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Optimierungsansätze zur Qualitätsverbesserung des Schienennetzes

Erstellt am: 24.08.2011 | Stand des Wissens: 19.07.2019
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
Institut für Mobilitäts- und Stadtplanung, Universität Duisburg-Essen, Prof. Dr.-Ing. Dirk Wittowsky

Aufgrund seiner systemspezifischen Eigenschaften, welche unter anderem die fahrwegseitige Spurführung sowie eine notwendige Außensteuerung beinhalten, werden sowohl Leistungsfähigkeit als auch Angebotsqualität des Schienenverkehrs in besonderem Maße durch die jeweils vorherrschenden infrastrukturellen Voraussetzungen determiniert. Demzufolge bergen nicht nur auf dem Eisenbahnnetz verkehrende Fahrzeuge, sondern speziell auch ortsfeste Systemkomponenten und Anlagen umfangreiche Optimierungspotenziale, deren sachgerechte Realisierung zu einer Attraktivitätssteigerung der Schiene im intermodalen Wettbewerbsumfeld beitragen kann. Speziell drei Aspekte sind vor diesem Hintergrund von besonderer Relevanz: Geschwindigkeitserhöhung, Kapazitätsausweitung und Verfügbarkeitssteigerung.

Geschwindigkeitserhöhung

Das Kriterium der Reisezeit gilt als eine bestimmende Determinante der individuellen Verkehrsmittelwahl. Während sich Angebote des Schienenpersonenverkehrs hinsichtlich weiterer ausschlaggebender Faktoren wie beispielsweise reisebezogenen Kosten als durchaus konkurrenzfähig erweisen, haben sie allerdings vielfach in Bezug auf entsprechende zeitliche Gesichtspunkte gegenüber dem Motorisierten Individualverkehr (MIV) das Nachsehen. Mittels einer Erhöhung streckenseitig zulässiger Geschwindigkeiten lassen sich die Voraussetzungen für kürzere Reisezeiten schaffen und somit aufgrund längerer Zu- sowie Abgangszeiten im Vergleich zum Pkw bestehende Nachteile kompensieren. Insbesondere auf Relationen zwischen bevölkerungsreichen Metropolregionen besteht hierdurch die Möglichkeit, nennenswerte Modal Split-Verschiebungen zugunsten des Schienenverkehrs herbeizuführen. Der Neubau von Hochgeschwindigkeitsstrecken stellt hier einen gängigen Lösungsansatz dar.
Neben dem Bau von Hochgeschwindigkeitsstrecken können signifikante Geschwindigkeitserhöhungen auch auf Bestandsstrecken erreicht werden. Die Beseitigung stark verzögernder Beschränkungen (zum Beispiel Langsamfahrstellen oder Bahnhofsdurchfahrten) ist dabei ebenso zu nennen wie Maßnahmen zur Linienkorrektur beziehungsweise -verbesserung (zum Beispiel Vergrößerung der Überhöhung oder Bogenradienerweiterungen). Eine auf hinreichende Geschwindigkeitsanhebungen abzielende Streckenertüchtigung setzt jedoch mitunter zahlreiche Einzelmaßnahmen voraus, welche neben der konstruktiven Modifikation des Oberbaus auch Anpassungen an Fahrdrahtanlagen und Sicherungstechnik beinhalten. [Lich10; Weig07; MuFr05]
Kapazitätsausweitung
Neben Anpassungen der Entwurfsgeschwindigkeit lässt sich auch über Kapazitätsausweitung die Qualität des Schienennetzes anpassen. Die deutschen Eisenbahnpersonenverkehrsunternehmen haben in den vergangenen Jahren Aufkommenszuwächse zu verzeichnen, während das Güterverkehrsaufkommen stagniert beziehungsweise leicht rückläufig ist (vergleiche hierzu beispielsweise [Stat18ad S. 4 ff., Stat19m, S. 5]. Für die kommenden Jahre wird aber auch für den Güterverkehr eine Transportbedarfssteigerungen prognostiziert, deren Befriedigung das bestehende Eisenbahnnetz insbesondere auf gegenwärtig bereits stark frequentierten Relationen des Seehafenhinterlandverkehrs an seine Belastungsgrenzen führen wird [INTR20, S. 1].
Um neben Neubauvorhaben auch die Leistungsfähigkeit existierender Infrastruktur auf das jeweils benötigte Maß anheben zu können, stehen sowohl betriebliche als auch bauliche Handlungsoptionen zur Verfügung, deren überschneidungsfreie Definition allerdings nur in bedingtem Umfang möglich ist, da zwischen beiden Ansätzen zahlreiche Interdependenzen bestehen. So lassen sich beispielsweise im Hinblick auf infrastrukturelle Maßnahmen Streckenelektrifizierungen und sicherungstechnische Modernisierungen von Neben- und Regionalnetzen erwähnen. Ebenso ermöglichen zusätzliche Kreuzungs- und Überholgleise, verkürzte Blockabstände sowie die Anlage höhenfreier Ein- und Ausfädelungen mit einem entsprechenden Wegfall von Fahrstraßenausschlüssen verbesserte Leistungsfähigkeit [UBA09; WeMi08].
Eisenbahnbetriebliche Kapazitätssteigerungsansätze, welche lediglich geringen Infrastrukturmodifikationsaufwand bedingen, stellen bspw. auf eine Geschwindigkeitsharmonisierung abzielende Betriebsprogramme für Mischverkehrsstrecken dar [StPa96]. Ein als "Moving Block" umschriebenes Prinzip der Distanzüberwachung ermöglicht ferner Zugfahrten im absoluten sowie relativen Bremswegabstand. Folglich können unter Verzicht auf ortsfeste Signale, durch eine Führerstandssignalisierung in Verbindung mit entsprechend geeigneter Eisenbahnsicherungstechnik, kürzere Zugfolgen und somit höhere Fahrwegkapazitäten erzielt werden [Pach08a, S. 514; Pach08].
Verfügbarkeitssteigerung
Sowohl planmäßig durchgeführte Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten als auch unvorhergesehen auftretende Störungen reduzieren einerseits die zeitweilig verfügbare Streckenkapazität und schlagen sich andererseits negativ auf die kundenseitig wahrgenommene Angebotsqualität nieder, da in diesem Zusammenhang entweder längere Beförderungszeiten in Kauf genommen werden müssen oder einzelne Verbindungen gar vollständig entfallen. Beide genannten Effekte wirken sich unter Umständen nachteilig auf das mögliche Betriebsergebnis betroffener Schienenverkehrsanbieter aus. 
Um die mit entsprechenden Ereignissen einhergehenden wirtschaftlichen Verluste und verkehrshemmenden Leistungsfähigkeitseinbrüche minimieren zu können, sollten technische und betriebliche Maßnahmen eine herausragende Priorität genießen, welche dazu beitragen, eine Verfügbarkeitssteigerung (das heißt die dauerhafte Einsatzfähigkeit) der genutzten Fahrweginfrastruktur zu herbeizuführen. Zu nennen sind vor diesem Hintergrund beispielsweise eine geeignete Werkstoffwahl für und konstruktive Gestaltung von Schienen, Schwellen und weiteren Fahrwegoberbauelementen sowie die zeitlich-organisatorische Optimierung erforderlicher Instandhaltungstätigkeiten. [Beck11, S. 23; Lich10, S. 98 f.]
Zusätzlich wird seit Ende der 1980er Jahre mit vielen europäischen Ländern an einem gemeinsamen, länderübergreifenden Zugsicherungssystem gearbeitet. Dieses "European Train Control System" kurz ETCS ermöglicht das sichere Befahren eines Gleisabschnittes mit verschiedenen Leveln. Level 0 bis 3 sind dabei so aufgebaut, dass die jeweils niedrigere Stufe die Rückfallebene der darüberliegenden Ebene darstellt. Level 0 bedeutet, dass ein mit ETCS ausgestattetes Triebfahrzeug auf einer Strecke ohne ETCS-Zugbeeinflussungssystem fährt. Die fahrzeugseitige ETCS-Ausrüstung überwacht dabei lediglich die Höchstgeschwindigkeit des Zuges. Level 1 arbeitet signalgeführt, ist für Geschwindigkeiten bis zu 160 km/h zugelassen und arbeitet ähnlich wie das deutsche PZB. Level 2 kommt bereits ohne physische Signale entlang der Strecke aus. Die Funkverbindung mittels GSM-R zur Leitstelle überträgt alle erforderlichen Informationen zum Zug. Durch sogenannte Eurobalisen im Gleis kann die genaue Zugposition jederzeit bestimmt werden. Mit Level 2 sind Geschwindigkeiten bis zu 300 km/h möglich. Seit Ende 2015 ist die erste Strecke in Deutschland (Erfurt Leipzig) mit ETCS Level 2 in Betrieb und die Deutsche Bahn AG sieht vor, alle Neubaustrecken sowie langfristig auch alle Bestandsstrecken damit auszurüsten. Level 3 funktioniert ähnlich wie Level 2, nur die streckenseitige Gleisfreimeldung entfällt. Stattdessen wird dies über die fahrzeugseitige Prüfung der Zugintegrität gewährleistet. Dies führt dazu, dass räumlich festgelegte Blockabschnitte entfallen können und Züge diese quasi "mit sich führen". In allen Leveln des ETCS bleibt der Lokführer allerdings zur Systemüberwachung und als Lokführer in Störfällen unersetzlich. Von ETCS versprechen sich die Länder eine erweiterte Verfügbarkeit, aber auch eine Kapazitätsausweitung von bis zu 20 Prozent laut Deutsche Bahn AG [Esch10, DBAG18h].
Somit bildet ein wartungs- und in erster Linie störungsarmes Schienennetz die Grundlage für eine verlässliche Zugverkehrsabwicklung und ist somit in der Lage, gegenüber dem stauanfälligen und mit Hinblick auf die Fahrzeit teilweise wenig verlässlichen Motorisierten Individualverkehrs (MIV) beziehungsweise Güterkraftverkehr merkliche Wettbewerbsvorteile zu generieren, welche wiederum entsprechend hohe Verlagerungseffekte zu Gunsten der Eisenbahn herbeiführen können.
Ansprechpartner
Institut für Mobilitäts- und Stadtplanung, Universität Duisburg-Essen, Prof. Dr.-Ing. Dirk Wittowsky
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Das Schienennetz der Bundesrepublik Deutschland (Stand des Wissens: 19.07.2019)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?359042
Literatur
[Beck11] Beck, Andreas Lang lebe die Schiene, veröffentlicht in Internationales Verkehrswesen (Einleger "Infrastruktur Spezial"), Ausgabe/Auflage 03/2011, DVV Media Group GmbH / Hamburg , 2011/03, ISBN/ISSN 0020-9511
[DBAG18h] Deutsche Bahn AG Konzern (Hrsg.) #Digitale Schiene Deutschland, 2018
[Esch10] Eschlbeck, Rainer Das European-Train-Control-System (ETCS), veröffentlicht in Deine Bahn, Ausgabe/Auflage 05/10, DB Fachverlag GmbH / Mainz , 2010/05, ISBN/ISSN 0948-7263
[INTR20] Intraplan Consult GmbH Gleitende Mittelfristprognose für den Güter- und Personenverkehr - Kurzfristprognose Sommer 2018, 2020/10
[Lich10] Lichtberger, Bernhard, Dr. Handbuch Gleis - Unterbau, Oberbau, Instandhaltung, Wirtschaftlichkeit, Ausgabe/Auflage 3. Auflage, DVV Media Group GmbH / Hamburg , 2010, ISBN/ISSN 978-3-7771-0400-3
[MuFr05] Freystein, Hartmut, Muncke, Martin, Schollmeier, Peter Handbuch Entwerfen von Bahnanlagen, Ausgabe/Auflage 1, Eurailpress Tetzlaff-Hestra, 2005, ISBN/ISSN 3-7771-0333-0
[Pach08] Pachl, Jörn Systemtechnik des Schienenverkehrs, Vieweg+Teubner, GWV Fachverlage GmbH / Wiesbaden, 2008, ISBN/ISSN 978-3-8351-0191-3
[Pach08a] Pachl, Jörn Betriebsführung, veröffentlicht in Das System Bahn, Ausgabe/Auflage 1. Auflage, DVV Media Group GmbH, DVV Rail Media (Eurailpress) / Hamburg, 2008, ISBN/ISSN 978-3-7771-0374-7
[Stat18ad] Statistisches Bundesamt: Verkehr Eisenbahnverkehr 2017, Ausgabe/Auflage Fachserie 8 Reihe 2, 2018/07/08
[Stat19m] Verkehr - Verkehr im Überblick 2017, Ausgabe/Auflage Fachserie 8 Reihe 1.2, 2019/07/11
[StPa96] Streit, Klaus-Dieter, Partzsch, Lukas, Dipl.-Math. "Netz 21" - die künftige Netzstrategie der Deutschen Bahn AG, veröffentlicht in Eisenbahntechnische Rundschau, Ausgabe/Auflage 09/1996, DVV Media Group GmbH / Hamburg , 1996/09, ISBN/ISSN 0013-2845
[UBA09] Umweltbundesamt Strategie für einen nachhaltigen Güterverkehr, 2009
[Weig07] Weigend, Manfred Trassierung und Gleisplangestaltung, veröffentlicht in Handbuch Eisenbahninfrastruktur, Springer-Verlag / Berlin, Heidelberg, 2007, ISBN/ISSN 354029581
[WeMi08] Weigand, Werner, Mittmann, Walter, Fengler, Wolfgang Die Infrastruktur, veröffentlicht in Das System Bahn, Ausgabe/Auflage 1. Auflage, DVV Media Group GmbH, DVV Rail Media (Eurailpress) / Hamburg, 2008, ISBN/ISSN 978-3-7771-0374-7
Weiterführende Literatur
[SLR00] Chlond, B. , Lipps, O. Multimodalität im Personenverkehr im intrapersonellen Längsschnitt, veröffentlicht in Stadt Land Region, Ausgabe/Auflage Heft 69, Aachen, 2000
Glossar
Neubaustrecke Als Neubaustrecken bezeichnet man gänzlich neu errichtete Verkehrswege, die einem bestehenden Netz hinzugefügt werden. Im Eisenbahnwesen findet der Begriff zumeist auf für den Hochgeschwindigkeitsverkehr gebaute Strecken Anwendung, wobei diese entweder exklusiv durch Personenbeförderungsangebote oder gemeinsam mit dem Güterverkehr genutzt werden. Das konstruktive Anforderungsniveau von Neubaustrecken reicht dabei gemeinhin über die für Ausbaustrecken (ABS) geltende Anforderungen hinaus.
ETCS
Standard eines EU-weit harmonisierten Zugbeeinflussungssystems, welches im Falle einer entsprechenden Streckeninfrastrukturausstattung und Fahrzeugertüchtigung die unterbrechungsfreie Durchführung grenzüberschreitender Schienenverkehre ermöglicht, ohne zu diesem Zweck das triebfahrzeugseitige Mitführen unterschiedlicher, auf nationaler Ebene verwendeter Systemkomponenten vorauszusetzen.

Mit Hilfe von Zugbeeinflussungssystemen lassen sich auf dem Streckennetz stattfindende Fahrten beispielsweise hinsichtlich einer Einhaltung erlaubter Höchstgeschwindigkeiten oder der Befolgung signalisierter Befehle überwachen, um gegebenenfalls automatische Schutzreaktionen auszulösen. So können etwa Triebfahrzeuge, welche ein Halt zeigendes Signal überfahren, selbsttätig zum Stillstand gebracht werden.

In Zukunft wird der automatische Zugbetrieb (Automatic Train Operation, ATO) auf Grundlage des ECTS gebaut.
Punktförmige Zugbeeinflussung Die im Schienenverkehr verwendete punktförmige Zugbeeinflussung ist eine diskontinuierliche Methode zur Sicherung des Fahrens im festen Raumabstand. Die Zugbeeinflussung erfolgt ortsfest, daher punktförmig. Ihr Einsatz ist nur bis zu einer Höchstgeschwindigkeiten von 160 km/h zulässig.
Global System for Mobile Communication
Der GSM-Standard (Global System for Mobile Communication) - ursprünglich ein rein europäisches Mobilfunkkonzept - hat inzwischen weltweite Verbreitung gefunden. In Deutschland nutzen die Mobilfunknetzanbieter Deutsche Telekom, Vodafone und Telefonica mit ihren Mobilfunknetzen gegenwärtig die Frequenzbereiche GSM 900 und GSM 1800.
Motorisierter Individualverkehr Als motorisierter Individualverkehr (MIV) wird die Nutzung von Pkw und Krafträdern im Personenverkehr bezeichnet. Der MIV, als eine Art des Individualverkehrs (IV), eignet sich besonders für größere Distanzen und alle Arten von Quelle-Ziel-Beziehungen, da dieser zeitlich als auch räumlich eine hohe Verfügbarkeit aufweist. Verkehrsmittel des MIV werden von einer einzelnen Person oder einem beschränkten Personenkreis eingesetzt. Der Nutzer ist bezüglich der Bestimmung von Fahrweg, Ziel und Zeit frei (örtliche, zeitliche Ungebundenheit des MIV).
Modal Split
Modal Split wird in der Verkehrsstatistik die prozentuale Verteilung des Personen- und Güterverkehrs auf verschiedene Verkehrsmittel (Modi) genannt. Der Modal Split ist Folge des Mobilitätsverhaltens der Menschen und der wirtschaftlichen, insbesondere der verkehrlichen Entscheidungen von Unternehmen.
Seehafenhinterlandverkehr Als Seehafenhinterlandverkehr werden im Allgemeinen der Zu- und Ablaufverkehr der Seehäfen mit den Verkehrsträgern Straße, Schiene und Binnen- bzw. Küstenschiff zu den Wirtschaftszentren im Binnenland bezeichnet.
Triebfahrzeug
Ein Triebfahrzeug (Tfz) ist ein einzelnes Regeleisenbahnfahrzeug mit einem eigenen Fahrzeugantrieb (Lokomotiven, Triebwagen). Eine Sonderform bilden Triebköpfe, die in einem fest gekoppelten Triebzug zusammen mit antriebslosen Mittel- und Steuerwagen betrieben werden. Lokomotiven kommen normalerweise im Verbund mit gekoppelten Reisezug- oder Güterwagen zum Einsatz. Triebwagen sowie auch Triebzüge werden als gekoppelten Einheiten gleichen Typs in sogenannten Triebwagenzügen eingesetzt. Weitere Tfz sind Kleinlokomotive und selbstfahrende Nebenfahrzeuge.
Entwurfsgeschwindigkeit
Die Entwurfsgeschwindigkeit ve ist beim Entwurf von Verkehrswegen ein Richtwert, der zur bautechnischen Bemessung der Wegführung bestimmt wird. Die Entwurfsgeschwindigkeit beeinflusst verschiedene Parameter wie zum Beispiel Kurvenmindestradius, Längs- und Querneigung, Höchstlänge von Geraden, Klothoidenparameter und Kuppen- und Wannenmindesthalbmesser.
GSM-R Global System for Mobile Communication for Railways; vom GSM Standard (GSM2+) abgeleitete Variante für einen Standard für den Betriebsfunk der Eisenbahnen. Technologisch stellt GSM-R eine Kommunikationslösung für eine nichtöffentliche Nutzergruppe dar. GSM-R arbeitet auf anderen Frequenzen als das Grundsystem und nutzt die für Betriebsfunk reservierten Frequenzbereiche. GSM-R wird seit 1997 von verschiedenen europäischen Bahnverwaltungen eingesetzt.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?359039

Gedruckt am Dienstag, 27. September 2022 23:36:05