Alle einsteigen bitte, Zug fährt ab!
Hast du dich schon einmal gefragt, worauf genau so ein Zug eigentlich fährt und was dahintersteckt? Wir gehen dieser Frage Tag für Tag nach – und entdecken immer wieder etwas Neues. Im Schienenwalzwerk der voestalpine Rail Technology GmbH werden die weltweit längsten Schienen aus Stahl mit einer Länge von bis zu 120m hergestellt. Durch die Herstellung so langer Schienen sind weniger Verbindungsstellen auf langen Wegstrecken notwendig. Jede Verbindung (Schweißnaht) bedeutet gleichzeitig mehr Schweißarbeit und birgt daher immer wieder neue Schwachstellen in der Schiene.
voestalpine
Fast kaum jemand macht sich Gedanken darüber, wie viele verschiedene Schienentypen es gibt und welchen unterschiedlichen Belastungen und Anforderungen Schienen ausgesetzt sind. Einige Beispiele sind in in den obigen Bildern zu sehen. Die Bandbreite reicht von Straßenbahnen im Stadtverkehr über Regionalzüge bis hin zu Schwerlastzügen, die beispielsweise Erze unter schwierigsten Bedingungen transportieren.
Schienen müssen dem ständigen Be- und Entlastung durch die Räder mit Achslasten von mehreren Tonnen standhalten, und das nicht nur ab und an, sondern mehrmals täglich und das für Jahre! Daher erfordern Schienenstähle im Vergleich zu anderen konventionellen Stählen eine besondere Behandlung im Stahl- und Walzwerk. Im Stahlwerk liegt bei diesen Stählen der Fokus auf einer hohen Reinheit. Im anschließenden Walzwerk wird das Vormaterial zur Schiene umgeformt und nochmals das Gefüge, also die Struktur im Inneren des Werkstoffes, genau eingestellt.
Der Werkstoff
Schienenstähle müssen im Allgemeinen sehr hart sein, um eine gute die Verschleißfestigkeit zu zeigen. Daher sind in Schienenstählen Kohlenstoffgehalte zwischen circa 0,5 und 0,8 % erforderlich. Diese Stähle bezeichnet man auch als „hochkohlig“. Besonders von Bedeutung bei Schienenstählen ist die sogenannte Entgasung.: hierbei werden im Stahlwerk durch Vakuumbehandlung Gase aus dem flüssigen Stahl entfernt. Kritisch für Schienenstähle ist vor allem Wasserstoff. Bei Wasserstoff müssen Gehalte von unter 1 ppm H erzielt werden – das entspricht einem Wasserstoff-Molekül auf 1.000.000 andere Moleküle!. Durch Wasserstoff im Stahl kann es zur „wasserstoffinduzierten Rissbildung“ und damit zu einem Schienenbruch kommen. Ein Schienenbruch bedeutet nicht automatisch das Entgleisen des Zugs, kann aber zu Streckennetzbeeinträchtigungen führen und muss unbedingt vermieden werden.
Eine weitere Besonderheit der Schiene ist das Gefüge im Inneren des Werkstoffes. Schienen müssen verschleißfest sein, weshalb die Lauffläche (der „Schienenkopf“) möglichst hart sein soll. Diese nötige Härte erreicht man durch Einstellen eines „feinperlitischen“ Gefüges, welches man im nächsten Bild rechts beobachten kann. Der Fuß und Steg der Schiene sollen jedoch zäher sein, um Energie und somit Verformungen aufnehmen zu können. Dabei wird ein gröberes perlitisches Gefüge, im nächsten Bild links, eingestellt.
Man benötigt also zwei verschiedene, örtlich begrenzte Gefüge in einem Werkstück. Durch ein von der voestalpine entwickeltes Verfahren, dem „HSH-Kopfhärteverfahren“, wird dies möglich gemacht.
Wofür benötige ich den Werkstoff?
Ohne Schienen aus Stahl würden wir die Welt wie sie heute existiert, nicht kennen. Wir müssten auf Zugreisen und Konsumgüter verzichten, U-Bahnen könnten nicht fahren und Transportwege würden sich dramatisch verlängern. Dank des Allround-Werkstoffes Stahl ist all das in seiner gewohnten Form möglich.
