Gleis und Weiche

Ein Gleis ist ein Fahrweg, der die Räder lenkt: zwei Schienen, die auf Querschwellen in festem Abstand gehalten werden, darauf laufen Räder mit Spurkranz. Eine Weiche verschiebt zwei spitz zulaufende Schienen und leitet den Zug so von einem Gleis auf ein anderes. Der älteste Weg, der Räder führen sollte, ist der Diolkos, eine gepflasterte Bahn mit zwei Rillen über den Isthmus von Korinth, erbaut um 600 v. Chr. Holzschienen dienten im 16. Jahrhundert den Bergwerken Europas, 1767 begann ein englisches Hüttenwerk, seine Holzschienen mit gusseisernen Platten zu belegen.

Was es ist

Ein Gleis besteht aus zwei parallelen Schienen, die auf quer liegenden Schwellen befestigt sind. Die Schwellen halten sie in gleichbleibendem Abstand, der Spurweite. Sie liegen in einem Bett aus Schotter, das die Last in den Boden ableitet und Regenwasser abfließen lässt. Die Räder eines Schienenfahrzeugs sitzen paarweise fest auf ihren Achsen, und jedes trägt an seiner Innenseite einen vorstehenden Rand, den Spurkranz. Der Schienenkopf trägt das Gewicht, die Spurkränze halten den Radsatz zwischen den Schienen, und das Fahrzeug folgt dem Gleis, ohne gelenkt zu werden.

Da ein Zug seine Räder nicht einschlagen kann, um die Strecke zu verlassen, muss das Gleis selbst die Richtung wechseln. Das ist die Aufgabe der Weiche. An ihr teilt sich ein Gleis in zwei: Am Anfang schicken zwei bewegliche Schienen die Räder in die eine oder andere Richtung, weiter hinten lässt ein Herzstück die Räder des einen Fahrwegs über die Schiene des anderen laufen.

Wie es funktioniert

Ein Stahlrad rollt auf einer Stahlschiene mit sehr geringem Widerstand, deshalb kann eine einzige Lokomotive einen langen Zug ziehen. Driftet der Radsatz zur Seite, berührt der Spurkranz eines Rades die Innenflanke des Schienenkopfes und wird zurückgedrückt. In Kurven nimmt die äußere Schiene diesen Schub auf, in engen Bögen teilt ihn ein Radlenker, der innen neben der inneren Schiene liegt.

Am Anfang einer Weiche laufen zwei äußere Schienen, die Backenschienen, ohne Unterbrechung weiter. Zwischen ihnen liegen zwei Weichenzungen, die zu einer dünnen Spitze ausgehobelt und durch Verbindungsstangen gekoppelt sind, sodass sie sich gemeinsam bewegen. Liegt eine Zunge an ihrer Backenschiene an, steht die andere von der ihren ab und lässt eine Lücke frei, die breit genug für einen Spurkranz ist. Die Räder auf der anliegenden Seite werden an der Zunge entlanggeführt, die Spurkränze der Gegenseite laufen durch die Lücke, und der ganze Zug nimmt den eingestellten Fahrweg. Ein Stellhebel neben dem Gleis oder ein Antrieb bewegt die Zungen über Stangen, und die Weiche wird in ihrer Lage verriegelt, bevor ein Zug darüberfährt.

Weiter hinten muss die innere Schiene des einen Fahrwegs die innere Schiene des anderen kreuzen. An diesem Herzstück laufen die Schienen zu einer V-förmigen Spitze zusammen, neben der beiderseits eine Lücke für die Spurkränze bleibt. Auf der anderen Seite des Gleises hält ein Radlenker an der gegenüberliegenden Schiene das zweite Rad des Radsatzes, damit der Spurkranz nicht gegen die Spitze stößt oder auf ihre falsche Seite gerät. Fährt ein Zug von der Zungenspitze her auf die Weiche, wo er in den einen oder anderen Fahrweg gelenkt werden kann, wird sie spitz befahren; kommt er vom anderen Ende, wo zwei Gleise zusammenlaufen, wird sie stumpf befahren.

So geht’s

Ein Tischmodell zeigt, wie zwei gekoppelte Zungen den Fahrweg wählen. Man braucht ein etwa 60 cm langes Brett, quadratische Holzleisten von etwa 5 mm für die Schienen, hölzerne Rührstäbchen als Schwellen, Holzleim, zwei Reißzwecken, einen Streifen festen Karton, ein Holzstäbchen, eine kleine Säge oder ein Bastelmesser, Schleifpapier, zwei Spielzeugräder aus Holz von etwa 3 cm Durchmesser, einen passenden Rundstab und ein Blatt dünnen Karton.

Zwei durch einen Kartonstreifen verbundene Zungen bestimmen den Weg des Radsatzes.

Zuerst den Radsatz bauen. Die beiden Räder im Abstand von etwa 4 cm auf den Rundstab leimen und auf die Innenseite jedes Rades eine etwas größere Kartonscheibe als Spurkranz kleben. Eine Reihe Schwellen auf das Brett leimen, dann das gerade Gleis, so ausgerichtet, dass die Spurkränze mit ein bis zwei Millimetern Spiel knapp innerhalb der Schienen laufen. Ein zweites Schienenpaar in einem sanften Bogen zur Seite abzweigen lassen. Wo die innere Schiene des Bogens auf die innere Schiene des geraden Gleises trifft, beide so zuschneiden, dass sie in einer Spitze zusammenlaufen, mit einer Lücke auf jeder Seite für die Spurkränze, und gegenüber dieser Spitze innen an jede äußere Schiene einen kurzen Radlenker leimen. Am Anfang der Weiche zwei kurze Leisten zu einer Spitze schleifen, zwischen die Backenschienen legen und jede an ihrem dicken Ende mit einer Reißzwecke befestigen, sodass sie schwenken kann. Unter beide, nahe den Spitzen, einen Kartonstreifen leimen, damit sie sich gemeinsam bewegen, und neben dem Gleis ein Holzstäbchen drehbar befestigen, das den Streifen schiebt. Die Weiche in eine Richtung stellen, den Radsatz langsam von den Spitzen her rollen lassen und beobachten, welchem Gleis er folgt, dann umstellen.

Geschichte und Entwicklung

Auf dem Diolkos hielten zwei in das Pflaster gehauene Rillen die Räder der Transportwagen.

Wege, die Räder führen sollten, sind sehr alt. Über den Isthmus von Korinth in Griechenland führte der Diolkos, eine mit großen Steinplatten gepflasterte Straße, auf der Schiffe und Lasten über Land zwischen dem Golf von Korinth und dem Saronischen Golf befördert wurden. Zwei Rinnen im Abstand von etwa 1,5 m laufen an ihr entlang und hielten die Räder der Transportwagen. Keramik und in die Steine gehauene Buchstaben datieren ihren Bau in das späte 7. oder frühe 6. Jahrhundert v. Chr., und die Überlieferung schreibt ihn Periander zu, dem Herrscher von Korinth. Lange Abschnitte legten Ausgrabungen unter der Leitung des Archäologen Nikos Verdelis zwischen 1956 und 1962 frei.

In den von Agricola beschriebenen Bergwerken lief ein Nagel unter dem Wagen in einer Rille zwischen zwei Bohlen.

In den Bergwerken Mitteleuropas kehrten hölzerne Fahrbahnen zurück. 1556 beschrieb Georgius Agricola Wagen, die man aus langen Stollen auf zwei nebeneinander gelegten Balken hinausschob. Ein stumpfer Eisennagel unter dem Wagen lief in der Rille, wo die Balken zusammenstießen, sodass der Wagen die Bahn nicht verlassen konnte.

In England legte Huntingdon Beaumont 1603–1604 einen hölzernen Wagenweg an, um Kohle von Strelley nach Wollaton bei Nottingham zu bringen. Die Holzschienen waren Stück an Stück auf Querschwellen befestigt, Pferde zogen die Wagen. Im 18. Jahrhundert kam das Eisen. 1767 begann das Hüttenwerk Coalbrookdale in Shropshire, flache Platten aus Gusseisen auf seine Holzschienen zu setzen, die das Holz vor Abnutzung schützten. 1789 verlegte der Ingenieur William Jessop auf einer Strecke von Loughborough nach Nanpantan hochkant stehende Schienen und setzte die Spurkränze an die Räder, innerhalb der Schienen, wie bei heutigen Bahnen. Gewalzte Schienen aus Schmiedeeisen, 1820 von John Birkinshaw patentiert, waren länger und fester, und George Stephenson verwendete sie auf der Bahn von Stockton nach Darlington.

Die ersten Bahnen wechselten den Fahrweg mit einer Schiebeschiene: Ein kurzes Gleisstück wurde seitlich verschoben, bis es mit dem einen oder anderen Strang fluchtete. Charles Fox ließ eine Weiche mit beweglichen, spitz zulaufenden Zungen patentieren, die sie ablöste. Grace’s Guide datiert sein Patent auf 1832, Rail Engineer auf 1838. Spitz zulaufende Zungen, ein festes Herzstück und Radlenker sind bis heute die Teile einer gewöhnlichen Weiche.