Geschwindigkeitssynchroner Bahnverkehr für mehr Kapazität

Bahnen sind bald die letzte Institution, die soviel für den Verkehr erschlossene Fläche untergenutzt lässt. Wer sich in einer Stadt an einen Punkt begibt, wo die Bahnhof-Geleiseanlagen gut einsehbar sind, kann das gut sehen. Typisch verkehrt auf grossen Bahnhöfen mit 10 bis 20 Fahrspuren (Geleisen) zu Spitzenverkehrszeiten pro Minute rund ein Zug. Während sich auf der Strasse Fahrzeuge im 2-Sekunden-Takt folgen, auch Busse und LKW's.

Intensiverer Bahnverkehr bringt mehr Lärm könnte Gegenargument sein. Doch Bahnverkehr müsste nicht lärmig sein, würde man Bahnlärm am Kontaktpunkt Rad-Schiene gar nicht erst mit störendem Pegel entstehen lassen. Die Technologie ist heute verfügbar.

Block-Sicherungssystem (seit 1930)

Seit rund 70 Jahren gibt es im Bahnbetrieb elektrische Ampelsignale. Diese wurden mit Sensoren auf den Geleisen kombiniert um sicherzustellen, dass sich auf einem Streckenabschnitt nur ein einziger Zug befindet (sogenanntes Blocksystem). Dieses wurde so perfektioniert, dass zum Beispiel im Hauptbahnhof Zürich ein Gleis für den nächsten Zug freigegeben wird, kaum hat die letzte Achse des vorhergehenden Zuges den Blockabschnitt verlassen. Das System eignet sich für kurze Strecken und ermöglicht es, dass 30 und mehr lärmarme Züge pro Stunde und Fahrtrichtung eine Strecke benützen können.

Führerstandsignalisation mit ETCS (2006)

In den 80er Jahren konzipiert, wird es heute verhalten eingeführt. ETCS beruht ebenfalls auf dem Blocksystem, der Fahrzeugführer muss allerdings nur noch beschränkt auf die optischen Signale auf der Strecke achten, er erhält Informationen über Verkehr und Signalstellung auf Anzeigeinstrumente im Führerstand. ETCS ist insbesondere bei Fahrgeschwindigkeiten von über 150 kmh notwendig, weil optische Streckensignale bei hoher Geschwindigkeit schwer wahrnehmbar werden.

Elektronische Verkehrssteuerung "Technologiestand 2000"

Niemand konnte vor 30 oder 20 Jahren diese Entwicklung voraussehen: Heute, im Handy- und noch mehr im WLAN-Zeitalter sind Geräte für bidirektionalen Datenaustausch mit Datenraten, wie sie für Verkehrssteuerungen und Videoaustausch notwendig sind, im Hobby-Computerladen zu günstigem Preis käuflich, etwas salopp ausgedrückt. Um Bahn- und Tramverkehr so dynamisch wie hier dargestellt zu gestalten, bedeutet einen riesigen Aufwand an Programmierung, neuer Telematik-Hardware und an technischen Veränderungen an der Strecke (Bau von Überholzonen, anderer Betriebsablauf für kurze Zugeinheiten usw).

Eine adaptiv programmgesteuerte Regelung kann den besten Fahrablauf aller Fahrzeuge in Sekundenbruchteilen errechnen, metergenau erfassen und den Fahrzeugführern in jedem Moment optimale Fahranweisungen übermitteln. Damit können die Fahrzeiten gegenüber dem heute noch starren Fahrplan in vielen Fällen verkürzt und der Fahrzeugdurchsatz auf den Strecken erhöht werden, was das Argument, auf dem Bahnnetz bestünde heute nicht genügend Kapazität für den Regioverkehr entkräftet. Unvorhersehbarkeiten und Verspätungen können "intelligent" ausgeglichen werden. Kommt dazu, dass solche Systeme zur Erhöhung der Betriebssicherheit mit Videoüberwachung, Bilderkennung und Infrarottechnik ausrüstbar sind.

Die Chancen, mit neuer Technologie Schienenverkehr leistungsfähiger, schneller und nochmals sicherer als heute zu gestalten, sind enorm. Daran wird heute gedacht, das hier dargestellte zu diesem Thema ist nicht neu. Aber: So schnell werden Bahn- und Trambetriebe nicht auf die neuen technologischen Möglichkeiten einschwenken. Zu komplex sind ihre Systeme, zu gross und zu unternehmerisch-risikoreich sind die notwendigen Veränderungen, zu schwierig die internationale Normierung, zu gross der Spardruck. Aber: Diese Veränderungen sind mit hoher Wahrscheinlichkeit der aussichtsreichste Weg in eine bessere öV-Zukunft!


Bahn, Tram, Bus im Elektronik-Zeitalter

 

Geschwindigkeitssynchrone Streckennutzung mit adaptiv programmgesteuerter Verkehrs-Regelung: In enger Folge könnten Bahnen und Trams mit der heute verfügbaren Technologie fahren. Mit nochmals gesteigerter Sicherheit. Das zeigt die Animation auf der Start-Seite. Oder, in ähnlicher Form, der Video-Ausschnitt aus dem n-tv Fernsehbeitrag vom 18. März 2009, eine Nahverkehrsbahn darstellend.

Video n-tv "Züge der Zukunft" (Ausschnitt):     für Windows .wmv        für Mac  .flv

Das technische Konzept

Vorhandene Bahn-Strecken 3-4mal intensiver nutzen.
Mit lärmarmem Rollmaterial.
Heute verkehren auf 90% aller Hauptstrecken weniger als 10 Züge pro Stunde und Richtung.

 

Zwei Strategien zur Diskussion gestellt

Geschwindigkeitssynchrone Streckennutzung

Bisherige ELEKTRISCHE Streckennutzung (Block-System)

Ein kontinuierlicher Fluss gleich schnell fahrender, schnell beschleunigender Zugs-Einheiten für alle Transportarten nutzen vorhandene Strecken optimal. Neigezüge, Nahverkehrszüge und langsamere, träge beschleunigende lange Güterzüge behindern sich gegenseitig. Das beschränkt die Streckenkapazität.
Der gesamte Bahnverkehr wird weiterhin durch den Fahrplan unter dem bisherigen Sicherungssystem verkehrender internationaler Züge bestimmt. Neu erfasst ein elektronisches System alle Zugbewegungen "Real Time" und ermittelt Fahrfenster für den flexiblen Personen- Nah- und Fernverkehr, sowie für flexiblen Güterverkehr. Kurze, schnelle Zugseinheiten: Regiolinos, Cargolinos (Kurzkompositionen, Schienen-LKW's). Züge dürfen einander - in Abhängigkeit ihrer Fahrgeschwindigkeit - näher kommen, theoretisch bis zum Zusammenkoppeln. Die Transportkapazität vorhandener Doppelspur-Strecken wird verdreifacht: Die Chance für kostendeckenden Bahnverkehr. Strecken sind in fixe elektrisch überwachte Blockabschnitte eingeteilt, in denen sich nur ein Zug befinden darf. Es entsteht der Zwang zu langen Zügen, weil das System für gemischte Verkehrsgeschwindigkeiten nicht genügend Fahrmöglichkeiten bietet. Lange Güterzüge beschleunigen und fahren langsam, schnellere Züge können diese nur beschränkt überholen. Lange Güterzüge werden auf Rangierbahnhöfen zusammengestellt und entkoppelt. Das verlängert die Transportzeit um Tage. Die so entstehenden betrieblichen Engpässe verhindern genügend Streckenkapazität für einen kostendeckenden Bahn-Betrieb und schnellen Transport.

 

Die einzelnen Kompositionen dürfen einander - abhängig von ihrer Fahrgeschwindigkeit - sehr nahe kommen: Der Abstand wird elektronisch überwacht. Heute verkehren auch auf stark belasteten Strecken pro Stunde und Gleis weniger als 10 Züge; Das Stellwerk Basel fertigt für die gesamte Region Basel (30 km Umkreis) zu Spitzenverkehrszeiten geschätzte 100 Züge pro Stunde ab (800 pro Tag). Leicht ist einsehbar, dass die vorhandene Infrastruktur (im Vergleich zur Strasse) äusserst schlecht genutzt ist. Wir sehen darin eines der Hauptprobleme, aber auch eine Hauptchance der Bahn.

 

Zu einer beliebigen Tageszeit verkehren heute im Grossraum Basel / St. Louis / Lörrach nur wenig Züge, mit einem mittleren Abstand von 5 bis 15 Kilometern. Wir gehen davon aus, dass der mittlere Abstand auf 2 bis 4 km verkürzbar ist, computergesteuerter Bahnverkehr vorausgesetzt. Das würde für viele Jahre die Kapazitätsprobleme der Bahn lösen.

Grafik aus: Kurzfassung des Memorandums von Prof. Dr. Ing. Rolf Kracke, unter Mitarbeit von Dr. ing. Thomas Siefer und Dipl. ing. Wolf-Rüdiger Runge, Institut für Verkehrswesen, Eisenbahnbau und -betrieb, Universität Hannover, 1989. Thema: Die intelligente Bahn.

 

Auszug: "Unsere Gesellschaft braucht die schnelle, intelligente und wirtschaftliche Eisenbahn. Ein hochaktuelles Problem betrifft die Steigerung der Streckenleistungsfähigkeit. Gemessen an den ausserordentlich hohen Bau- und Instandhaltungskosten für neue Bahnstrecken ist allein schon aus Rentabilitätsgründen deren Leistungsfähigkeit gegenüber heutigen Verhältnissen deutlich zu erhöhen: 120 Züge pro Tag und Gleis entsprechen längst nicht mehr den Kapazitätsmöglichkeiten, die moderne Signaltechnik bietet. Hier muss eine neue Technik für die Abstandssicherung der Züge entwickelt und baldmöglichst eingeführt werden, die zumindest auf den Hauptmagistralen wesentlich höhere Zugzahlen erlaubt. Eine Verdoppelung der Streckenleistungsfähigkeit erscheint bei konsequentem Handeln relativ rasch erreichbar."

 

Neue Eisenbahnstrecken gehen mit fast 15 Jahren Planungs- und Bauzeit einher und sind - inklusive Umweltschadenskosten - sehr teuer. Zudem gilt ihre Transportkapazität mit 50% geringer als die einer vierspurigen Autobahn. Stimmt diese weitverbreitete Annahme eigentlich? Könnte man nicht die Tonnenkapazität der Schiene revolutionieren? An diese Möglichkeit glaubt jedenfalls Professor Rolf Kracke von der Universität Hannover. Er ist der Kopf hinter dem Konzept »intelligente Schiene«, und sein Team macht die entsprechenden Vorschläge für die Praxis. Krackes Kerngedanke ist es, die Zugfrequenz und die Ladekapazität der einzelnen Züge wesentlich zu erhöhen. Heute ist die Zugfrequenz stark durch den Sicherheitsabstand begrenzt, der gut drei Kilometer beträgt, denn die ungünstigen Modellannahmen gehen davon aus, dass ein Zug je nach Geschwindigkeit und Signalanlagen drei bis fünf Kilometer Bremsweg braucht, um auf ein vom vorhergenden Zug gesendetes Signal hin zum Stillstand zu kommen. Kracke und sein Team arbeiten an einer neuen elektronischen Steuerungstechnik, die es erlaubt, den Sicherheitsabstand gefahrlos zu minimieren.

Streckenbelastung heute

Wie die nachfolgende Darstellung (aus "Neue Zürcher Zeitung" 2002) zeigt, liegen alle Belastungen (pro Tag und Gleis) bei unter 200 Zügen, rund 20 km besonders gut ausgebaute Strecken, die es auf 250 Züge bringen, ausgenommen. Das bedeutet, auf 95% des gesamten (doppelspurigen) Schienennetzes verkehren im Schnitt weniger als 10 Züge pro Stunde. Der Abstand zwischen zwei sich auf der Strecke folgender Einheiten beträgt somit 3 bis 5 Minuten oder 5 bis 10 km.

 

Argumente gegen das Rangierprinzip

Prof. Kracke:

"Die Kapazität des Schienennetzes hängt nicht nur von den Schienen in der freien Landschaft ab. Verladeanlagen müssen verbessert, aber nicht vergrößert werden; die für die und mit der Technologie des 19. Jahrhunderts gebauten Rangierbahnhöfe sind viel zu groß und verunzieren die Landschaft. Moderne Systeme erlauben das horizontale Verladen von Containern statt von ganzen Waggons, zwanzig oder mehr Container können gleichzeitig von einem zum nächsten Zug transportiert werden. Die gesamte Verladeaktion dauert nur 15 Minuten."

 

Geschwindigkeitssynchron im Takt

20 Züge /Stunde / Fahrtrichtung sind im geschwindigkeitssynchronen Verkehr kein Problem: Ein Zug nur alle 3 Minuten! Das lässt dennoch genügend Zeit für Pufferungen, Ausweich- und Überholmanöver und zu Aus- und Einfahrt, während andere Züge durchfahren.

Um auf zweispurigen Strecken die Transportkapazität radikal zu erhöhen, ist eines wichtige Voraussetzung: Alle Züge müssen etwa gleich schnell fahren, geschwindigkeitssynchron sein. Überlegt man sich diese auf den ersten Blick vermeintliche Einschränkung genauer, so stellt man fest, dass es eigentlich gar keine ist. Weil nichts dagegen spricht, dass alle Züge mit einer maximal zulässigen Streckengeschwindigkeit verkehren, auch Güterzüge.

Züge finden Fahrfenster selbst

Ein neues Bahn-Betriebssystem muss weiterhin für traditionell geführte internationale Züge kompatibel sein. Ein Teilnehmer in einer Arbeitsgruppe für zukunftsgerechten Bahnverkehr hatte dafür eine kreative Idee: Das bisherige Block-Sicherungssystem wird beibehalten, es kann aber von den mit Elektronik versehenen Zügen übersteuert werden.

Internationale Züge erhalten Priorität, sie bestimmen den Fahrplan. Sie führen einen kleinen Kasten mit sich, der ihre Position auf der Strecke signalisiert. Das ermöglicht eine präzise Steuerung der Signale. Elektronik kann so intelligent ausgelegt sein, dass das Ausfallen einer solchen Signalisation sofort erkannt und der Bahnbetrieb im betreffenden Sektor intelligent hinuntergefahren wird.

Die auf der Strecke verkehrende Regional- und Güterkompositionen erkennen die prioritären Züge und "verhalten" sich entsprechend: Wenn sie den herannahenden oder durchfahrenden Zug erkennen, setzen sie rechtzeitig an Haltestellen aus und hängen sich an den "Schatten" solcher Züge, indem sie ihnen in elektronisch überwachtem Abstand folgen.

Internationale Kompatibilität

Internationale Gremien kümmern sich verdienterweise um Sicherheit, Innovation und Zukunftskonzepte im Bahnverkehr. Deren Arbeitstechnik ist aber sehr zeitintensiv. Soll Bahninnovation nicht verhindert werden ist es der beste Weg, innovative Lösungen erst einmal national zu verwirklichen, damit sie später zum europäischen Standard werden. Natürlich müssen neue Systeme zu einem gewissen Grad "abwärtskompatibel" sein.

 

Wie mit Schienenbus, Schienen-LKW's Bahnverkehr schnell und flexibel wird

 

Lange Züge haben viele Nach-, kurze viele Vorteile

Lange träge Güterzüge, an vielen Stellen nur 60 kmh schnell, wirken im Bahnbetrieb wie Pfropfen, sie blockieren lange Netzabschnitte für den schnelleren Verkehr.

Lange Güterzüge werden in Rangierwerken zusammengestellt, dann wieder dekomponiert: Eine zeitaufwendige Arbeit, meistens je ein Nacht-Schritt. So dauert ein Transport im Schnitt 3 Tage, zu viel für Distanzen von 500 - 1000 km.

Schienen-LKW's, Regio-Shuttles

Ideal für Güter wäre die Aktivierung (Umbau zu regionalen Terminals) der vorhandenen, aber kaum mehr genutzten Industrie-Geleiseanschlüsse. Hier können Strassen-LKW's Güter in Norm-Containern anliefern. Sie werden auf 100-150m lange "Schienen-LKW's übergeladen, die hautsächlich im Zielverkehr fahren: Von Leverkusen nach Esslingen; Von Hamburg nach Berlin. Flächendeckend müsste ein (lärmarmer) 2-Minuten-Takt ( bei 90-150 kmh) erreicht werden: 30 Züge pro Fahrtrichtung und Stunde. Bei durchschnittlich 70% Güteranteil (nachts sind es 90%) sind es 20 Züge pro Stunde und Fahrtrichtung, oder 200 LKW/Stunde (grobe Schätzung).

 

Ein "Schienen-LKW" transportiert soviel wie 8-10 Lastwagen, ein Regio-Shuttle gleichviel Personen wie 200 Autos (10 Km Autobahnspur).

Lange Personenzüge (z.B. im Ein-Stunden-Takt) könnten durch 500 Personen fassenden Kurzzüge (zweistöckig) ersetzt werden. Leichte Einheiten, die auch im Zielverkehr verkehren (z.B. Düsseldorf - Stuttgart). Der Stundentakt könnte so auf einen Viertelstundentakt reduziert werden: "Jederzeit ein Zug", ohne Kunden-unfreundliche Wartezeiten.

 

Kurze Einheiten involvieren bei einem Unfall wesentlich weniger Personen. Das ist insbesondere bei Hochgeschwindigkeit und kurzem Taktabstand wichtig: Anstatt dass ein Zug mit 2000 Personen entgleist, entgleist einer mit 500. Extrem-Szenario: Die nächsten Züge folgen im 1-Minuten-Abstand. Der zweite trifft mit reduzierter Geschwindigkeit auf die Unfallstelle, der dritte oder vierte hält voraussichtlich rechtzeitig.

Kurze Einheiten, die nie zu längeren zusammengebaut werden, können leichter ausgelegt werden: Sie brauchen nicht die Längskräfte eines langen Zuges aufzunehmen, für die Rollmaterial heute nach Vorschrift ausgelegt sein muss.

 

Die Fahrzeuge entsprechen einer crashoptimierten Leichtbauweise für energie- und lärmarmen Betrieb. In den Herstellprozessen wird Auto- und LKW-Technologie eingesetzt: Kleine kostengünstig hergestellte Steuerungs-, Antriebs- und Bremseinheiten. Die Leichtbauweise (weniger Beschleunigungs- und Bremsenergiebedarf) und kleinere, aber dafür mehr einzelne Einheiten ermöglicht den Einbau aller betriebsnotwendigen Elemente unterflur <800mm). Die einzelnen Wagenkörper sind kürzer, z.B. 10 Meter lang. Das Lichtraumprofil kann so besser für mehr Innenraum-Wagenbreite genutzt werden.

Lärmarmes Rollmaterial verbilligt Bahn-Betrieb

Das ist Kostensenkungs-Chance. Die SBB nahmen 1950 lärmarme Leichtbau-Reisezugwagen mit Pneurädern in Betrieb, sie funktionierten einwandfrei für mehr als 20 Jahre. Pneuräder dürften nicht die Lösung sein. Heute (50 Jahre später) verfügen wir über eine breite Palette von Kunststoffen und Sintermetallen, die sich eignen könnten.

"Weiche" Räder vermindern den Schienenverschleiss um voraussehbare 90%. Das bedingt vermutlich, dass Fahrgestelle mit mehr Rädern versehen werden (SBB-Leichtbau-Lärmarmwagen 1950: 20 Räder. Tun wir das, so nähert sich die Bahntechnik der LKW-Technik: Bremsen, Antriebsstrang, Federung, Lagerung, Aufhängung, Radifixierung. Das sind robuste, erprobte Elemente mit extrem tiefen Ausfallraten und mit viel Intelligenz: Dreh- und Drucksensoren usw. Weil aus Grösstserie-Produktion, sind sie extrem kostengünstig (Sparfaktor 1). Sparfaktor 2 ist der stark verminderte Schienenverschleiss.

 

„Auf-den-Kopf-gestelltes“ Unterhaltskonzept Räder und Fahrwerk: Der Schienenverschleiss wird - durch minimierte Raddrücke (mehr Räder) und „weiche“ statt „harte“ Materialpaarung Rad/Schiene - minimiert. Anstatt Schienen werden die Räder der Selbstfahreinheiten kostengünstig und schnell im Jahresservice ausgewechselt. Die kleineren Raddrücke ergeben weniger Erschütterungen und aktive Schallschutzmassnahmen an Fahrwerk und Antrieb sorgen für lärmarmen Bahnverkehr.

 

 

    

 

 

Lärmarme Trams

Die Fahrzeuge entsprechen einer crashoptimierten Leichtbauweise für energie- und lärmarmen Betrieb. In den Herstellprozessen wird Auto- und LKW-Technologie eingesetzt: Kleine kostengünstig hergestellte Steuerungs-, Antriebs- und Bremseinheiten. Die Leichtbauweise (weniger Beschleunigungs- und Bremsenergiebedarf) und kleinere, aber dafür mehr einzelne Einheiten ermöglicht den Einbau aller betriebsnotwendigen Elemente unterflur <800mm). Die einzelnen Wagenkörper sind kürzer, z.B. 10 Meter lang. Das Lichtraumprofil kann so besser für mehr Innenraum-Wagenbreite genutzt werden.

 

Lärmarme Bahn-Konzeption

Auf dem Netz verkehren primär Selbstfahreinheiten. Sie besitzen alle eine heute kostengünstig erstellbare Energieeinheit für selbständiges Fahren (Diesel- / Elektrogruppe). Gekoppelt werden sie elektronisch -- sie verkehren dann im Abstand von wenigen Metern zueinander. Die einzelnen Einheiten können so für weniger Pufferkräfte ausgelegt werden. Die sinnvolle Länge der „kleinsten trennbaren Einheit“ ist festzulegen, vermutlich liegt dieses Mass bei ca. 75m.

Argumente für konsequente Rollmaterial-Erneuerung

Die Neubeschaffung eines Grossteils des Rollmaterials ist bei näherer Betrachtung finanziell tragbar, und sie drängt sich aus vielen Gründen auf:

Lärm- und schienenverschleissarmer Bahn- und Tramverkehr

Das Bundesamt für Verkehr (BAV) zum Thema Lärmschutz

"Die Hauptlärmquelle stellt das Rollgeräusch bei der Durchfahrt eines Zuges dar, das durch Schwingungen der Räder und Schienen verursacht wird. Örtlich begrenzt treten durch den Bahnbetrieb aber auch andere Lärmarten auf wie z.B. Bremsquietschen, Kurvenkreischen und Rangierlärm. Personen, die an stark befahrenen Bahnstrecken wohnen, leiden unter dem Lärm. In der Schweiz sind rund fünf Prozent der Bevölkerung, also 265 000 Personen, von lästigem oder schädlichem Bahnlärm betroffen." (BAV Homepage, August 2001)

 

Öffentlicher Verkehr kann lärmarm sein. Trolleys sind es schon. Trams, Regio- und Fernbahnen brauchen neu konzipierte, lärmarme Fahrwerkstechnik.

 

Wen stören sie nicht, die langsam aber laut dahinratternden Güterzüge? Schwere Locks ziehen wenig modernes Rollmaterial, kilometerweit dröhnt es von den Bahnbrücken. Ist das der Güterverkehr, den wir brauchen, um Strassen von Brummis zu entlasten? Die Bahnbetreiber machen klar: Für mehr Güter und gleichzeitig mehr Regionalverkehr reichen die Bahnstrecken von Basel zum Mittelland nicht. Also werden Lösungen überlegt: Güterverkehr via Deutschland, Regionalzüge vom Netz. Logisch, dass beide Vorschläge Fragezeichen aufwerfen, sie lösen das Problem nicht.

 

Lärmarmes Rollmaterial - schon 1950

 

Lärmarmer SBB-Wagen, wie er 1950 in Betrieb kam und 35 Jahre unfallfrei lief (Bild Neue Zürcher Zeitung, 11sep2000). Ein Weg zum lärmarmen Schienenverkehr führt über Fahrgestelle mit vielen Rädern. Damals wurden Luftkammer-Gummireifen entwickelt. Heute, mehr als 50 Jahre später stehen gänzlich neue Werkstoffe zur Verfügung. Gleichzeitig würde der Schienenverschleiss stark reduziert.

 

Es gibt verschiedene technische Möglichkeiten für lärmarmen Bahnverkehr

1. Strassenverkehrsähnliche Pneuräder und spezielle Fahrbahnen, evtl. mit elektronischer Spurführung (braucht Fahrspuren statt Geleise)

2. Lärmschutzschilder auf Schienenebene (braucht Massnahmen an den Bahnstrecken)

3. Lärmschutzwände (aktuelle Technik, versperrt Anwohnern und Reisenden die Sicht)

4. Technische Massnahmen am Kontaktpunkt Rad-/Schiene in Kombination mit mehr Rädern (von RAIL POWER empfohlen)

 

Technische Massnahmen am Kontaktpunkt Rad-/Schiene in Kombination mit mehr Rädern

In-line-Scater / Rollercaster

1. Die Last auf mehr Räder verteilen

Die heute zwischen 5 und 15 Tonnen liegende Radbelastung (der Kontaktpunkt Rad-Schiene ist eine dünne, nur 2-3cm lange Linie) auf Grössenordnung 2 t verringern.

2. "Weichere" Materialien & LKW-Technik verwenden

Sinter- oder Verbundmetalle, eventuell Kunststoff. Heute werden neue Materialien einfachere Lösungen ermöglichen, bei Verwendung von Lastwagenteilen für Bremsen und Antriebsstrang sogar sehr kostengünstige.

Solche Möglichkeiten sollten von Ingenieuren mit kreativem Auftrag näher untersucht werden.

Die enorme Belastung der Schienen

Das Gewicht von Lokomotiven und Bahnwagen ruht (bei 4 Achsen) auf 8 nur 2cm langen, haarbreiten Berührungsstellen, hier veranschaulicht mit den 4 Gliedern einer Büroklammer.

Lärmarmes Rollmaterial verbilligt Bahn-Betrieb

Das ist Kostensenkungs-Chance. Die SBB nahmen 1950 lärmarme Leichtbau-Reisezugwagen mit Pneurädern in Betrieb, sie funktionierten einwandfrei für mehr als 20 Jahre. Pneuräder dürften nicht die Lösung sein. Heute (50 Jahre später) verfügen wir über eine breite Palette von Kunststoffen und Sintermetallen, die sich eignen könnten.

"Weiche" Räder vermindern den Schienenverschleiss um voraussehbare 90%. Das bedingt vermutlich, dass Fahrgestelle mit mehr Rädern versehen werden (SBB-Leichtbau-Lärmarmwagen 1950: 20 Räder). Tun wir das, so nähert sich die Bahntechnik der LKW-Technik: Bremsen, Antriebsstrang, Federung, Lagerung, Aufhängung, Radifixierung. Das sind robuste, erprobte Elemente mit extrem tiefen Ausfallraten und mit viel Intelligenz: Dreh- und Drucksensoren usw. Weil aus Grösstserie-Produktion, sind sie extrem kostengünstig (Sparfaktor 1). Sparfaktor 2 ist der stark verminderte Schienenverschleiss.

Viele Räder, wenig Lärm, wenig Schienenverschleiss

Noch wenig untersucht wurde, durch radikal andere Fahrgestellkonstruktionen die Last auf mehr Räder zu verteilen und somit Lärm, Vibrationen wie Schienenverschleiss besser im Griff zu haben. Leicht schräggestellte, einzeln aufgehängten Räder könnten lärmarmes Befahren enger Radien ermöglichen.

Lärm und Erschütterungen im Bahnbetrieb entstehen primär durch die enorm hohen Raddrücke von 20 Tonnen und mehr. Das führt zu teurem Schwermaschinenbau. Warum also nicht eine andere Strategie überlegen? Erschütterungen lassen sich vermindern entweder durch tiefgreifende Massnahmen an der Strecke (in Gummi gelagerte Schienen) oder durch radikal tiefere Raddrücke. Veränderungen an der Strecke sind enorm aufwendig, während tiefere Raddrücke voraussichtlich Vorteile bringen: Durch mehr, dafür aber einfacher konstruierte kostengünstigere Räder. Machen wir durch entsprechende Materialwahl die Räder zum Verschleissteil, so erhöhen wir die Standzeit der Schiene: aufwendige und betriebsstörende Schienenerneuerungen vermindern sich. Die Fahrzeuge können so konstruiert sein, dass ein Austauschen der Räder ebenso einfach ist wie beim Auto. Wissen aus der Rennwagentechnik könnte gänzlich neue Ansatzpunkte für die Entwicklung von Bahn-Fahrgestellen bringen.

 

Solche Vorstellungen entlocken erfahrenen Bahnkonstrukteuren erst einmal Stirnrunzeln - oder gar eine Umöglichkeitsdarstellung. Aber 30t Fahrzeuggewicht verteilt auf 10 Räder (hypothetische Annahme) ermöglichen leichte und kompakte, in grösseren Serien herstellbare Rad- / Aufhängungs- und Antriebseinheiten. Das Fehlen einer durchgehenden Achse und - was vielleicht noch nie erwogen wurde - das Ausrüsten eines z.B. 12m langen Wagenkörpers mit 10 oder 12 Rädern, die sich den Kurvenradien anpassen, erfordert gänzlich neue Überlegungen und konstruktive Auslegungen. Die voraussichtlich erreichbaren Vorteile sind interessant:

  

Eine erste Idee, die es zu entwickeln gilt...

Literaturangabe zum Thema Fahrgestellentwicklung: Gabor Harsy, Methodische Konzeption von Schienenfahrzeugen, mit Hinweis auf Innovationstechniken von Hans Ulrich Kunz. Georg Siemens Verlagsbuchhandlung, ZEV+DET 9/10 1998.

 

Bahn-Infrastruktur: Ausgelastet oder nicht?

 

Das Operative Betriebszentrum (OBZ) SBB Basel (aus: Energie+Wasser 4/01)

326 Weichen, 750 Signale, Fernsteuerzentrum für 15 Bahnhöfe bis Lausen, Kaiseraugst, Laufen. Die betriebliche Leistung: Täglich werden mehr als 600 Reise- und 130 Güterzüge abgefertigt, insgesamt im Schnitt 800 Züge am Tag.

Das moderne OBZ Basel…

...und dessen heute stets schlecht ausgelasteten (genutzten) Geleiseanlagen

800 Züge am Tag? Das sind - im theoretischen Schnitt - 33 Züge pro Stunde. Für die gesamte nähere Region. Die Anlagen selbst, die beanspruchte Betriebsfläche - sind enorm. Ebenso die Investitionen. Die Wartung extrem teuer. Und das für so wenig Züge? Währenddem auf der Autobahn pro Stunde wahrscheinlich 1000 mal mehr Autos und LKWs dahinbrausen. Es dürfte klar sein: In der heutigen Zeit dürfte mit solchen betrieblichen Eckdaten keine bedeutende Verkehrsleistung erreichbar sein - und schon gar nicht Rentabilität.