mini|300px|Schiene mit Walzzeichen, produziert im Jahr 1979 in der Maxhütte im Standardprofil S54 und in Standardqualität mini|Von der Fa. Krupp gewalzte Schiene und RadreifenSicht von der Gleisinnenseite Schienen sind im Bahnwesen lineare Trag- und Führungselemente, die meist paarig und parallel zueinander im Abstand der Spurweite angeordnet den Fahrweg für Schienenfahrzeuge bilden.

Frühe Schienen in diesem Sinne waren Spurrillen, längs ausgelegte Baumstämme oder Holzbohlen. Moderne Schienen sind standardisierte und genormte Walzstahlerzeugnisse. Sie sind in regelmäßigen, kurzen Abständen zumeist auf quer zur Gleisachse ausgelegten Bahnschwellen aus Beton, Stahl, Holz oder Kunststoff befestigt. Schienen, Schwellen und Kleineisen (das sind die Befestigungsteile der Schiene auf der Schwelle) bilden zusammen ein Gleis. Die Gleise und die Bettung bilden den Oberbau einer Bahnstrecke.

In Abgrenzung zur Stromschiene oder Zahnstange werden gewöhnliche Schienen auch als Laufschiene oder Fahrschiene bezeichnet.

Schienenprofil Das Schienenprofil (auch Schienenform) ist die geometrische Festlegung des Schienenquerschnitts. Die heute üblichen Breitfußschienen setzen sich aus einem Schienenkopf, einem Schienensteg und einem Schienenfuß zusammen. Der Schienenkopf stellt die Lauf- und Führungsfläche der Eisenbahnräder dar und muss deshalb in seiner Form so ausgebildet sein, dass bei günstigen Berührungsverhältnissen eine hohe Lebensdauer der Schiene gewährleistet ist. Die Lauffläche des Schienenkopfs bildet die sogenannte Schienenoberkante, die Führungsfläche zum Spurkranz des Rades hin, die sogenannte Fahrkante. Infolge des Eisenbahnbetriebs kommt es zu einer Abnutzung des Schienenkopfs. Der Schienensteg stellt die Verbindung zwischen Schienenkopf und Schienenfuß dar. Die Stegbreite muss demnach so dimensioniert sein, dass eine ausreichende Tragfähigkeit, Biegesteifigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsfestigkeit gewährleistet ist. Der Schienenfuß wiederum ist für die Übertragung des Schienendrucks auf die Schienenunterstützung verantwortlich und muss folglich eine große Fußbreite aufweisen, um die zulässige Flächenpressung nicht zu überschreiten und die Standsicherheit zu gewährleisten.

Geschichte

Anfänge mini|Bahnhof von Invercargill, Neuseeland, vor 1868: Holzgleise, wie sie 1864 auf der Strecke nach Makarewa eingebaut wurden

Um die Fahreigenschaften von Pferdekarren bei schlechtem Untergrund zu verbessern, entwickelte man schon im 17. Jahrhundert „Schienensysteme“ aus Holz. Diese Holzschienen verhinderten das Einsinken der Wagenräder und ermöglichten somit das Befördern von schweren Lasten unabhängig von der Beschaffenheit des Untergrunds. Leider erwiesen sich diese Holzschienen als nicht sehr dauerhaft, worauf man begann, nach anderen geeigneten Materialien zu suchen. In England wurden während der Industrialisierung mit seiner aufstrebenden Eisen- und Stahlherstellung neue Schienensysteme entwickelt. Die ersten eisernen Schienen für Schienenbahnen waren vergleichsweise dünne Blechstreifen, die auf längs zur Fahrtrichtung parallel liegende „Straßbäume“ aufgenagelt wurden, um die Standfestigkeit zu erhöhen und den Verschleiß zu mindern.

Infolge von Absatzproblemen hatte im Jahre 1767 Richard Reynolds, einer der Besitzer der Coalbrookdale-Eisenhütte, Gusseisenbarren in Plattenform auf Lager. Um diese zwischenzeitlich sinnvoll nutzen zu können, ließ er damit verschlissene Holzbohlenschienen der Hüttenbahn auslegen, wo sie den beabsichtigten Zweck hervorragend erfüllten. Dies wird als Geburtsstunde der Eisenschienen für Fahrzeugräder angesehen.Ralf Roman Rossberg: Geschichte der Eisenbahn. Sigloch-Edition, Künzelsau 1999, ISBN 3-89393-174-0, S. 14 und 424. Ab 1795 zogen im englischen Derbyshire Pferde Wagen über Eisenschienen, die Kohlebergwerke und eine Keramikmanufaktur mit einem Kanal verbanden. Die erste Dampflokomotive der Welt rollte 1804 über Schienen eines Bergwerks in Südwales.

Historische Entwicklung 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.Charles Couche: Profils de rails. Voie, matériel roulant et exploitation technique des chemins de fer, Paris 1867

Winkelschiene mini|Pferdebespannte Kohlebahn auf Winkelschienen, Little Eaton Gangway, England, 1908 John Curr führte 1776 im Steinkohlenbergbau in den Kohlegruben von Sheffield Winkelschienen ein.John Curr: The Coal Viewer. And the Engine Builder’s Practical Companion. John Northall, Sheffield 1797. 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.

Pilzschiene 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.

Flachschienen mini|Flachschienen der Pferdeeisenbahn Budweis–Linz–Gmunden Flachschienen bestehen aus Walzeisen und wurden vor allem in der Frühzeit der Eisenbahn in Amerika verwendet. Sie bestanden ursprünglich aus 50 bis 70 mm breiten und 12 bis 20 mm dicken Flacheisen, die in Abständen von 300 bis 500 mm mit versenkten Löchern versehen und mit Nägeln oder Holzschrauben auf hölzernen Langschwellen befestigt wurden. Ein wesentlicher Nachteil der Flachschienen war ihre geringe Steifigkeit, wodurch sie sich an den belasteten Stellen stark in das Holz eindrückten und an anderen Stellen durchbogen. Dies führte dazu, dass sich die Befestigungsmittel leicht lockerten oder die versenkten Schraubenköpfe abbrachen, sodass die Schienen nicht mehr gehalten werden konnten und neue Löcher neben den alten gebohrt werden mussten.

Um diese Probleme zu beheben, wurden die Schienen entweder durch eine Winkelrippe verstärkt oder mit einem niedrigeren Seitenflansch versehen, in den die Nägel mit versenkten Köpfen eingeschlagen wurden. Im Jahr 1877 wurden Flachschienen auf Bahnen mit Lokomotivbetrieb nicht mehr verwendet, aber sie wurden weiterhin in verschiedenen Profilen für Straßen- und Pferdebahnen eingesetzt.

Fischbauchschiene 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.

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.

Brück-, Brunel- und Barlowschiene Im Jahr 1835 erfand Strickland in Amerika die Brückschiene. Sie wurde auch Brunel-Schiene genannt, nach dem Ingenieur Isambard Kingdom Brunel, der sie 1836 in großem Umfang bei der Great Western Railway einsetzte. Die Brückschiene hatte einen Querschnitt ähnlich einem senkrecht durchgeschnittenen Hut, mit einer in der Regel ebenen, seltener gewölbten Fahrfläche. Der Hohlraum zwischen den beiden Stegen war gewöhnlich nach oben hin verengt, um die Stabilität zu erhöhen und das Walzen zu erleichtern. Gelegentlich war dieser Raum jedoch von konstant lichter Weite und verjüngte sich häufiger nach unten, um bei gleichbleibender Gesamtbreite eine größere Aufstandsfläche zu erhalten. Im Vergleich zur Flachschiene war diese steifer und ermöglichte daher höhere Radsatzlasten. Brunelschienen wurden ursprünglich meist wie Flachschienen auf hölzernen Langschwellen befestigt, später kamen sie jedoch auch auf Querschwellen zur Anwendung, mussten dann aber viel schwerer konstruiert werden.Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Stuttgart, Leipzig 1909, Band. 7 Seite 629 „Schienenherstellung“

Ursprünglich bestanden die Schienen aus zähem, weichem Eisen, das jedoch dem Druck der Räder nicht lange standhielt. Deshalb wurde später Bessemerstahl verwendet.

Eine weiter entwickelte Form konzipierte 1849 William Henry Barlow – die gewalzte Barlow-Schiene mit ebenfalls hutförmigem Querschnitt, jedoch erheblich verstärkter Lauffläche. Sie war das erste Langschwellensystem, das ohne Holzlangschwellen direkt in der Bettung verlegt wurde. Da die Bettung in die Höhlung der Schiene eintritt, wurden nur alle 5 bis 6 m an den Schienenstößen Querverbindungen vorgesehen. Eingesetzt wurden Barlow-Schienen unter anderem bei verschiedenen Eisenbahnen in England (Midland Railway, Bahnstrecke Dublin–Belfast und Bahnstrecke Dublin–Ulster), auf der französischen Midibahn (Bahnstrecke Bordeaux–Cette und Narbonne–Perpignan) und auf der Ferrocarril del Sud.

Sattelschiene Die Sattelschiene, auch Seaton’sches System genannt, wurde 1856 in England auf der Great Western Railway eingeführt. Diese Schiene wurde auf Langschwellen mit dreieckigem Querschnitt befestigt, die ihrerseits mit ihrer breiten Basis auf ebenfalls dreieckigen Querschwellen auflagen. Die dreieckige Form bot eine größere Aufstandsfläche, aber eine geringere Steifigkeit im Vergleich zu rechteckigen Querschnitten. Ein wesentlicher Vorteil der Sattelschiene liegt in der besseren Wasserableitung, wodurch die Haltbarkeit und Stabilität der Schiene verbessert wurde.

Keilkopfschiene 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.

Doppelkopfschiene