das? Wie fängt man die doch unvermeidliche Ausdehnung bei Wärme auf?

  2. Straßenbahnschienen waren immer schon fugenlos. Zwar ist bei ihnen die Wärmedifferenz geringer, weil sie nicht freiliegen, sondern fest mit dem Straßenbelag verbunden sind, der Temperaturschwankungen nciht so schnell übernimmt. Trotzdem: Zwischen 30° Lufttemperatur in einem heißen Sommer und -30° in einem kalten Winter liegen erhebliche Unterschiede, die sich auch im Straßenbelag bemerkbar machen. Wieso zeigen die Schienen keinerlei spürbare Reaktion?

  3. Gibt es in Ländern mit noch stärkeren Temperaturunterschieden als bei uns (z. B. Russland, wo aus diesem Grund in letzter Zeit mehrfach Dächer von Hallen eingestürzt sind) auch fugenlose Schienen?

Gruß
Peter

#2

Hallo !

Schienen werden bei einer Referenztemperatur von 20 Grad Celsius möglichst spannungsfrei aus 60 m langen Strängen zu einem endlosen Band zusammengeschweißt, damit sie weder im Sommer unter zu große Druck- noch im Winter unter zu große Zugspannung geraten.

Gruß Max

#3

Hallo,

heutzutage werden die Schienen so im Gleisbett fixiert, dass die gesamten Spannungen über die Elastizität des Schienenwerkstoffs abgefangen werden. Die geschieht soweit ich weiß, indem der Schotter des Gleisbetts kompaktiert (festgerüttelt ?) wird. Wenn dieser Vorgang nicht sauber ausgeführt wird, kann es durchaus sein, dass an heißen Tagen die Schiene aus dem Gleisbett springt. Das passiert normalerweise in dem Augenblick, wenn ein Zug drüberfährt. Die dabei auftretenden Vibrationen sind der Auslöser, der die Spannungen zur „Entladung“ bringt. Die Schiene weicht zur Seite/nach oben aus und der Zug entgleist.

Wenn also ein Zug ohne ersichtlichen Grund auf freier Strecke entgleist, kann ein schlecht verlegtes Gleis die Ursache sein.

Gruss, Niels

#4

Hallo,

Da war was im Physikuntericht - wenn ich mich recht erinnere - ich lasse mich auch gerne verbessern wenn es nicht stimmt.

Also…

Die Schienenstücke werden heute so verschmolzen das es praktisch ein langer Schienenstrang gibt. Somit dehnt oder zieht sich die Schiene über die komplette Länge aus.

Das Ausdehnen und das Zusammenziehen wird somit dann an Ende des jeweiligen Schienenstranges aufgefangen. Somit sind keine Dehnungsstellen in der Schiene notwendig.

Schaue Dir mal in einem Kopfbahnhof die Schienenenden an. Die Schienen enden nicht direkt am Bahnsteig, sondern Enden schon ca 1 - 2 Meter vorher. Das ist der Dehungsraum.

Gruß Raumpilot

#5

Hallo,

diese Methode erlaubt jedoch nur Ausdehnungen in kurzen Bereichen. Bei der transsibirischen Eisenbahn ist z.b. der Bahnhof Wladiwostock auf Rollen gelagert, der sich zwischen Sommer und Winter ca. 20km verschieben lässt. Aus dem selben Grund hat die Relation Moskau-Wladiwostock im Winterfahrplan einen niedrigeren Fahrpreis wie im Sommer…

Hans

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#6

diese Methode erlaubt jedoch nur Ausdehnungen in kurzen
Bereichen. Bei der transsibirischen Eisenbahn ist z.b. der
Bahnhof Wladiwostock auf Rollen gelagert, der sich zwischen
Sommer und Winter ca. 20km verschieben lässt. Aus dem selben
Grund hat die Relation Moskau-Wladiwostock im Winterfahrplan
einen niedrigeren Fahrpreis wie im Sommer…

Ich kenne Wladiwostock nicht, aber wie sieht das dann aus?
Im Sommer ist der Bahnhof in der Stadt und im Winter irgendwo davor?
Gibts davon Bilder?

LG
Stuffi

#7

sorry, falsches Brett
…das sollte im Witzebrett landen :wink:

Hans

#8

…das sollte im Witzebrett landen :wink:

Dachte ichs mir doch…
Andererseits wäre das doch ein tolles Thermometer für die Einwohner von Wladiwostock: „Zieh Dich warm an - der Bahnhof ist fort“

LG
Stuffi

#9

Hi,

die Google-suche ergab folgendes:
http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph…

Schönes Wochenende

Klaus

#10

Gute Information!
Hallo Klaus,

danke, das ist ein nachvollziehbarer Hinweis.

Trotzdem habe ich Schwierigkeiten, mir das vorzustellen. 120 m Schiene dehnen sich also bei Erwärmung von nur 30° um 5,4 cm aus. Tatsächlich aber schwanken Temperaturen bei uns im Extremfall zwischen -30° und +40°, in der Differenz also um rund 70°.

Welche Kräfte dadurch bewirkt werden können, zeigt sich ja am Bolzensprenger, der in dem Artikel erwähnt wird. Da gelingt es einem nur 30 cm langen Stahlrohr, ein 1 cm starkes Stück Gusseisen zu zerbrechen.

Ich hätte deahalb eher vermutet, dass man in der Schweißnaht der früher erforderlichen Stoßfuge eine Legierung eingesetzt hätte, die gummiähnlich Längenänderungen hätte abfangen können.

Ist aber offenbar nicht so. Fällt mir zwar immer noch schwer zu glauben, muss ich mich aber wohl dran gewöhnen. :smile:

Schönes Wochenende

Dir auch
Peter

#11

Hi Peter,

stell dir einfach die Schiene als eine lange große Feder vor. Jedes massive Teil verbiegt sich und staucht sich bei entsprechender Belastung. Im Metallbereich gibt es den Zugversuch. Da wird eine kleine Stahlprobe gezogen bis sie einschnürt und abreist. Wird im geringen Ausdehnungsbereich der Versuch unterbrochen, ist die Probe genauso lang wie vorher.

Schönen Sonntag

Klaus