Schiene (Schienenverkehr)

Eine Übersicht der internationalen Schienenprofile hat Charles Couche (1815–1879), Generalinspekteur, Autor und Professor für Bauwesen und Eisenbahnwesen an der Nationalen Schule für Bergbau in einer seiner vielen Abhandlungen über technische Neuerungen zusammengestellt.[3]

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  Fischbauchschiene
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  Profil der Keil­kopf­schie­ne
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  Doppelkopfschiene (2),
  1 = Radrei­fen mit Spur­kranz,
  3 = Schie­nen­stuhl,
  4 = Holz­schwel­le
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  Doppelkopf­schie­nen in Schie­nen­stüh­len ge­hör­ten zu den ers­ten ei­ser­nen Schie­nen­sys­te­men.
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  Querschnitt einer Bar­low-Schie­ne, vor­mals be­nutzt bei der Sydney Railway Company
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  Haarmann­sche Schwel­len­schie­ne, Quer­schnitts­zeich­nung
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  histori­sche Schie­nen­pro­fi­le der Stra­ßen­bahn Leip­zig

Pferdebespannte Kohlebahn auf Winkelschienen, Little Eaton Gangway, England, 1908

John Curr führte 1776 im Steinkohlenbergbau in den Kohlegruben von Sheffield Winkelschienen ein.[4] Diese ersten Schienen hatten den Vorteil, dass Fahrzeuge mit normalen Rädern auf ihnen fahren konnten und nicht allein auf die Schienenführung angewiesen waren. In den ersten Jahren des 20. Jahrhunderts lief die historische Verwendung von Winkelschienen aus. Mit dem Einsatz luftbereifter Spurfahrzeuge hat sie inzwischen eine örtlich begrenzte Renaissance erfahren: Die Wagen der 1989 eingerichteten automatischen Standseilbahn Poma 2000 im nordfranzösischen Laon fuhren auf L-Profilen, sie wurden durch deren seitlich hochstehende Kanten auf diesen Schienen gehalten.

Eine der ältesten Stahlschienenformen überhaupt bestand nur aus dem verdickten Schienenkopf mit der Lauffläche und einem senkrechten Steg zur Versteifung und Befestigung. Die Befestigung bestand aus einer Einspannung in besonders geformte Steinquader. Es handelt sich hierbei also um eine Unterform der Stuhlschiene. Wegen ihrer Querschnittsform wurden diese Schienen auch Kopf-und-Steg-Schienen oder Pilzschienen genannt. Der senkrechte Steg bot nur wenig Durchbiegungswiderstand, sodass im Laufe der Entwicklung auch an der Unterseite der Schiene eine Verdickung angebracht wurde. Diese Entwicklung führte zunächst zu der unten beschriebenen Doppelkopfschiene und später, nach systematischen Versuchen, zu der noch heute gebräuchlichen Vignolschiene.

Wegen der relativ leichten Fahrzeuge hatten frühe Eisenbahnschienen wesentlich weniger Auflagepunkte als heute. Üblich waren Stützpunktabstände von ca. einem Meter. Da es andererseits noch nicht möglich war, lange Schienenprofile zu walzen, wurden vielfach gusseiserne Schienen von einem Meter Länge verwendet. Dies bedeutet, dass diese Schienen nur an ihren beiden Enden auflagen. Mit zunehmenden Radsatzlasten führte dies zu immer größeren Durchbiegungen der bis dahin verwendeten Pilzschienen, die zu unruhigem Fahrzeuglauf und erhöhtem Verschleiß führten.

Fischbauchschiene auf Steinblöcken, Cromford and High Peak Railway, England, 1831

In Anlehnung an das beim Brückenbau geläufige Prinzip des Fischbauchträgers wurde gegen 1789 von William Jessop die Fischbauchschiene entwickelt. Es handelt sich dabei um ein jeweils etwa einen Yard (ca. 91 cm) langes Schienenstück, dessen Höhe an der Unterseite von den Enden zur Mitte hin stetig zunimmt, wodurch ein höheres Durchbiege-Widerstandsmoment erreicht wird. Allerdings ist der Materialverbrauch für Fischbauchschienen relativ hoch; auch lassen sie sich nicht durchgehend walzen. Mit der Einführung kürzerer Stützpunktabstände und der Möglichkeit, längere Schienenstücke zu walzen, wurde diese historische Schienenform aufgegeben.

Schema der Zangenbremse

Keilkopfschienen sind den Vignolschienen sehr ähnlich. Im Gegensatz zu diesen sind die Flanken der Schienenköpfe keil- bzw. trapezförmig abgeschrägt, sodass der Querschnitt des Schienenkopfes nach unten hin abnimmt. Keilkopfschienen kommen vornehmlich bei Bergbahnen zum Einsatz. Als Fahrschienen werden sie beispielsweise bei der Reichenbachfallbahn in Meiringen verwendet, die über eine zusätzliche Zangenbremse verfügen, deren beiderseits am Schienenkopf angreifenden Bremsbacken sich gewissermaßen unverlierbar an der Schiene anklammern. Bei der Pöstlingbergbahn in Linz waren Keilkopfschienen bis zur Erneuerung im Jahr 2009 im Einsatz. Zahnstangen des Systems Strub werden aus Keilkopfschienen mit erhöhtem Kopf gefräst.

Stuhlschienenoberbau mit Doppelkopfschienen auf Betonschwellen in La Barthé-Avezac, Frankreich

Eingebaute Schienen werden nur auf der Innenseite von den Radsätzen angefahren, also einseitig abgenutzt. Zur Erhöhung der Lebensdauer dreht man auf schwach befahrenen Gleisen die Schienen oder tauscht sie gegeneinander aus, sodass die noch intakte Außenkante der Schiene nun innen zu liegen kommt. Mit Doppelkopfschienen sollte die Lebensdauer der Schienen weiter erhöht werden, indem ein symmetrisches Profil mit je einem Schienenkopf an Ober- und Unterseite verwendet und mittels Schienenstühlen befestigt wurde. Somit erhielt man vier Einbaumöglichkeiten, indem die beiden Schienenköpfe nacheinander als Lauffläche genutzt und zusätzlich die Schienen nach dem beschriebenen Verfahren gegeneinander getauscht wurden. Die Erfahrungen zeigten[5] jedoch, dass die Schienen mit dem damaligen Material schon brüchig wurden, bevor sie zur mehrmaligen Nutzung gedreht werden konnten.

Später wurden auch Varianten der Doppelkopfschiene entwickelt, die zwar nicht mehr gewendet werden konnten, weil der Kopf auf einer Seite abgeflacht war, sich aber trotzdem in den vorhandenen Schienenstühlen für Doppelkopfschienen einbauen ließen. Diese im Englischen als Bull Head Rail, also „Stierkopfschiene“ bezeichneten Schienen waren weit bis ins 20. Jahrhundert hinein die Standardschienen in Großbritannien, sie sind auf geringbelasteten Strecken in Großbritannien, Irland und Frankreich und selbst auf Teilstrecken von London Underground noch immer im Einsatz.[6]

Im Jahr 1835 erfand Strickland die Brückschiene mit einem Querschnitt ähnlich einem senkrecht durchschnittenen Hut. Sie wurde meist auf Langschwellen verlegt, später auch Brunel-Schiene genannt nach dem Ingenieur Isambard Kingdom Brunel, der sie 1836 in großem Umfang bei der Great Western Railway verwendete.[7]

Eine weiter entwickelte Form konzipierte 1849 William Henry Barlow – die gewalzte Barlow-Schiene mit ebenfalls hutförmigem Querschnitt, jedoch erheblich verstärkter Lauffläche. Sie war zudem eine Sattelschiene, die ohne Schwellen direkt in der Bettung verlegt wurde. Seaton schuf 1856 eine Sattelschiene, die auf einer dreikantigen Holzlangschwelle gelagert war.[7]

August Haarmann entwickelte ein Konzept von einem längs symmetrisch zweigeteilten Schienenprofil mit unterhalb quer zur Längsrichtung angebrachten T-Eisen„schwellen“. Mit der Längsteilung sollten an den Schienenstößen durch geringfügig überlappenden Zusammenbau ein ruhigerer Lauf der Schienenfahrzeuge ermöglicht werden. Von Haarmann stammen auch die aus zwei bis drei Einzelprofilen zusammengesetzten Zwillings- und Drillingsschienen, die vor der Einführung von einteilig gewalzten Rillenschienen in Straßenbahnnetzen verwendet wurden.

Entwicklung der Schienenprofile der Niederschlesisch-Märkischen Eisenbahn 1842–1867

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts setzte sich bei den meisten Bahnen der heute übliche Querschnitt mit verstärktem Kopf und breitem Fuß durch. Zunächst beschafften die meist privaten Bahngesellschaften Schienen nach eigenen Maßvorgaben bzw. aus dem Angebot der Walzwerke, die kaum mit den Schienen der benachbarten Bahnen austauschbar waren. In einer Übersichtstabelle aus dem Jahr 1871 sind allein bei den deutschen Bahnen 50 Schienenvarianten unterschiedlichster Abmessungen und Materialqualitäten aufgelistet. Die Schienenlängen lagen seinerzeit meist zwischen 6,00 und 7,00 m.[8]

Nachdem die Bedeutung der Eisenbahnen als militärisches Transportmittel erkannt wurde, wurden erste Vorgaben zur Standardisierung aufgestellt. Gleichzeitig setzten in Deutschland Verstaatlichungsbestrebungen ein, um eine Kontrolle über die Eisenbahnen zu erlangen. Das bei der Niederschlesisch-Märkischen Eisenbahn 1867 eingeführte Regelschienenprofil mit einer Metermasse von 36,96 kg/m[9] wurde bei weiteren Bahnen eingeführt, die unter preußischem Einfluss standen.

Die Konzentrationsprozesse wurden nach der Reichsgründung 1871 und insbesondere nach dem Gründerkrach 1873 weiter vorangetrieben.[10] Die Schienenprofile wurden bei den größeren Bahngesellschaften nach Belastungsklassen standardisiert und schrittweise verstärkt.

Die Tabelle zeigt anhand einer Auswahl die Entwicklung preußischer Schienenprofile[11][12] ab 1867 bis zum Regelprofil der Deutschen Reichsbahn S 49 in den 1920er Jahren.

Bei den preußischen Schienenprofilen gab es Varianten mit verstärktem Steg zum Einsatz in Tunneln, auf Brücken und im preußischen Blattstoß (überlappender Stoß).

Die Materialqualität wurde durch die Verwendung von Bessemer- oder Martin-Stahl verbessert. Außerdem wurde die Schienenlänge mehrfach auf Standardlängen wie 9, 12 oder 15 m vergrößert, um die Anzahl der Schienenstöße zu reduzieren.[13][14][15]

Zur Anpassung an die zur Selbstzentrierung im Gleis konischen Laufflächen der Räder stehen die Schienen im Gleis in der Regel zur Gleismitte hin geneigt. Diese Neigung wird entweder in die Unterlagsplatten oder in die Schwellen eingearbeitet. In der Vergangenheit betrug das europäische Regelmaß dieser Neigung, angepasst an langachsständige Zwei- und Dreiachser, 1:20. Bei Drehgestellfahrzeugen hat sich eine geringere Konizität der Radlaufflächen als günstiger für Verschleiß und Laufruhe erwiesen. Aufgrund ihres zunehmenden Anteils am Fahrzeugbestand wurde die Regelneigung der Schienen etwa seit den 1960er Jahren, gleichzeitig mit der Einführung schwerer Schienenprofile, auf 1:40 verringert. Oberbauarten mit Betonschwellen oder schwereren Schienen als S 49 wurden in der Regel von vornherein mit einer Neigung von 1:40 entwickelt. Gleise mit 1:20 geneigten Schienen finden sich in Deutschland nur noch in Nebengleisen und auf Nebenbahnen mit geringer Belastung und langer Liegedauer des Oberbaues.

Senkrecht stehende Schienen und zylindrische Radreifen gibt es bei einigen Straßenbahnnetzen. Zur Bauzeit war man der Meinung, dass die Selbstzentrierung durch den Sinuslauf aufgrund des geringen Spurspiels und der engen Bogenradien ohnehin kaum wirkt. Ein bekanntes Beispiel für senkrecht stehende Schienen und zylindrische Radreifen ist das Netz der U-Bahn Berlin. Im Betrieb stellt sich allerdings ein konisches Verschleißprofil ein.

In Weichen und Kreuzungen und bei kurzen Gleisstücken bis 40 Meter zwischen Weichen stehen die Schienen insbesondere zur Vereinfachung der Konstruktion und zur Vermeidung von mehrfachen Neigungswechseln senkrecht. Bei einigen neueren Weichenkonstruktionen ist die Neigung in die Fahrfläche der Schienen eingearbeitet. Zwischen Gleisen mit senkrecht stehenden und 1:20 geneigten Schienen baut man Übergangsschwellen mit der Neigung von 1:40 ein.

Standardprofil UIC 60

Standard-Schienenprofile mit Maßen

Im Bereich der Deutschen Bahn AG werden heute in der Regel drei Schienenprofile verwendet. Mit einer Metermasse von 49 kg/m ist das Profil S 49 (heutige Bezeichnung: 49E5) das leichteste. Es war das Regelprofil der Deutschen Reichsbahn und ihrer Nachfolger von 1922 bis 1963. Es ist noch auf vielen Strecken vorhanden, wird aber nur noch für weniger belastete Gleise eingebaut. Für Schmalspurbahnen, in Straßen- und U-Bahn-Netzen wird dieses Profil ebenfalls verwendet. Das Standardprofil S 54 (heutige Bezeichnung: 54E4) mit 54 kg/m findet man auf Hauptstrecken und Bahnhofsgleisen. Es entstand durch Verstärkung des Profils S 49, vor allem bei der Schienenkopfhöhe und der Stärke des Schienenfußes, und war ab 1963 das Regelprofil der Deutschen Bundesbahn. Beide Profile weisen mit 125 Millimetern dieselbe Fußbreite auf und sind dadurch weitgehend gegeneinander austauschbar. Das Profil UIC 60 (heutige Bezeichnung: 60E2) wiegt 60 kg/m und wird seit 1970 in der Regel für hochbelastete Strecken verwendet, sowohl für hohe Achs- und Zuglasten als auch für hohe Geschwindigkeiten. Die Fußbreite dieses Profils beträgt 150 Millimeter. Ein weiteres von der UIC genormtes Profil, UIC 54, ist dem deutschen Profil S 54 vergleichbar und wird vor allem im europäischen Ausland eingesetzt (z. B. in Spanien und den Niederlanden). Dieses Profil weist eine Fußbreite von 140 Millimetern auf, es erfordert deshalb besondere Unterlagen oder Schienenaufnahmen.

Im Netz der Deutschen Reichsbahn in der DDR wurde für hohe Lasten das sowjetische Profil R 65 mit 65 kg/m eingebaut. Durch die Fußbreite von 150 Millimetern sind die Profile UIC 60 und R 65 ebenfalls im liegenden Gleis gegeneinander austauschbar. Das der deutschen S 49 vergleichbare Profil R 50 wurde vor allem in Straßenbahnnetzen, aber beispielsweise auch bei der Windbergbahn nach Dresden-Gittersee benutzt. Für Schmalspurstrecken wurde in den 1960er Jahren letztmals das Profil S 33 mit 33 kg/m gewalzt. In U-Bahn-Netzen ist weiterhin das Profil S 41 üblich, das einer Schiene S 49 mit verringerter Kopfhöhe entspricht. In Nebengleisen und Anschlüssen sind auch noch aus der Länderbahnzeit stammende Schienenprofile wie Form 8 vorhanden.

In den USA wird das Profil 140-RE (70 kg/m) für stark belastete Strecken eingebaut.

Elektrische Übergangsschweißung zwischen R 50 (links) und S 49 (rechts)

Beim Wechsel des Schienenprofils im Gleis werden insbesondere bei Umbauten industriemäßig durch Abbrennstumpfschweißen hergestellte Übergangsschienen eingebaut. Beim Schienenwechsel im Rahmen der Instandhaltung und wenn Übergangsschienen nicht erhältlich sind, beispielsweise zwischen R 65 und UIC 60, müssen die unterschiedlichen Profile mit aluminothermischen Übergangsschweißungen verbunden werden. Ist das aus Platzmangel, beispielsweise in Kreuzungsweichen oder weil es keine entsprechenden Schweißformen gibt, nicht möglich, müssen die Schienenenden durch Lichtbogenhandschweißen verbunden werden. In vielen Straßenbahnnetzen ist das Lichtbogenschweißen das Regelverfahren. Kropf- und Übergangslaschen sind nur noch bei Bauzuständen und zum vorübergehenden Sichern von Schienenbrüchen zulässig. Sind die zu verbindenden Profile geometrisch zu unterschiedlich, müssen mehrere Übergangsschienen bzw. -schweißungen hintereinander vorgesehen werden.

Für Weichen wird möglichst dasselbe Schienenprofil wie für die anschließenden Gleise verwendet, bei unterschiedlicher Belastung beider Stränge das des höher belasteten. Die Weichenzungen bei Weichen deutscher Bauart werden aus besonderen, asymmetrischen und in der Höhe verringerten Zungenschienenprofilen hergestellt.

Schienenpaar mit unterschiedlichen Walzzeichen. Vorne alte Reihenfolge; Hersteller (Krupp), Jahr und Monat (03.1988), Profil (UIC 60), Stahlgüte (R320Cr) hinten neue nach EN 13674-1; Hersteller (voestalpine Schienen Donawitz), Stahlgüte (R350LHT), Jahr (2002), Profil (EN 60 E1)

Profil einer Vignolschiene mit Rippenplatte (Oberbau Ks)

Schienenbefestigung bei Oberbau W mit Schwellenschraube, Spannklemme und Winkelführungsplatte

Letztlich hat sich die um 1830 von dem US-Amerikaner Robert Livingston Stevens entwickelte Breitfußschiene durchgesetzt, die später Verbesserungen durch den Engländer Charles Vignoles erfuhr, nach dem sie benannt wird. Sie besteht aus einem breiten, flachen Fuß, mit dem sie üblicherweise mit Klemmplatten oder Spannklemmen auf den Schwellen befestigt wird. Darauf steht senkrecht ein schmaler Steg, der an seinem oberen Ende den Schienenkopf trägt, der wiederum die Laufbahn für die Räder bildet. Im Bereich der Deutschen Bahn wird heute vorwiegend das Schienenprofil S 54, auf Abschnitten mit hoher Belastung UIC 60 eingesetzt. Dieses unterscheidet sich von älteren Bauformen durch eine stärker gewölbte Lauffläche und einen höheren Steg.

Um Verwechslungen und falsche Verwendungen zu vermeiden, wird in den Steg des Schienenprofils eine definierte Kennzeichnung mit Buchstaben und Ziffern mit aufgewalzt. Die aktuelle EU-Normvorgabe für dieses Walzzeichen ist beim Stand von 2024 die DIN EN 13674-1:2017-07 (D). Ältere Formen der Kennzeichnungen waren teilweise rein herstellerspezifisch.

Vignolschienen werden auf den Schwellen meist unter Zwischenlage von Unterlags- oder Rippenplatten befestigt, die einerseits den Schienenfuß tragen und seitlich führen sowie zur Schwelle hin die Bohrungen und Aussparungen für die Befestigungsschrauben bzw. Federelemente bereitstellen. In der Vergangenheit und bei einfachen Verhältnissen wurden die Auflager bei der Oberbauform Hs einfach in die Oberfläche von Holzschwellen eingehobelt und die Schienen mit Schwellenschrauben befestigt. Fortschritte bei der Betonherstellung ermöglichten bei der Oberbauform W wieder den Verzicht auf Unterlagsplatten.

Eine zweite Variante der Vignolschiene ist die Kranschiene. Es gibt unterschiedliche Arten von Kranschienen:

Form A und F nach DIN 536: diese sind im Vergleich zu den bei der Eisenbahn eingesetzten Schienen niedriger und haben einen dickeren Steg, um der stärkeren Belastung standzuhalten. Sie werden üblicherweise auf einem durchgehenden weiteren Träger, speziell einer Stahlunterlage, montiert, was als „kontinuierliche Lagerung“ bezeichnet wird.

Vignolschienen werden in Ausnahmefällen auch als Kranschienen verwendet und dabei oft mit Rippenplatten auf Schwellen befestigt, was als „diskontinuierliche Lagerung“ bezeichnet wird. Die diskontinuierliche Lagerung wird hier als sehr schadensanfällig betrachtet.

Schwere Sonderprofile überwiegend mit der Bezeichnung MRS sind nicht genormt und werden bei hohen Belastungen eingesetzt. Hier gibt es mittlerweile eine „moderne Variante“: die Schiene AS 86. Sie wurde aus einem Profil MRS 87a (mit ebener Radlauffläche) so weiterentwickelt, dass durch die Kopfausrundung, analog Form A, die Krafteinleitung möglichst weit zur Kopfmitte verlagert wird.

Rillen­schiene der Berliner Verkehrsbetriebe

Der Linzer Straßen­bahn­tunnel ist mit Rillen­schienen aus­gestattet, damit Rettungs­fahr­zeuge in den Tunnel ein­fahren können

Ulm: Rillen­schienen samt großem Gleis­abstand ermöglichen im Störungs­fall einen problem­losen Schienen­ersatz­verkehr auf dem Gleis­körper der Straßen­bahn

Übergangs­schweißung zwischen Rillen- und Normalschiene (Strecke Münster–War­stein bei Enniger)

Ausgleisen eines Zwei­wege­fahr­zeuges auf einem Bahn­über­gang

Die Rillenschiene ist eine insbesondere für Straßenbahngleise verwendete Sonderform der Breitfuß- oder Vignolschiene. Ihre Besonderheit ist die in den Kopf eingewalzte Rille, die unabhängig vom Zustand des bis zur Schienenoberkante reichenden Straßenbelags immer einen freien Kanal für den Spurkranz gewährleistet.
Im Gegensatz zu den Vignolschienen ohne Rillen werden Rillenschienen nicht nur auf Schwellen in einer Schotterbettung, sondern oft auch auf betoniertem Untergrund verlegt und in ihm verankert. Der Schienenfuß ist dafür breiter (üblicherwiese 180 mm) als bei rillenlosen Schienen. Eine Sonderform des Rillenschienenoberbaues auf Beton ist die sogenannte Großverbundplatte, ein vor Ort nur noch abzulegendes vorgefertigtes Gleisjoch (inklusive Straßenbelag).

Der Rillenkopf dient im Wesentlichen nur dem Anschluss an den Straßenbelag. Das ist vor allem wichtig, wenn das Rillenschienengleis durch schwere Straßenfahrzeuge, die die Kante des Straßenbelags beschädigen würden, überfahren wird. In engen Bögen stellt sich durch den Verschleiß nach einiger Zeit zusätzlich eine Rückflächenführung auf der bogeninneren Seite der Rille ein. Zur Erhöhung der Liegedauer werden in Bögen deshalb Schienen mit dickerem Rillenkopf verlegt.
In den meisten Straßenbahnnetzen werden aufgrund der historischen Entwicklung schmalere Spurkränze und Radreifen benutzt; die Rillenweite der Schienen beträgt etwa 40 mm. In Eisenbahnnetzen verwendet man breitere Spurkränze und Radreifen; die Rillenweite von Eisenbahn-Rillenschienen beträgt etwa 60 mm.

Zur Ableitung von Oberflächenwasser sind bei Rillenschienen, die im Fahrbahnbelag eingebaut sind, in regelmäßigen Abständen Entwässerungsöffnungen und Wasserkästen vorhanden. Die Öffnungen werden erst nach Einbau der Schiene geschaffen. Das Säubern des Spurkanals von anderem Schmutz oder Sand wurde früher von Hilfsarbeitern erledigt, den sogenannten Ritzenschiebern. Heute erfolgt dies maschinell mit Schienenreinigungsfahrzeugen.

In der Vergangenheit war es bei vielen Straßenbahnbetrieben auch üblich, Rillenschienen auf offenem Querschwellenoberbau einzubauen. Gründe dafür waren einerseits die in der Regel besser an das Straßenbahnradreifenprofil mit kleinerem Ausrundungsradius zwischen Lauffläche und Spurkranzflanke angepasste Geometrie der Fahrkante und zum anderen der Verzicht auf die wegen der unterschiedlichen Höhe und Lage des Schienensteges aufwändigen Übergangsschweißungen zwischen Rillen- und Normalschienen. Besonders lange wurde nicht eingedeckter Rillenschienenoberbau in Bögen eingebaut. Man nahm an, dass die sich verschleißbedingt einstellende Rückflächenführung an der bogeninneren Schiene, vergleichbar mit Leitschienen bei Eisenbahnen, die Laufsicherheit verbessern würde. Diese Vermutung bestätigte sich jedoch nicht, abgesehen von sehr engen Bögen beispielsweise in Wendeschleifen.

Manche Eisenbahnverkehrsunternehmen fügen in ihre Strecken Eingleisstellen ein und verlegen auf diesen kurzen Abschnitten Rillenschienen. Zur Vermeidung des Wechsels zwischen Schienen ohne und mit Rillen – vor allem bei Versatz des Schienensteges – gibt es für derartige Abschnitte an rillenlose Schienen anschraubbare Zusatzprofile, oder es werden am Rand vertiefte Beton- oder Gummistreifen, die auch bei Bahnübergängen verwendet werden, neben den rillenlosen Schienen verlegt.

Mitunter werden Rillenschienen auch in Bereichen eingebaut und eingedeckt, wo im Regelfall kein Individualverkehr auf dem Gleiskörper stattfindet. Jedoch kann dieser im Notfall von Rettungsfahrzeugen befahren werden, was insbesondere bei Tunnelstrecken von Vorteil sein kann. Des Weiteren kann auf solchen Abschnitten leichter ein Schienenersatzverkehr mit Omnibussen eingerichtet werden, außerdem können havarierte Schienenfahrzeuge dort auch von Straßenfahrzeugen abgeschleppt werden. Genauso kann bei Rillenschienenabschnitten auch die Schneeräumung mit Straßenfahrzeugen erfolgen, außerdem entfällt die Vegetationskontrolle, das heißt die Unkrautvernichtung mit Chemikalien.

Stillgelegte und verfüllte Rillenschienen der Straßenbahn Kassel

Generell besteht bei Rillenschienen durch potentielle Fremdkörper in der Rille eine erhöhte Entgleisungsgefahr gegenüber Normalschienen. Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist die Sturzgefahr für Radfahrer, insbesondere wenn die Schienen im spitzen Winkel gequert werden müssen oder nass sind. Aus diesem Grund werden stillgelegte Rillenschienenabschnitte oft provisorisch mit Gummi oder Zement verfüllt, bevor die Schienen später ausgebaut werden.

Rillenschienen werden auch vom Straßenverkehr abgenutzt. Der Einbau im Straßenbelag fördert durch eindringendes Oberflächenwasser die Korrosion sowohl des Schienenprofils als auch der Befestigungsmittel. Eingedeckte Rillenschienen müssen also häufiger ausgetauscht werden als nicht eingedeckte oder Schienen ohne Rillen. Der Austausch verursacht Behinderungen des Straßenverkehrs und macht die Wiederherstellung der Fahrbahndecke nach Abschluss der Gleisbauarbeiten erforderlich.

Im Winter kann Schnee die Rillen verstopfen, besonders dann, wenn der Schnee durch andere Verkehrsteilnehmer in die Rille geschoben und dort zusammengepresst wird. Eingedeckte Abschnitte müssen daher im Winter häufig durch sogenannte Spurfahrten freigehalten werden, während nicht eingedeckte Streckenabschnitte erst bei deutlich größeren Schneehöhen geräumt werden müssen.

Da Rillenschienen eine Gefahr für Fahrradfahrer darstellen, gibt es Schienen mit Gummifüllung, die verhindern sollen, dass Radfahrer in die Rille geraten und stürzen. Sie werden von den Basler Verkehrs-Betrieben bis Ende 2022 getestet. Allerdings können sie von manchen Schienenfahrzeugen nicht befahren werden, die zu leicht sind, um den Gummi in die Rille zu pressen.[16][17]

Lagekorrekturen von eingedeckten Abschnitten, vergleichbar mit Stopf- und Richtarbeiten beim Schotteroberbau, sind in eingedeckten Rillenschinengleisen nur aufwändig und nicht ohne Ausbau der Fahrbahndecke mit Sperrungen für den Straßenverkehr möglich.

Nachdem bereits 1832 die weltweit erste Straßenbahn in New York verkehrte, ergab sich das Problem, dass die Schienenköpfe der Vignolschienen aus der Fahrbahn herausragten und die übrigen Verkehrsteilnehmer behinderten. Für die erste Straßenbahn Europas, die Straßenbahn Paris, meldete hingegen der Ingenieur Alphonse Loubat 1852 ein Patent auf U-förmige und in der Fahrbahn versenkte Schienen an, die auf Langschwellen aufgenagelt ohne Überstand in die Fahrbahn eingebaut werden konnten. George Broca, der Direktor der Tramways du Nord in Paris, erfand und patentierte 1876 eine stählerne Straßenbahn-Rillenschiene mit flachem Fuß, die in Walzwerken hergestellt werden konnte.[18][19][20]

Vor der Erfindung der Rillenschiene als Einzelprofil wurden häufig zwei Vignolschienen mit Futterstücken nebeneinander verschraubt (Haarmann-Schiene, vergleichbar mit der noch für Überwege genutzten Bauart Lindau), oder ein spezielles Winkelprofil (Spurrillenschiene) wurde seitlich an einer Vignolschiene angeschraubt. Auch heute kommt diese Verfahrensweise teilweise zur Anwendung. Für Schienen S 49 und S 54 werden solche Profile noch gewalzt.

Die ersten einteiligen Rillenschienen wurden im Jahr 1880 bei der Phönix AG in Ruhrort für die Straßenbahn der Stadt Plymouth gewalzt. Durch die ungeschickte Formulierung des Phönix-Patentes nahmen nach und nach auch andere deutsche Stahlwerke wie die Gesellschaft für Stahlindustrie in Bochum 1884 und der Hörder Verein 1887 nach leicht abgewandelten Walzverfahren die Fertigung auf. Erst nach 1900 gelang es auch ausländischen Walzwerken, Vignol-Rillenschienen herzustellen.[21] Nach dem ursprünglichen Hersteller wurde dieses Schienenprofil auch Phönixschiene genannt.[22]

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  Frühe Ril­len­schie­ne nach dem Sys­tem Lou­bat
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  Querschnitt ei­ner Ril­len­schie­ne der Ber­li­ner Ver­kehrs­be­trie­be
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  Straßenbahn­gleis mit Ril­len­schie­nen auf Be­ton­un­ter­grund währ­end Er­neuer­ungs­arbeit­en
• 
  Vorrichtung zur Ent­wäs­se­rung ei­ner Ril­len­schie­ne, links im Bau, rechts in ein­ge­bau­tem Zu­stand
• 
  Warnhin­weis für Rad­fah­rer in Not­ting­ham

Fahrbahn des VAL-Bahnsystems

Der Einsatz von luftbereiften Fahrzeugen führte teilweise zu neuartigen Fahrbahnanlagen mit ebenfalls neuartigen Führungs- und Gleiswechselsystemen.

Sattelbahnen benutzen als Fahrweg Betonbalken mit seitlicher und mittiger Spurführung. Für die seitliche Spurführung genügen senkrecht angebrachte Flachstahlbänder, die die Spurführungskräfte auf seitlich am Fahrzeug angebrachte waagerechte Führungsrollen übertragen. Sofern die seitliche Spurführung nicht auch für die Energiezufuhr herangezogen wird, können hierfür auch Holz- und Betonbalken verwendet werden.
Das seltenere System der mittigen Spurführung wird bei Fahrzeugen verwendet, die auch am allgemeinen Straßenverkehr teilnehmen (z. B. Tramway de Nancy). In diesem Fall wird in den Fahrbahnbelag eine Rille gefräst, in die besonders geformte (meistens U-förmige) Schienen eingelassen werden, in die der Führungszapfen des Fahrzeuges eingreift. Ähnlich ist die Führungsschiene bei Leitschienenbahnen wie Translohr oder Neoval aufgebaut, doch hat ihr Kopf einen sechseckigen Querschnitt und die je zwei um etwa 45° geneigten Leiträder umfassen diesen Schienenkopf seitlich. Beim ursprünglichen System Véhicule automatique léger sind die in diesem Fall doppelten Leitschienen nur im Weichenbereich vorhanden. Ansonsten werden die Wagen durch die beidseitigen, senkrecht stehenden Leitschienen geführt, die zusätzlich als Stromschienen genutzt werden und deshalb isoliert aufgehängt sind.

Hängend geführte Kabinenbahnen wie die Wuppertaler Schwebebahn nutzen meist stählerne Schienen, auf denen die Räder laufen, die Schienen ihrerseits sind wieder an Traggestellen oder Betonbalken aufgehängt.

Ab 1770 wurden gusseiserne Schienen auf Steinblöcken verlegt, so erstmals bei der Derby Canal Railway in England.[23] Der Engländer Ralph Allen erfand in den 1730er Jahren den einseitigen Spurkranz, der die Wagen sicher auf dem Gleis führt. Nach anderen Angaben wurde der Spurkranz jedoch erst 1789 eingeführt.[24]

Mit Einführung der Spurkranzräder wurden Schienen mit pilzförmigem Querschnitt mit und ohne untere Verstärkung des Steges verwendet. Die kurzen, gusseisernen Schienen konnten nur ein sehr mangelhaftes, für größere Raddrücke (wie sie die in der Entstehung begriffenen Lokomotiven erforderten) ungeeignetes Gleis bilden. 1820 gelang es John Berkinshaw in Durham, Schienen durch Walzen zu erzeugen, sie damit also aus haltbarerem Material und in großen Längen (damals 15 Fuß engl.) herzustellen.[24]

„Die Querschnittform blieb zunächst noch die gleiche Pilzform und die Unterstützung ebenfalls dieselbe mit gusseisernen Schienenstühlen auf Steinwürfeln. Seltsamerweise glaubte man, auch von der Fischbauchform in Längsrichtung nicht abweichen zu dürfen und walzte mit vieler Mühe die Wellenschiene. So sind diese gewalzten Schienen zuerst auf einem Teil der kleinen Bahn Stocton-Darlington [sic!] (1825) und auf der ersten großen Lokomotivbahn, Liverpool-Manchester (1826–1830), verlegt worden.“ (Meyers Konversationslexikon, 1905[24])

Mitte des 19. Jahrhunderts erfolgte der Übergang zu den wesentlich länger haltbaren Stahlschienen. So lieferten Vorläufer der VÖEST ab 1850 erste Schienenköpfe aus Schweißeisen, ab 1857 Robert Forester Mushet die ersten Stahlschienen (Bessemerverfahren), ab 1862 Alfred Krupp Stahlschienen (Bessemerverfahren) und ab 1869 Vorläufer der voestalpine erste Schienen aus SM-Stahl (Siemens-Martin-Verfahren).[25][26][27]

Eisenbahnschienen werden aus qualitativ hochwertigem Stahl gewalzt, wozu etwa zehn Walzdurchgänge erforderlich sind. Die Schienen werden dann gegebenenfalls noch einer Kopfhärtung unterzogen. Diese besteht in einem Abschrecken aus der Walzhitze durch Tauchen in ein Härtebad oder induktives Aufheizen und anschließendes Pressluftkühlen des Schienenkopfes. Nach dem Walzen werden die Schienen in einem entsprechend langen Kühlbett als Ganzes gleichmäßig und kontrolliert abgekühlt; dabei entstehende Abweichungen vom geraden Verlauf werden durch kaltes Richten auf einer Rollenrichtmaschine unter hohem Druck beseitigt, im Fachjargon auch „Bügeln“ genannt.[28]

Anschließend erfolgt die Qualitätskontrolle jeder einzelnen Schiene; sie wird jeweils auf Geradheit, korrekte Oberfläche und inneren Zustand hin geprüft. Die hohe Ausgangsqualität des verwendeten Stahls ermöglicht eine direkte Wiederverwertung des Ausschussmaterials. In der Endbearbeitung erfolgt schließlich das Sägen auf die gewünschte Länge sowie evtl. auch das Bohren sog. „Laschenlöcher“. Üblich ist die Lieferung Just in time (JIT) auf die entsprechende Baustelle.[28]

Schienen können eine lange Lebensdauer haben. Foto einer Schiene von Blaenavon Steel von 1885 aus dem Jahr 2005.

Langschienen zum Bahntransport werden entweder gleich mit einer Länge von 120 Metern gefertigt oder im Werk aus zwei bis vier Teilstücken zu Langschienen verschweißt. Weitere Schweißungen bis hin zu 360-m- oder sogar 500-m-Stücken sind möglich. Bei Lieferungen per Schiff nach Übersee ist die Schienenlänge auf 60 Meter begrenzt. Die Langschienenlogistik erfordert lange Spezialwagengespanne (»Langschieneneinheiten«) sowie mehrere parallel arbeitende Kräne. Vorteilhaft ist die Minimierung der teuren Schweißarbeiten vor Ort im Baugleis nach dem Thermitschweißverfahren oder dem Abbrennstumpfschweißverfahren und der für die Nahtstellen (sog. „Schienenstoß“) nötige Wartungsaufwand.[28] 30-m-Langschienen waren ab 1928 bei der Deutschen Reichsbahn üblich, um 1930 waren ferner 60-m-Langschienen in Erprobung.[29]

Schienen für enge Bogenradien (z. B. unter 300 m oder als Weichenteile), die nicht vor Ort in die Krümmung gelegt werden können, werden im Werk auf einer Dreirollenmaschine vorgebogen.

Waren früher Bahnschienen ein Standardprodukt fast aller Walzwerke, sind die Qualitätsanforderungen inzwischen so hoch, dass es nur noch wenige spezialisierte Schienenwerke gibt. Hohe Stahlqualität, geringe Walztoleranzen und Wirbelstrom-Oberflächenprüfung aller Schienen sind selbstverständlich geworden. Das größte Schienenwalzwerk Europas (in Donawitz, Österreich) gehört zu Voestalpine. Der letzte in Deutschland verbliebene Produzent, TSTG Schienen Technik gehörte ebenfalls zur Voestalpine AG und wurde Ende 2013 geschlossen.[30] Bis 2011 existierte auf dem deutschen Markt ein Preiskartell, das sich als Schienenfreunde bezeichnete.

2012 wurden weltweit 9,1 Millionen Tonnen Schienen produziert, darunter 1,5 Millionen Tonnen in Europa.

Schienenwalzwerke:

• Voestalpine: Leoben-Donawitz[31]
• Moravia Steel: Třinec (Tschechien)[32]
• Tata Steel (bis 1. Juni 2016[33]): Usine Saint Jacques Hayange (Frankreich),[34] Scunthorpe (Großbritannien)
• ArcelorMittal: Steelton (USA), Gijón (Spanien), Ostrava (Tschechien), Rodingen (Luxemburg), Dąbrowa Górnicza und Chorzów (Polen)[35]
• Evraz: NTMK/Nischni Tagil, NKMK/Nowokusnezk, Pueblo (USA)[36]
• Kardemir: Karabük (Türkei)[37]
• Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation: Yawata, Kitakyūshū[38]
• JFE: West Japan Works[39]
• Panzhihua Iron and Steel: Panzhihua (China)[40]

Zur genaueren Bezeichnung wird in Deutschland die Metermasse des Profils verwendet. Die bayerische Ludwigs-Eisenbahn von Nürnberg nach Fürth (1835) verwendete ein Profil von 12 kg/m. Nach 1920 begann der Einbau von Schienenprofilen mit 49 kg/m (S 49). Die aktuell bei der Deutschen Bahn AG verwendeten Profile werden weiter oben in diesem Artikel näher beschrieben. Im Bereich der OSShD (Osteuropäischer Eisenbahnverband) waren auch Profile mit 65 kg/m (R 65) üblich.

Straßenbahn-Betriebe bauen auf eigenem Gleiskörper aufgrund geringer Belastung meist ein S-41-Profil ein, die Bahnbetriebe in Tagebauen aufgrund der hohen Belastung das Profil S 64. Besonders bei Schmalspurbahnen kommen aber auch heute noch neben dem Profil S 49 das leichtere Profil S 33 mit 33,5 kg/m oder teilweise sogar noch Profile aus der Länderbahnzeit (z. B. Va in Sachsen) zum Einsatz.

Der Vorteil leichter Schienenprofile liegt zum einen in der Materialersparnis, zum anderen jedoch darin, dass bei starken Schwankungen der Temperatur die Kräfte infolge Wärmeausdehnung geringer sind. Dies wirkt sich insbesondere in engen Gleisbögen aus, wo es bei starken Temperaturschwankungen zu Gleislagefehlern kommen kann. Ihre Nachteile sind die geringere Tragfähigkeit und das geringere Widerstandsmoment.

Schienen werden generell auch nach ihrer Güte klassifiziert, die als Zugfestigkeit in N/mm² gemessen und mit dem Hersteller, der Profilbezeichnung und dem Walzjahr in die Schiene eingewalzt wird. Üblich sind Güten von 700, 800 oder 900. In Einzelfällen wurden auch Schienen mit 1000er, 1100er oder sogar 1400er Güte hergestellt. Mit höherer Zugfestigkeit nimmt allerdings nicht nur die Verschleißfestigkeit zu, sondern die Bruchgefahr steigt ebenfalls an.