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Vergleichende Darstellung der beiden spurgebundenen Hochgeschwindigkeitsbahnen ICE und Transrapid

Diplomarbeit 2001 146 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Fahrzeugtechnik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis:

Vorwort

Verzeichnis der Abkürzungen

Verzeichnis der Bilder

Verzeichnis der Tabellen

1 Einleitung

2 Technisches Prinzip der Verkehrssysteme
2.1 Rad/Schiene-Technik
2.1.1 Historische Entwicklung
2.1.2 Technische Grundlagen
2.2 Magnetfahrtechnik
2.2.1 Entwicklungsphasen
2.2.2 Varianten der Magnetbahnsysteme
2.2.3 Funktionsprinzip bei der Transrapidtechnologie
2.3 Systembewertung

3 Fahrzeuge
3.1 ICE
3.1.1 Fahrzeuggenerationen
3.1.1.1 ICE/V
3.1.1.2 ICE 1
3.1.1.3 ICE 2
3.1.2 Fahrzeugdaten und Besonderheiten des ICE 3
3.1.3 Elektrische und dieselelektrische Triebzüge der ICE-Familie mit Neigetechnik
3.1.3.1 Entwicklungsmotivation
3.1.3.2 Neigetechnik
3.1.3.3 ICE T
3.1.3.4 ICE TD
3.1.4 Zugkonfigurationen
3.2 Transrapid
3.2.1 Entwicklungsstufen
3.2.2 Fahrzeugdaten und Eigenschaften des TR 08
3.2.3 Zugkonfiguration
3.3 Vergleichende Zusammenfassung

4 Fahrwege
4.1 Fahrweg für den ICE
4.1.1 Allgemeines
4.1.2 Bauweise
4.1.2.1 Erdkörper
4.1.2.2 Oberbauformen
4.1.2.2.1 Schotteroberbau
4.1.2.2.2 Feste Fahrbahn
4.1.3 Weichen
4.1.4 Signaltechnik
4.2 Fahrweg für den Transrapid
4.2.1 Kenndaten des Transrapidfahrweges
4.2.2 Bauweisen
4.2.2.1 Aufgeständerter Fahrweg
4.2.2.2 Ebenerdiger Fahrweg
4.2.2.3 Baustoffe für die Fahrwegkonstruktion
4.2.3 Weichen
4.2.4 Möglichkeiten und Grenzen der Verknüpfungsfähigkeit mit anderen Verkehrsmitteln
4.3 Trassierungselemente der beiden Fahrwege
4.4 Vergleichende Zusammenfassung

5 Technische Ausrüstung
5.1 Antriebs- und Bremssysteme
5.1.1 Allgemeines
5.1.2 Antriebssystem beim ICE
5.1.3 Bremssysteme beim ICE
5.1.4 Antriebs- und Bremssystem des Transrapid
5.2 Energetische Aspekte
5.2.1 Energieversorgung des ICE 3 und ICE T
5.2.1.1 Hauptstromversorgung für die Traktionsausrüstung
5.2.1.2 Bordnetzversorgung
5.2.2 Elektrische Ausrüstung des ICE TD
5.2.3 Elektrische Energieversorgung beim System Transrapid
5.2.3.1 Energieversorgung des Linearmotors
5.2.3.2 Bordnetzversorgung
5.2.4 Bauweise der Stromrichter
5.3 Fahrzeugfederungssysteme
5.3.1 Die gefederten Drehgestelle des ICE
5.3.2 Feder- und Dämpfungssystem des Transrapid
5.4 Zusammenfassende Beurteilung der technischen Ausrüstung und deren Leistungsfähigkeit

6 Umweltverträglichkeit
6.1 Energieverbrauch
6.2 Lärmemissionen
6.3 Flächenverbrauch und Landschaftszerschneidung
6.4 Zusammenfassende Bewertung

7 Betrieb und Schnittstellen
7.1 Leittechnik
7.1.1 Betriebsleittechnik des ICE
7.1.2 Betriebsleittechnik beim System Transrapid
7.2 Sicherheit
7.3 Systemspezifische Problemstellungen
7.3.1 Fahrweganpassung an die Bedürfnisse des ICE
7.3.2 Mischbetrieb auf den Neubaustrecken als Hemmnis für den ICE
7.3.3 Windanfälligkeit
7.3.4 Einbindung in das Gesamtverkehrsnetz – Kompatibilität
7.3.5 Fehlende Betriebserfahrungen mit dem Transrapid

8 Wirtschaftlichkeitsanalyse
8.1 Allgemeines
8.2 Ausgewählte Daten zum Vergleich

9 Zukunftsaussichten
9.1 Fragestellungen zur grundlegenden Notwendigkeit eines Hochgeschwindigkeitsverkehrsnetzes
9.1.1 Analyse der Standpunkte
9.1.2 Akzeptanzprobleme in der Bevölkerung
9.1.3 Interessensgruppen
9.1.4 Ergebnis
9.2 Anwendungsstrecken
9.2.1 ICE-Verbindungen
9.2.2 Transrapid-Projekte
9.3 Exkurs: Konkurrenzverkehrssysteme
9.3.1 Rad/Schiene Technik
9.3.1.1 Hochgeschwindigkeitsverkehr
9.3.1.1.1 Der Train à Grande Vitesse (TGV)
9.3.1.1.2 Andere Hochgeschwindigkeitszüge
9.3.1.2 Regionalverkehr
9.3.2 Magnetfahrtechnik
9.3.3 Motorisierter Individualverkehr und Flugzeug
9.4 Resümee und Zukunftsperspektiven
9.4.1 Fazit
9.4.2 Zukunft der Rad/Schiene-Technik im Hochgeschwindigkeitsverkehr
9.4.3 Chancen für den Transrapid
9.4.4 Ausblick

10 Zusammenfassung Fehler! Textmarke nicht definiert

Anhang

Verzeichnis der verwendeten Literatur

Vorwort

Der Verkehr mit allen seinen positiven und negativen Begleiterscheinungen und Auswirkungen verfügt über eine beträchtliche Relevanz für den Alltag der Menschen. Allein schon der stetige Verkehrszuwachs in den letzten Jahren verlangt nach intensiveren Auseinandersetzungen mit dieser Problematik. Neben grundsätzlichen Untersuchungen über die Unumgänglichkeit und die Zweckmäßigkeit dieses Phänomens sind Fragestellungen über Möglichkeiten zu einer verträglicheren Abwicklung dieser Verkehrsströme zunehmend von Interesse. Und das nicht nur für einen kleinen Teil der Gesellschaft, sondern für die Gesamtheit der Bevölkerung. Die positiven und negativen Auswirkungen des Hochgeschwindigkeitsverkehrs betreffen jeden einzelnen, dies gilt indirekt auch für Personen, die nicht daran partizipieren. Trotzdem nimmt der Verkehrssektor im Bereich Bauingenieurwesen oftmals nur eine untergeordnete Rolle ein. Zusätzlich reduziert sich der Betrachtungsschwerpunkt meistens auf den Verkehrswegebau (Bahnbau + Straßenbau) und läßt Fragen der Verkehrsplanung im Hintergrund. - Demnach handelt es sich hier um eine Arbeit, die keineswegs ein klassisches Bauingenieurthema als Gegenstand der Betrachtung untersucht. Die Vernachlässigung dieses Teilbereiches widerspricht der immensen Bedeutung des Wissenschaftszweiges Verkehr für den Menschen.

Die Interdisziplinarität der Themenstellung äußert sich in der Zahl der Fachdisziplinen, die hierbei eine Rolle spielen. Die technischen Gesichtspunkte der beiden Verkehrssysteme bilden das Grundgerüst und somit den Hauptteil dieser Arbeit. Neben den ingenieurwissenschaftlichen Bereichen Elektrotechnik, Maschinenbau und Bauingenieurwesen wurden auch sozialwissenschaftliche, ökonomische, ökologische und verkehrsgeographische Aspekte mit eingeflochten. Der Reiz dieser Aufgabe bestand darin, diese unterschiedlichsten Erkenntnisse zusammenzutragen und zu einem Gesamtkonzept zu verknüpfen.

Die vorliegende Diplomarbeit erhebt keineswegs den Anspruch die Thematik erschöpfend zu behandeln. Dies ist aufgrund der Komplexität und Vielschichtigkeit der hierzu relevanten Einzelheiten in dem gebotenen Rahmen auch nicht möglich. Vielmehr wurde versucht eine umfassende Darstellung der wichtigsten Zusammenhänge zu entwerfen, ohne sich dabei zu sehr im Detail zu verlieren. Nur bei den für das Verständnis wichtigeren Teilaspekten wurde tiefer auf die technologischen Hintergründe eingegangen.

Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. Bösl für die ausgezeichnete Betreuung während der Anfertigungsphase, sowie meiner Lebensgefährtin Birgit für das Korrekturlesen.

Deggendorf, im Dezember 2001

Verzeichnis der Abkürzungen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Verzeichnis der Bilder

Bild 2.1: Darstellung der wichtigsten Komponenten bei der Magnetbahn Transrapid im Querschnitt (Quelle: MVP)

Bild 2.2: Gegenüberstellung der Systemprinzipien (Quelle: TRI)

Bild 4.1: Lichtraumprofil GC für NBS (Quelle: Fiedler, J.: Bahnwesen, S. 70)

Bild 4.2: Aufbau einer Festen Fahrbahn (Quelle: Matthews, V.: Bahnbau, S. 172)

Bild 4.3: Einfache Weiche mit den wichtigsten Bezeichnungen (Quelle: Zilch, K. et. al. (Hrsg.): Handbuch für Bauingenieure, S. 7-36)

Bild 4.4: Fahrwegausrüstung beim Transrapid (Quelle: MVP)

Bild 4.5: Lichtraumprofil für den Transrapid (Quelle: Matthews, V.: Bahnbau, S. 64)

Bild 4.6: Prinzipdarstellung einer Schnellfahrweiche (Quelle: TRI)

Bild 5.1: Prinzipdarstellung des Langstators (Quelle: MVP)

Bild 5.2: Blockschaltbild ICE 3 (Quelle: Weschta, A.: Die elektrische Ausrüstung ..., S. 6)

Bild 5.3: Vergleich der Beschleunigungszeiten (eigene Darstellung, Quelle: IFB)

Bild 5.4: Vergleich der Beschleunigungswege (eigene Darstellung, Quelle: IFB)

Bild 6.1: Energieverbrauch bei 100% Auslastung (eigene Darstellung, Quelle: MVP)

Bild 6.2: Spezifischer Energiebedarf pro Sitzplatz (eigene Darstellung, Quelle: TRI)

Bild 6.3: Typische Werte der CO2-Emissionen bezogen auf je 100 Sitzplatzkilometer (eigene Darstellung, Quelle: TRI)

Bild 6.4: Vorbeifahrpegel in 25 m Abstand im Vergleich (eigene Darstellung, Quelle: TRI)

Bild 7.1: Fahrzeugsteuerung des Transrapid (Quelle: MVP)

Bild 9.1: Verkehrsentwicklung des ICE (eigene Darstellung, Quelle: Jänsch, E.: Seit 10 Jahren Hochgeschwindigkeitsverkehr in Deutschland, S. 61)

Verzeichnis der Tabellen

Tabelle 2.1: Vergleich der beiden wichtigsten Magnetbahnsysteme (Quelle: Mnich, P.: Die Bahnen und die Magnetfahrtechnik in Japan und Deutschland, S. 816-823)

Tabelle 3.1: Technische Daten des ersten deutschen serienreifen Hochgeschwindigkeitszuges (Quelle: Martinsen, W. O., Rahn, T. (Hrsg.): ICE – Zug der Zukunft, S. 54 und Die ICE-Familie, S. 41)

Tabelle 3.2: Technische Daten des ICE 2 (Halbzug) (Quelle: Martinsen, W. O., Rahn, T. (Hrsg.): ICE – Zug der Zukunft, S. 117 und Die ICE-Familie, S. 41)

Tabelle 3.3: Zeitlichen Verlauf der Weiterentwicklung der ICE-Familie (Quelle: DB AG)

Tabelle 3.4: Gelungene Verbesserungen des ICE 3 im Vergleich zu seinem Vorgänger ICE 1 (Quelle: Siemens AG)

Tabelle 3.5: Fahrzeugdaten der aktuellen Versionen des ICE 3 (Quelle: Siemens AG)

Tabelle 3.6: Technische Daten des ICE T (Quelle: Konsortium IC NeiTech)

Tabelle 3.7: Technische Daten des ICE TD (Quelle: Konsortium ICT-VT)

Tabelle 3.8: Technische Daten der ersten Transrapidgenerationen (Quelle: Heinrich, K., Kretschmar, R. (Hrsg.,): Magnetbahn Transrapid, S. 111)

Tabelle 3.9: Technische Daten des TR 05 (Quelle: MVP)

Tabelle 3.10: Vergleich der drei jüngsten Transrapid-Fahrzeuggenerationen (Quelle: MVP)

Tabelle 3.11: Technische Daten des TR 08 (Quelle: TRI und MVP)

Tabelle 3.12: Variantenübersicht des TR 08 (Quelle: TRI)

Tabelle 3.13: Gegenüberstellung der spezifischen Leistungsdaten (Quelle: IFB und Wagner, R.: Technologische Perspektiven für Fahrzeuge im spurgeführten Hochgeschwindigkeitsverkehr, S. 11)

Tabelle 4.1: Zusammenstellung der Trassierungsparameter (Quelle: TRI und Rath, A.: Möglichkeiten und Grenzen der Durchsetzung neuer Verkehrstechnologien ..., S. 41)

Tabelle 5.1: Antriebsleistung des ICE 3 (Mehrsystemausführung) in Abhängigkeit vom Stromsystem (Quelle: DB AG, Siemens AG)

Tabelle 5.2: Vergleich der technischen Ausrüstung von ICE und Transrapid (Quelle: IFB)

Tabelle 6.1: Flächenbedarf im Vergleich (Quelle: TRI)

Tabelle 9.1: Geplante NBS/ABS in Deutschland (Quelle: Bundesverkehrsministerium (Hrsg.): Bericht zum Ausbau der Schienenwege 2000)

1 Einleitung

Die Mobilität nimmt in unserer Gesellschaft eine herausragende Stellung ein. Die Globalisierung, als beherrschendes Phänomen unserer Zeit, bringt – unabhängig von ihrer Bewertung[1] – eine zunehmende Vernetzung der Völker und Staaten dieser Erde mit sich. Die rasante Entfaltung der überregionalen und internationalen Beziehungen macht auch vor dem Verkehrssektor nicht halt. Diese Entwicklung führt zu einem wachsendem Bedarf an integrierten Verkehrsangeboten, die den Wünschen und Bedürfnissen der Menschen Rechnung tragen, denn ein einzelnes Verkehrsmittel für sich ist schon längst nicht mehr in der Lage, die riesigen Verkehrsströme zu bewältigen. Einen Teilbereich des Gesamtverkehrsnetzes stellen die noch relativ jungen Hochgeschwindigkeitsbahnen[2] dar, deren deutsche Versionen im Mittelpunkt dieser Betrachtung stehen. Hierbei handelt es sich zu einen um den Intercity Expreß (ICE), als Vertreter der herkömmlichen Rad/Schiene-Technologie und zum anderen um die Magnetschnellbahn Transrapid, die ein völlig neuartiges Verkehrssystem repräsentiert.

Die vorliegende Abhandlung bemüht sich um eine Darstellung der wichtigsten Gesichtspunkte zu diesen beiden Entwicklungen auf dem Gebiet der spurgebundenen Hochgeschwindigkeitsbahnen und setzt sie in Vergleich zueinander, um Systemvorteile erkennen und die zukünftigen Entwicklungen abschätzen zu können. Dabei legt sie –entsprechend der Bedeutsamkeit der Thematik – großen Wert auf eine ganzheitliche Betrachtungsweise der Verkehrsmittel, da die technischen Gesichtspunkte allein, nur geringe Aussagekraft für deren Eignung als zukunftsweisendes Verkehrssystem in sich bergen.

Die Anzahl der Veröffentlichungen zum vorliegenden Thema ist - der Wichtigkeit für die Gesellschaft entsprechend - sehr groß. Jedoch beschränkt sich die Zahl der wirklich informativen Fachliteratur hinsichtlich der technologischen Hintergründe dieser beiden Verkehrsysteme auf einige wenige Standardwerke. Vielfach sind die einzelnen Abhandlungen durch eine oberflächliche Darstellung von Einzelaspekten gekennzeichnet. Nicht zuletzt durch die unterschiedlichen politischen Standpunkte, welche eine Polarisierung der Ansichten bewirken, sind eine Reihe der Aufsätze und Schriften zu diesem Themenkomplex in sehr einseitiger, verengender Art und Weise abgefaßt. Ein Großteil der Publikationen stammt von unmittelbaren Beteiligten der Herstellerfirmen oder aus deren Umfeld, so daß oftmals eine gewiße Abhängigkeit von Firmeninteressen nicht zu verkennen ist. Dieser Beitrag bemüht sich um eine Versachlichung der oftmals hitzig geführten Debatte um das Für und Wider der schnellen Bahnen. Dabei wird bewußt ein breiterer Blickwinkel gewählt, der zu einer objektiveren Sichtweise führt, als dies bei zahlreichen anderen Arbeiten zum Themenkreis Hochgeschwindigkeitsverkehr der Fall ist.

Ziel dieser Arbeit ist es, die relevanten Fakten aus dieser Flut von Informationsangeboten herauszufiltern, sie zu verifizieren - soweit dies aus der Sicht des Autors möglich ist –, sie in kompakter Form darzustellen und zu bewerten.

2 Technisches Prinzip der Verkehrssysteme

Verkehrsmittel, welche Personen und/oder Güter auf spurgebundenen Fahrbahnen befördern, werden gemeinhin als Bahnen bezeichnet. Den Nachteil, daß sie nur dorthin gelangen können wo ihnen auch ein (meist relativ aufwendiger) Fahrweg zur Verfügung steht, kompensieren sie gegenüber anderen Verkehrssystemen (motorisierter Individualverkehr, Flugzeuge) dadurch, daß sie durch hohe Kapazitäten pro Querschnitt, große Verkehrsströme wirtschaftlich bewältigen können und damit eine hohe Leistungsfähigkeit besitzen.

Bahnen werden hinsichtlich der technologischen Prinzipien unterschieden in:

- Eisenbahnen[3] (ICE)
- Magnetschwebebahnen (Transrapid).
- Seilbahnen
- Zahnradbahnen[4]

Die beiden deutschen Hochgeschwindigkeitsbahnen ICE und Transrapid basieren auf unterschiedlichen Technologien. In der Folge liegt ein Großteil der Unterschiede dieser beiden Verkehrssysteme an systemimmanenten Spezifika. Charakteristisch für beide sind die vergleichsweise hohen Geschwindigkeiten für spurgebundene Verkehrsmittel. Im Gegensatz zum ICE, welcher gewissermaßen die höchste Entwicklungsstufe einer über hundertjährigen Technik verkörpert, ist der Transrapid die - bisher - einzige Produktform innerhalb seines Technologiespektrums, die zur kommerziellen Anwendung kommt. Dieser Umstand stellt einen wesentlichen Vorteil für den ICE dar, da die Grundprinzipien der dahintersteckenden Technik seit Jahrzehnten bekannt sind.

2.1 Rad/Schiene-Technik

2.1.1 Historische Entwicklung

Bereits im Jahre 1803 wurde in England die erste Dampflokomotive für Gleisbetrieb entwickelt. Der Betrieb auf der weltweit ersten öffentlichen Eisenbahnstrecke zwischen Stockton und Darlington konnte im September 1825 aufgenommen werden. Diese neuartige Technologie schwappte bald darauf über den Ärmelkanal nach Deutschland, so daß hier 1835 die erste Eisenbahnstrecke zwischen Nürnberg und Fürth fertiggestellt und in Betrieb genommen werden konnte.[5] Erst nahezu hundert Jahre später (1931) war die technische Entwicklung so weit fortgeschritten, daß der sog. „Fliegende Hamburger“ auf der Strecke Berlin – Hamburg eine Durchschnittsgeschwindigkeit von annähernd 200 km/h erreichte.[6]

Das Zeitalter der Hochgeschwindigkeitsbahnen begann in Japan im Jahre 1964 mit dem Shinkansen, der zwischen Tokio und Osaka erstmals 220 km/h fuhr. Aufgrund seiner großen wirtschaftlichen Erfolge, wurden nach und nach auch in Europa und Nordamerika (mit mehr oder weniger großen Erfolgen) Hochgeschwindigkeitszüge und die dafür erforderlichen Fahrwege entwickelt. Im Jahre 1981 startete in Frankreich der Hochgeschwindigkeitsverkehr mit dem TGV auf der Strecke Paris – Lyon. In Deutschland begann dieses neue Verkehrszeitalter erst im Jahre 1991 mit dem betrieblichem Einsatz des ICE.[7] Die Schnellbahnentwicklungen in anderen Ländern waren weniger erfolgreich. Erstaunlicherweise avancierte von den drei oben genannten weltweit führenden Hochgeschwindigkeitszügen bisher nur der TGV zu einem Exportschlager und das, obwohl er gegenüber dem ICE über nicht unwesentliche Nachteile verfügt. Die weitere Entwicklung bleibt abzuwarten, jedenfalls geht der Ausbau des Hochgeschwindigkeitsverkehrsnetzes (vgl. Anhang 1) kontinuierlich weiter, mit dem Ziel, eine europaweite Ausdehnung zu erreichen.

2.1.2 Technische Grundlagen

Beim Rad/Schiene-System werden die Kräfte der Eisenbahn mittels Formschluß und Reibung auf den Fahrweg übertragen.

Der Radsatz, welcher als Verbindungselement zwischen Zugwagen und Schiene fungiert, erfüllt dreierlei Aufgaben: das Tragen, das Führen und das Übertragen der Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte. Er besteht aus zwei auf der Achse aufgeschrumpften Rädern und der Achse selbst. Die Formgebung von Rädern und Schienen ist so aufeinander abgestimmt, daß eine sichere Spurführung in der Geraden und im Gleisbogen gewährleistet wird.

Um Zwängungen zwischen den Schienenkopfflanken und den Spurkränzen (welche zwischen den Schienen laufen und für die Spurführung verantwortlich sind) zu vermeiden, ist ein gewisses Spurspiel erforderlich. Bei Schnellfahrstrecken für den ICE beträgt es in der Geraden 7 mm. Die zulässigen Toleranzen beim Spurspiel betragen bei solchen Strecken –2/+3 mm. Daraus ergeben sich die Grenzwerte für die Schienenkopfabnutzung, welche maßgeblich den erforderlichen Unterhaltungsaufwand bestimmen.

Zur Verschleißverminderung in der Geraden sind die Schienen im Verhältnis 1:40 zueinander geneigt und die Radreifen in der Form eines Kegelstumpfes ausgebildet. Dadurch stellt sich der Sinuslauf des Radsatzes ein, d. h. der Radsatz pendelt sinusförmig zwischen den Schienen ohne daß dabei der Spurkranz am Schienenkopf anläuft. Falls dies doch einmal der Fall ist, entstehen Komfortverluste und erhöhter Verschleiß in der Folge.

Die Spurweite bei Fahrwegen, auf denen der ICE verkehrt, das sind Ausbau- und Neubaustrecken, beträgt 1435 mm. Dies entspricht der Regelspurweite in den meisten Ländern Europas und der Welt insgesamt.

Die Traktionseinrichtungen befinden sich beim Rad/Schiene-System im Fahrzeug. Die erforderliche Zugkraft, um ein Fahrzeug zu bewegen wird durch Reibung zwischen Rad und Schiene übertragen, wobei der Kraftschluß von sehr unterschiedlichen Parametern abhängig ist. Nach Mehlhorn [8] sind dies:

- Materialeigenschaften und die Oberflächenbeschaffenheit der Bauteile
- Temperatur (falls durch Reibungswärme eine Festigkeitsminderung der Bauteile auftritt)
- Flächenpressung
- Zwischenmedien (Wasser, feuchtes Laub etc.)
- Gleitgeschwindigkeit

2.2 Magnetfahrtechnik

Weltweit stehen zur Zeit lediglich in Japan und in Deutschland ernstzunehmende Magnetbahnsysteme, welche kurz davor sind oder bereits Serienreife erlangten, zur Verfügung. In zahlreichen anderen Ländern[9] wurden die Erprobungen mit dieser Technologie früher oder später wieder aus den unterschiedlichsten Gründen eingestellt.[10]

Somit streiten sich zukünftig die deutsche Version (der Transrapid) und die japanische Version das (MLU-System[11] ) um die weltweite Marktführerschaft auf diesem Techniksegment.

2.2.1 Entwicklungsphasen

Mit der Anmeldung des Patentes Nr. 643316 leitete der deutsche Elektrotechnikingenieur Hermann Kemper im Jahre 1934 den Beginn einer neuen Verkehrstechnologie ein. Damals entdeckte er die grundsätzliche Möglichkeit einer „Schwebebahn mit räderlosen Fahrzeugen, die an eisernen Fahrschienen mittels magnetischer Felder schwebend entlang geführt werden“[12].

Erst Jahrzehnte später gab das Bundesverkehrsministerium eine Studie in Auftrag, welche zum Ziel hatte, die Möglichkeiten der Entwicklung und Einführung einer Hochleistungsschnellbahn (HSB) in Deutschland zu untersuchen. Der Abschluß dieser Studie im Jahre 1972 leitete die industrielle Forschungstätigkeit auf diesem Gebiet ein. Der Systementscheid (vgl. Kap. 2.2.2.) zugunsten der Elektromagnetischen Schwebetechnik durch die Bundesregierung erfolgte im Jahr 1977. Die daraufhin einsetzende Bündelung der Anstrengungen auf diese bestimmte Zielrichtung führte schon sehr bald zu ersten Erfolgen. Schon zwei Jahre später folgte die weltweit erste betriebliche Anwendung einer Magnetschwebebahn für den Personenverkehr im Rahmen der Internationalen Verkehrsausstellung in Hamburg.[13]

Währenddessen nahm auch die Magnetbahnforschung in Japan eine rasante Entwicklung. 1979 erreichte das Magnetschwebefahrzeug ML 500 den bis vor kurzem[14] gültigen Geschwindigkeitsrekord für solche Fahrzeuge mit 517 km/h.[15]

Seit 1984 steht mit der Transrapid-Versuchsanlage im Emsland (TVE) eine Teststrecke für den anwendungsnahen Dauerbetrieb in Deutschland zur Verfügung. Einen ähnlichen Verlauf nahm die Entwicklung in Japan. Die Versuche anderer Länder (z.B. Italien, USA und Brasilien), in diesem Technologiespektrum Fuß zu fassen, verliefen weniger erfolgreich.

Von Anfang an stand die Magnetfahrtechnik in Konkurrenz zur wesensverwandten, längst etablierten Rad/Schiene-Technik. Nachdem die, für ein neuartiges Verkehrssystem besonders wichtige, erste Anwendungsstrecke nicht wie geplant zwischen Berlin und Hamburg gebaut wurde, schien diese Technologie in Deutschland schon vor dem endgültigen Aus zu stehen. Erst die positive Nachricht von der Vertragsunterzeichnung in China sorgte für ein Aufatmen bei den Befürwortern der Magnetschwebebahn. Dort entschied man sich eine Flughafenanbindung an das Zentrum von Schanghai mit dem deutschen Transrapid zu vollziehen, was zwar nicht, wie vielfach behauptet, den internationalen Durchbruch, aber zumindest eine mittelfristige Konsolidierung für diese Technologie bedeutet.

2.2.2 Varianten der Magnetbahnsysteme

Grundsätzlich werden bei der Magnetfahrtechnik drei verschiedene Systeme unterschieden:

- Elektrodynamische Schwebetechnik (EDS)
- Elektromagnetische Schwebetechnik (EMS)
- Permanent Magnetische Schwebetechnik (PMS)

Die beiden erstgenannten Systeme werden derzeit angewendet. In Japan entschied man sich mit dem MLU-System für das EDS-Prinzip.

Beim Transrapid in Deutschland verwendet man die EMS als Grundlage. Dabei wird das Fahrzeug „mit Elektromagneten zum Tragen und Führen ausgerüstet, die bandförmig links und rechts entlang des Fahrzeuges angeordnet sind. Zwischen diesen Magneten und den am Fahrweg angebrachten ferromagnetischen Reaktionsschienen (...) bilden sich anziehende Magnetkräfte“[16]. Hierbei ist, im Gegensatz zum EDS, kein Räderfahrwerk erforderlich.

Tabelle 2.1: Gegenüberstelllung der beiden wichtigsten Magnetbahnprinzipien (Quelle: Mnich, P.: Die Bahnen und die Magnetfahrtechnik in Japan und Deutschland, S. 816-823)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten[17]

Die Forschungstätigkeit mit dem PMS-System wurde in Deutschland – nach einvernehmlicher Favorisierung der EMS-Technologie - bewußt eingestellt, in Japan erzwungenermaßen, da wegen eines Erdbebens im Gebiet der einzigen Produktionsstätte so großer Schaden entstand, daß diese Variante zur Zeit nicht weiter verfolgt werden kann.[18]

2.2.3 Funktionsprinzip bei der Transrapidtechnologie

Die Magnetschwebebahn Transrapid verfügt über ein berührungsfreies elektromagnetisches Trag- und Führsystem. Zur Aufnahme der Kräfte ist auch hier ein Fahrweg erforderlich. Das Fahrzeug wird beidseitig durch unterhalb des Fahrweges angeordnete Tragmagnete gehalten, so daß sich zwischen Fahrzeug und Fahrweg ein konstanter Abstand, Magnetspalt genannt, von ca. 10 mm einstellt.

Der Abstand zwischen der Fahrwegober- und der Fahrzeugunterseite beträgt im Schwebezustand 15 cm (Das Fahrzeug schwebt im gesamten Betriebszustand, lediglich an Bahnsteigen wird es abgesenkt). Seitlich wird es durch Führmagnete fixiert und in der „Spur“ gehalten.

Das ganze System beruht auf der anziehenden Wirkung zwischen den im Fahrzeug angeordneten einzeln elektronisch geregelten Elektromagneten und den Reaktionsschienen – den sog. Statorpaketen[19] - mit ferromagnetischen Eigenschaften.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 2.1: Darstellung der wichtigsten Komponenten bei der Magnetbahn Transrapid im Querschnitt (Quelle: MVP)

Der Abstand zwischen den beiden Außenflächen der Seitenführungsschienen einer Spur entspricht bei Magnetschwebebahnen der Spurbreite. Beim Transrapid beträgt dieses Maß 2800 G 2 mm. Somit ergibt sich für den Transrapid eine größere Breite als beim ICE.

Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal zur Rad/Schiene-Technik stellt die Anordnung der Antriebseinrichtungen dar. Sie befinden sich bei der Magnetfahrtechnik weitestgehend im Fahrweg und nicht im Fahrzeug, was eine deutliche Gewichtsersparnis für die Transrapidfahrzeuge zur Folge hat. Die Fahrwegausbildung wird natürlich im Gegenzug aufwendiger und kostenintensiver.

2.3 Systembewertung

Grundsätzlich sind Freiheitsgrade bei Bahnsystemen nur eingeschränkt vorhanden. Durch das Spurführungssystem ist der Fahrweg und somit die möglichen Fahrziele fest vorgegeben. Lediglich an fest definierten Fahrwegverzweigungen (Weichen) kann die vorgegebene Richtung gewählt werden.[20]

Betrachtet man ausschließlich die Funktionsprinzipien (vgl. Bild 2.2) der beiden Hochgeschwindigkeitsbahnen, so lassen sich eindeutige Systemvorteile für die Magnetfahrtechnik und damit für den Transrapid erkennen.

Die Rad/Schiene-Technik stößt bei Geschwindigkeiten über 300 km/h an ihre Grenzen. Mit zunehmender Geschwindigkeit entsteht durch den Rollvorgang und die Spurführung erhöhter Verschleiß an den Spurkränzen sowie am Gleiskörper. Die Geräuschentwicklung, die Bodenerschütterungen und der hohe erforderliche Aufwand für die Fahrweginstandhaltung lassen auch in Japan, dem Land mit der größten Erfahrung im Schnellbahnverkehr, Betriebsgeschwindigkeiten deutlich über 300 km/h bisher nicht zu. Die Antriebsaggregate müßten derart überdimensioniert werden um die Fahrwiderstände zu überwinden, daß kaum mehr Nutzlast befördert werden könnte.[21]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 2.2: Gegenüberstellung der Systemprinzipien (Quelle: TRI)

Bei der berührungsfreien Magnetfahrtechnik entfällt der Verschleiß von Fahrzeug und Fahrweg durch Reibung, was sich sehr positiv auf die Instandhaltungskosten auswirkt. Ebenso entfällt das Rollgeräusch. Hinsichtlich der bei hohen Geschwindigkeiten maßgeblichen Aerodynamik des Fahrzeugs sind die Gestaltungsmöglichkeiten beim Transrapid durch die größere Fahrwegbreite wesentlich flexibler als beim ICE, der aufgrund seiner Abhängigkeit von der Spurweite nur einen geringen Spielraum in diesem Zusammenhang besitzt.

Somit scheinen die Chancen für die Magnetfahrtechnik, die Lücke im Verkehrsangebot zwischen Flugzeug und Individualverkehr langfristig schließen zu können, erheblich günstiger zu sein als für die von vielen als „veraltet“ und schwerfällig angesehene Rad/Schiene-Technik.

Jedoch ist zu beachten, daß dem ICE kurzfristig ein nicht unerheblicher Vorteil dadurch entsteht, daß seine Technik schon seit Jahren praxiserprobt und seine Funktionsweise uneingeschränkt nachgewiesen ist. Inwieweit die Transrapidtechnologie einwandfrei funktionieren kann, wird sich wohl erst nach der Betriebsaufnahme auf der ersten Anwendungsstrecke zeigen, wenngleich es in der Theorie keine größeren Probleme mehr zu geben scheint.

3 Fahrzeuge

Eines der wichtigsten Kriterien für die Thematik dieser Arbeit stellen die Fahrzeuge selbst dar. Wenngleich sich die aktuellen Modelle - der ICE 3 und der TR08 - auf den ersten Blick optisch nur geringfügig unterscheiden, da sie beide weiß lackiert und mit einem markanten roten, durchgängigen Farbband versehen sind (zusätzlich ziert beide Fahrzeuge das Logo der DB AG), gibt es doch erhebliche Unterschiede bezüglich der in ihnen steckenden Technik.

3.1 ICE

3.1.1 Fahrzeuggenerationen

Beginnend mit dem Versuchsfahrzeug ICE/V (Intercity Experimental) erfolgte eine kontinuierliche Weiterentwicklung der deutschen Version des Hochgeschwindigkeitszuges. Dabei beschränkte sich die Forschungstätigkeit keineswegs nur auf den Zug selbst und seine bestmögliche Anpassung an die gegebenen Verhältnisse, sondern sie umfaßte zusätzlich die Suche nach Verbesserungsmöglichkeiten auf den Gebieten Fahrweg und dessen optimales Zusammenspiel mit dem Fahrzeug, Betriebsleittechnik, Energieversorgung und Umweltverträglichkeit, sowie die Optimierung des ganzen Systems ICE, im Zusammenhang mit der Vernetzung mit den nationalen und internationalen Betriebsabläufen. Mittlerweile ist der ICE als Flaggschiff der DB AG fest und erfolgreich in den Verkehrsmarkt integriert und steht, wenn auch nicht ganz unumstritten, symbolisch für den hohen technischen Standard der deutschen Ingenieurskunst auf dem Gebiet der Bahnsysteme.

Der Startschuß für diese Entwicklung fiel im Jahre 1972 mit einem Förderprogramm des Bundesministeriums für Forschung und Technologie (BMFT). Inhalt dieses Programms war die Förderung der Bahntechnologie - als volkswirtschaftliche Aufgabe definiert - mit dem Ziel, die Forschungstätigkeit auf dem Rad/Schiene-Sektor zu forcieren.

Im Forschungsbereich Fahrzeug sind die Untersuchungen darauf ausgelegt, die optimale Gestaltung und Beschaffenheit der Fahrzeugkomponenten zu finden. Dies geschieht durch theoretische und experimentelle Untersuchungen mit neuartigen Werkstoffen und umfassenden Prüfungen der bereits verwendeten Materialien. Weiterhin wird die Anwendbarkeit alternativer Konstruktionsprinzipien untersucht. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei den Gesichtspunkten Gewichtsreduzierung und günstige Aerodynamik gewidmet, da diese für das schnelle Beschleunigen und die Fahrt bei hohen Geschwindigkeiten eine wesentliche Rolle spielen.

3.1.1.1 ICE/V

Parallel zu den Forschungen des Bundes begann man Mitte der 70er Jahre bei der Deutschen Bundesbahn (DB) mit den Planungsarbeiten für einen Hochgeschwindigkeitszug mit einer Spitzengeschwindigkeit von bis zu 250 km/h. Die Planungen des BMFT waren damals schon weitreichender. Sie verfolgten bereits ab dem Jahre 1979 eine Leistungsauslegung für eine Maximalgeschwindigkeit von 350 km/h für mit bis zu 400 Personen besetzte Züge. Dies führte zu einer verstärkten Einflußnahme des BMFT auf die DB, so daß sich später bei der Zusammenarbeit diese ehrgeizigeren Ziele der Regierung in den Planungskonzepten niederschlugen.

Ende 1985 ging dieser erste ICE, welcher vom optischen Erscheinungsbild bereits große Ähnlichkeit mit seinen Nachfolgern aufwies - Charakteristisch sind die aerodynamische Gestaltung des Triebkopfes, sowie das, durch die rote Farbgebung hervorgehobene, durchlaufende Fensterband der Mittelwagen - in Betrieb. Die Entscheidung fiel damals für das Triebkopfzugkonzept. Die konzeptionelle Ausrichtung dieses Zuges orientierte sich an folgenden Forderungen[22]:

- Vorgaben des Betreibers DB betreffend der betrieblichen Anforderungen hinsichtlich Trennbarkeit im Betrieb und räumlicher Konzentration des Antriebs
- Möglichkeit der Versuchsdurchführung an Komponenten und Systemen zur Funktionserprobung
- Einsatzerprobung im DB-Netz zu Demonstrationszwecken mit größtmöglicher Geschwindigkeit
- Auslegung für eine Höchstgeschwindigkeit von 350 km/h

Gebaut wurden demnach zwei Triebköpfe mit jeweils 4,2 MW Leistung, ein Mess- und zwei Demowagen, so daß der „komplette“ Zug ein Gesamtgewicht von 300 Mg erreichte.

Die erfolgreiche Testerprobung dieses Versuchs- und Demonstrationszuges symbolisiert die im Mai 1988 erreichte Rekordgeschwindigkeit von 406,9 km/h (damals Weltrekord für Schienenfahrzeuge). Daraufhin erfolgte im selben Jahr noch die endgültige Entscheidung ein auf dem ICE/V basierendes Serienfahrzeug zu bauen, welches vornehmlich auf den Neubaustrecken zum Einsatz kommen sollte.

3.1.1.2 ICE 1

Für das erste Serienfahrzeug, den ICE 1, wurden die Vorgaben des ICE/V vielfach übernommen, so auch das Triebkopfzugkonzept. Jedoch erfolgten vor allem aus kommerziellen Gründen einige Detailveränderungen (z. B. Optimierung der Sitzplatzkapazität). Einsparungen bei den Herstellungskosten erzielte man zum Beispiel dadurch, daß man den außenhautbündigen Wagenübergang durch eine günstigere Lösung, nämlich den Wagenübergang mit Doppelwellenbalg, ersetzte. Als weitere kostengünstigere Detailverbesserung gegenüber dem vorwiegend auf Versuchs- und Demonstrationszwecke ausgelegten ICE/V ist zu nennen, daß pro Radsatz nur noch zwei statt bisher drei Stahlgußbremsscheiben eingebaut wurden. An diesen genannten Veränderungen zeigt sich deutlich die kommerziellere Ausrichtung des ICE 1 gegenüber seinem Vorgänger. Darüber hinaus wurde vor allem an der Weiterentwicklung der Leistungselektronik gearbeitet. Zahlreiche kleinere Veränderungen rührten aus der Entscheidung für ein neues Instandhaltungskonzept her. Als eine der wichtigsten Detailverbesserungen gegenüber dem ICE/V, sei erwähnt, daß die Triebköpfe des ICE 1 teilweise schon mit den fortschrittlichen GTO-Leistungsstromrichtern für die digitale Steuerung des Drehstromantriebs ausgestattet sind. Ebenso wurde der bereits hohe Standard der aerodynamischen und aeroakustischen Eigenschaften, welche beide bei sehr hohen Geschwindigkeiten eine entscheidende Rolle spielen, weiter optimiert.

Wegen des hohen Tunnelanteils auf den Neubaustrecken wurde der ICE als erster europäischer Zug druckdicht konstruiert. Als Werkstoff für die Wagenkästen wurde Aluminium für die Mittelwagen und Stahl für die Triebkopfwagen verwendet. Mittels der Finite Elemente Methode (F.E.M.) wurde die Statik des Fahrzeugkastens berechnet. Dafür wurden zwölf verschiedene Lastfälle mit maximalen Spannungen von bis zu 1500 kN/m² zur Untersuchung herangezogen. Die Blechstärke der durch zahlreiche Streben und Pfosten ausgesteiften Außenwände beträgt 2,75 mm. Die Türöffnungen wurden auf die beiden gängigen Bahnsteighöhen in Deutschland (760 und 550 mm) ausgerichtet konzipiert.

Für die Betriebspraxis nicht unwesentlich war, daß der ICE die Zulassung für das Streckennetz der Österreichischen Bundesbahn und der Schweizerischen Bundesbahn erhielt. Dazu wurde für das Schweizer Streckennetz ein zweiter Stromabnehmer montiert. Für mehr Zuverlässigkeit im Alltagsbetrieb erhöhte man die Leistungsfähigkeit des Triebkopfzuges auf 4800 kW, so daß dem ICE 1 zusammengenommen 9600 kW Leistung zur Verfügung stehen. Bei den für das Fahrverhalten maßgeblichen Drehgestellen (mit einer Geschwindigkeitsauslegung auf 310 km/h) legte man großen Wert darauf, die auf die Schiene wirkenden Lasten zu begrenzen, um die Abnützung an Rad und Schiene möglichst gering zu halten[23].

Bezüglich des Komfortangebotes an die Reisenden setzte man beim ICE von Anfang an auf höchstes Niveau. Der ICE Standard wurde ganz bewußt oberhalb dessen, was das übliche IC-System bietet, angesetzt, um die angestrebte Kundschaft, welche sich überproportional aus Geschäftsreisenden zusammensetzt, damit zufriedenstellen zu können. Diese Tatsache brachte dem ICE die schon früh von Kritikern geprägte Bezeichnung ein, er sei ein „Zug von Managern, für Manager“[24]. Nebenbei bemerkt übertrifft der Reisekomfort des ICE auch deutlich den des TGV, da die SNCF für den angestrebten wirtschaftlichen Erfolg ihres Hochgeschwindigkeitszuges andere Marketingstrategien bevorzugt.

Somit begann am 2. Juni 1991 das Zeitalter des Hochgeschwindigkeitsverkehrs in Deutschland. Für den kommerziellen Betrieb wurde die Zugkonfiguration des ICE 1 auf bis zu 14 (meist 12) nicht angetriebene Mittelwagen und zwei Triebköpfe, welche den Zug auf eine Höchstgeschwindigkeit von 280 km/h beschleunigen konnten, ausgelegt. Bedingt durch das Blockzugkonzept ist eine schnelle Trennung der Einzelwagen nicht möglich. Für die Maximalzahl von 14 Mittelwagen erfolgte die Leistungsauslegung auf eine Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h, für die Lauf- und Bremsanlagen sogar auf 280 km/h.

Tabelle 3.1: Technische Daten des ersten deutschen serienreifen Hochgeschwindigkeitszuges (Quelle: Martinsen, W. O., Rahn, T. (Hrsg.): ICE – Zug der Zukunft, S. 54 und Die ICE-Familie, S. 41)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten[25]

Trotz anfänglicher Bedenken, wegen des doch sehr hohen Betreiberrisikos für ein derartiges neues Zugkonzept mit hoher Kapitalbindung und mit dem Vorstoß in bisher unerreichte Geschwindigkeitsbereiche entwickelte sich der ICE zu einem erfolgreichen Aushängeschild der DB. Mit den insgesamt 60 ICE 1-Zügen bewältigte man bald ein Drittel der gesamten Fernverkehrsleistung der DB. Der weitere Fortschritt in der technologischen Entwicklung sowie die mittlerweile gemachten Erfahrungen mit diesen Zügen der ersten Generation führten bald darauf zur Entscheidung eine, auf dem bewährten Konzept des ICE 1 basierende, weiterentwickelte Version zu bauen.

3.1.1.3 ICE 2

Für diese zweite Generation des ICE wurde erstmalig das sogenannte Halbzugkonzept gewählt. Dabei wird die Anzahl der Mittelwagen halbiert (6, anstatt der meistens 12 Mittelwagen beim Vorgänger ICE 1) und anstatt des zweiten Triebkopfes wird ein nicht angetriebener Steuerwagen angehängt. Bei Bedarf lassen sich zwei solche Halbzüge problemlos und relativ schnell zu einem Langzug (ohne die beiden jetzt überflüssigen Steuerwagen) zusammenkuppeln. Den Ausschlag für die Festlegung auf dieses Konzept gaben die umfangreichen Untersuchungen bezüglich des Verkehrsaufkommens beim ICE 1. Die Erfahrungen zeigten, daß kürzere Zugeinheiten aus wirtschaftlicher Sicht günstiger sind. Sie führen zu besseren Auslastungszahlen und vermindern die Anzahl der zu beschaffenden Züge.

Zusätzlich gab es eine Reihe von Veränderungen zum ICE 1. Ein Hauptaugenmerk der Ingenieure lag bei der Reduzierung des Gesamtgewichtes, um die auftretenden Verschleißerscheinungen zu vermindern und um die Beschleunigunswerte zu verbessern. Durch eine Vielzahl von Maßnahmen gelang es, das Gewicht pro Wagen um ca. 5 Mg zu reduzieren, was sich vor allem auch günstig auf den Energieverbrauch auswirkt. Um die Laufeigenschaften günstiger gestalten zu können, baute man luftgefederte Drehgestelle ein, welche im Stande sind, die vom Fahrweg auf das Fahrzeug wirkenden Vertikalkräfte besser abzufedern. Bedingt durch das Halbzugkonzept war die Entwicklung von schnell zu handhabenden Kupplungen erforderlich, denn die Wagen des ICE 1 konnten bisher nur sehr zeitaufwendig auf Werkstattgleisen ge- bzw. entkuppelt werden.

Das äußere Erscheinungsbild wurde leicht abgeändert, Hauptmerkmal in diesem Zusammenhang ist die geänderte Bugklappe, unter der die automatische Frontkupplung untergebracht ist. Sie wurde vorrangig unter Berücksichtigung aerodynamischer Gesichtspunkte gestaltet. Um den Gesamteindruck des Fahrzeugs homogener erscheinen zu lassen, wurde die Überhöhung beim Restaurantwagen weggelassen.

Die Leistungsfähigkeit pro Triebkopf wurde mit 4800 kW beibehalten, da auch die angestrebte Höchstgeschwindigkeit mit 280 km/h konstant blieb. Daraus resultieren für die flexibel zu gestaltenden Zugkonfigurationen unterschiedliche reale Höchstgeschwindigkeiten. So liegt die rechnerische Maximalgeschwindigkeit eines mit 12 Mittelwagen ausgestatteten Langzuges mit knapp 300 km/h um ca. 7 % höher als die eines Halbzuges (mit natürlich nur einem Triebkopf) mit 5 oder 6 Mittelwagen. Dies führt die Wichtigkeit der aerodynamischen Gestaltung des ersten Wagens bezüglich des Frontwiderstandes bei hohen Geschwindigkeiten vor Augen. Bedingt durch das verringerte Gesamtgewicht verfügt der ICE 2 bei seiner betrieblichen Höchstgeschwindigkeit von 280 km/h noch über einen größeren Zugkraftüberschuß als sein Vorgänger.

Zur Verringerung der Herstellkosten wurde für die gesamten Fahrgastwagen sowie für den Steuerwagen ein Einheitswagenkasten entwickelt, dessen Flexibilität sich auch bei nachträglichen Änderungen als günstig erweist. Für den Wagenkasten wurden Stähle der Festigkeitsklasse St 52-3 verwendet. Für die Maschinen- und Zugführerraum kamen korrosionsfeste Stähle mit der Werkstoffbezeichnung 14301[26] zum Einsatz.. Die Gesamtkonstruktion ist für eine Feuerwiderstandsdauer von 15 Minuten (FW 15) ausgelegt, das heißt das die Lauf- und Funktionseigenschaften sowie die statische Standsicherheit des Fahrzeugs bei einem Vollbrand mindestens für die Dauer von 15 Minuten gewährleistet sein müssen, damit im Brandfall ausreichend Zeit vorhanden ist, um den Zug zum Stillstand zu bringen und um den Insassen die Flucht nach draußen zu ermöglichen (jeder Wagen bildet dabei einen eigenen Brandabschnitt).

Die optische Gestaltung der Steuerwagenfront orientierte sich an den auf möglichst wenig Fahrwiderstand ausgelegten Triebkopfwagen. Basierend auf den Einheitswagenkästen der Mittelwagen verfügen die Steuerwagen aufgrund ihrer Hauptaufgabe als Zuganfang bzw. –ende über eine Zusatzausrüstung des führenden Drehgestells. Diese besteht aus einem Bahnräumer (um Hindernisse auf dem Fahrweg aus dem Weg zu räumen), einer Federspeicherbremse, aus Antennen für die Zugsicherungssysteme sowie über Einrichtungen zur Sandstreuung (für mehr Reibung zwischen Rad und Schiene bei schlüpfriger Schienenoberfläche) und zur Spurkranzschmierung (zur Verschleißminderung).[27]

Tabelle 3.2: Technische Daten des ICE 2 (Halbzug) (Quelle: Martinsen, W. O., Rahn, T. (Hrsg.): ICE – Zug der Zukunft, S. 117 und Die ICE-Familie, S. 41)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Seit September 1996 - ein halbes Jahr früher als geplant - sind nun die ICE 2-Züge im Einsatz. Anfangs zuerst noch vielfach als Langzüge, da sich die Auslieferung der Steuerwagen etwas verzögerte. Das Halbzugkonzept bewährte sich hervorragend und auch das geringere Gesamtgewicht wirkte sich positiv aus. Der Energieverbrauch konnte gesenkt werden und in den Instandhaltungswerken in Hamburg, München und Berlin werden seitdem deutlich weniger Verschleißerscheinungen festgestellt.

Mit der nunmehr vorhandenen Anzahl an ICE-Zügen gelang es, das Hochgeschwindigkeitsnetz weiter zu verdichten. Aufgrund des langwierigen und kostspieligen Verfahrens zur Realisierung von Neubaustrecken bleibt es unvermeidbar, die schnellen ICEs auch auf Ausbau- bzw. unveränderten Altnetzstrecken einsetzen zu müssen. Dies widerspricht natürlich der hinter dem ICE-Konzept steckenden Entwicklungsphilosophie, da die ICEs ihre wichtigste Eigenschaft, die hohe Geschwindigkeit, auf diesen Strecken nicht demonstrieren können. Somit versuchte man, parallel zum weiteren Neu– bzw. Ausbaus des Schienennetzes den Zug selbst an diese Umstände anzupassen. Folgerichtig geschah dies durch eine Aufsplitterung des Fahrzeugangebotes, um eine bessere Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten zu erzielen. Hierbei spielte ein weiterer Umstand eine entscheidende Rolle. Bedingt durch die unterschiedlichen Stromsysteme innerhalb der europ. Eisenbahnen waren die Einsatzmöglichkeiten der ersten beiden ICE-Generationen, was den grenzüberschreitenden Verkehr anbelangte, stark begrenzt. Vor allem fehlte den ICEs die Kompatibilität hinsichtlich der Stromsysteme (vgl. Anhang 2) der westlichen Nachbarländer Deutschlands, obwohl gerade diese Verbindungen ein sehr hohes grenzübergreifendes Verkehrsaufkommen versprachen.

Tabelle 3.3: Zeitlichen Verlauf der Weiterentwicklung der ICE-Familie (Quelle: DB AG)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wie die obenstehende Tabelle zeigt wurde den besonderen Anforderungen, die das vorhandene nationale und internationale Streckennetz vorgibt, dadurch Rechnung getragen, daß man die Fahrzeugmodelle entsprechend der zur Verfügung stehenden Fahrwege anpaßte. Zur Komplettierung des Angebotes kam als vorläufig letztes Modell der ICE TD (ein dieselelektrischer Neigetechnikzug für nicht elektrifizierte Strecken) dazu.

3.1.2 Fahrzeugdaten und Besonderheiten des ICE 3

Der technische Fortschritt und die zunehmend wichtiger werdenden Anforderungen nach einer internationaleren Ausrichtung der ICE-Fahrzeuge gaben den Anlaß für die Weiterentwicklung der ICE-Modellreihe. Die mit den ICE 1 und ICE 2 gemachten Erfahrungen führten vor allem die Wichtigkeit einer Gewichtseinsparung sowie einer stärkeren Motorisierung vor Augen. Unabhängig davon nahmen die Bestrebungen seitens der EU, eine Harmonisierung des europ. Schnellverkehrs voranzutreiben, weiter zu. Als Folge dieser politischen Einflußnahmen verabschiedete die UIC 1997 die sog. „Technischen Spezifikationen für die Interoperabilität“. Diese legen die vereinheitlichten Anforderungen an zukünftige europ. Hochgeschwindigkeitszüge fest, um einen gleichmäßig hohen Standard innerhalb der EU zu erreichen und eine grenzüberschreitende Einsatzfähigkeit der Züge zu gewährleisten. Für die Konstrukteure des ICE 3 ergaben sich dadurch u. a. folgende Vorgaben aus diesem Anforderungskatalog[28]:

- Triebzug oder vergleichbare Zugkonfiguration
- Maximale Gesamtlänge von 400 m
- Europäisches Fahrzeugprofil gemäß UIC 505 und Sondervereinbarung der DB AG und der SNCF
- Einsatzfähigkeit unter allen vier gängigen europ. Stromsystemen
- Statische Radsatzlast von max. 17 Mg
- Betriebliche Höchstgeschwindigkeit von mindestens 300 km/h

Diese Anforderungen gaben den Ausschlag dafür, sich vom bisher bewährten[29] Triebkopfkonzept zu verabschieden und sich für das Triebwagenkonzept, bei dem sämtliche Antriebseinrichtungen unterflur angeordnet sind, zu entscheiden (das erfolgreiche Halbzugkonzept des ICE 2 wurde übernommen). Zwar zeigten die jüngsten TGV-Generationen, daß sich diese Vorgaben auch mit einem Triebkopfzug erfüllen lassen, jedoch nur unter der Inkaufnahme, daß ein Großteil der Fahrzeuglänge von den Triebwagen in Anspruch genommen wird und damit nicht als Fahrgastraum zur Verfügung steht. Somit entschied man sich auch aufgrund zahlreicher anderer Vorzüge für das Triebwagenkonzept und verschaffte damit dem ICE mit dieser weitsichtigen Entscheidung einen Qualitätssprung nach vorn, auch hinsichtlich des Konkurrenzkampfes um Exportanteile mit dem französischen Nachbarzug TGV. Nach umfangreichen Testuntersuchungen kristallisierte sich die Variante, bei der jeder 2. Wagen angetrieben wird, als bestmöglichste Lösung heraus.

Die Triebwagenzuglösung weist einige Vorteile gegenüber dem Triebkopfkonzept auf. Dadurch daß die Traktions- und Bremseinrichtungen im Unterflurbereich angeordnet sind erhöht sich das Platzangebot für die Fahrgäste bei gleicher Zuglänge um ca. 20 %. Aus demselben Grund ergeben sich geringere Kosten für etwaige Lärmschutzmaßnahmen, da die Emissionsquellen der Motorengeräusche weiter unten liegen. In der Folge brauchen die Lärmschutzwände nicht ganz so hoch errichtet werden, um die gleiche Schallpegelminderung zu erzielen, wie das bei Triebkopfzügen der Fall wäre. Durch die gestiegene Anzahl der Traktionseinrichtungen erhöhen sich die Haftwertausnutzung und auch der Anteil an generatorischen Bremsen, was sich positiv auf die Energiebilanz des Zuges auswirkt. Die gleichmäßigere Gewichtsverteilung vermindert die sehr hohen Fahrwegbeanspruchungen beim Hochgeschwindigkeitsverkehr.

Außer dem umgestellten Zugkonzept gibt es beim ICE 3 noch zahlreiche weitere Verbesserungen gegenüber seinen Vorgängern. Die Aerodynamik und das Design des Zuges wurden optimiert. Erstmals (weltweit) wird dieser Zug mit einer völlig chemiefreien, luftgestützten Klimaanlage ausgestattet. Die erstmals zum Einsatz kommende lineare Wirbelstrombremse erhöht die Qualität der Bremsausrüstung und die leichteren, laufstabilen Drehgestelle vermindern die Verschleißerscheinungen und verbessern die Laufeigenschaften. Tabelle 3.4 zeigt beispielhaft einige Verbesserungen, die den Ingenieuren mit dem ICE 3 im Vergleich zur ersten ICE-Generation gelungen sind.

Tabelle 3.4: Gelungene Verbesserungen des ICE 3 im Vergleich zu seinem Vorgänger ICE 1 (Quelle: Siemens AG)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Neubaustrecke Rhein/Main, die hinsichtlich des Verkehrsaufkommens zu den wichtigsten Verbindungen innerhalb Deutschlands zählt, verfügt aufgrund der hügligen topographischen Gegebenheiten über Steigungen von bis zu 4 %. Für diese erhöhten Anforderungen wurde die Traktions- (und auch die Brems-) leistung des ICE 3 erhöht, so daß er auch im Gegensatz zu seinen Vorgängern in der Lage ist, bei Ausfall einer Traktionseinheit aus dem Stand auf einer solchen Maximalsteigung anfahren zu können. Die zulässige Höchstgeschwindigkeit des ICE 3 beträgt nun 330 km/h. Abzüglich der notwendigen Reserven ergibt sich daraus eine planmäßige Betriebshöchstgeschwindigkeit von 300 km/h.

[...]


[1] Vgl. Benoist, A.: Schöne Vernetzte Welt.

[2] Von Hochgeschwindigkeitsverkehr bei Bahnen spricht man, wenn diese im regulärem Betriebseinsatz Geschwindigkeiten über 200 km/h fahren.

[3] Nachfolgend mit Rad/Schiene-Technik bezeichnet.

[4] Vgl. Matthews, V.: Bahnbau, S. 20.

[5] Vgl. Adler, G. et. al. (Hrsg.): Lexikon der Eisenbahn, S. 945-950.

[6] Vgl. Liebl, T. et. al. (Hrsg.): 150 Jahre Deutsche Eisenbahnen, S. 42ff.

[7] Vgl. Wagner, R: Technologische Perspektiven für Fahrzeuge im spurgeführten Hochgeschwindigkeitsverkehr, S. 3.

[8] Mehlhorn, G.(Hrsg.): Fahrdynamik/Verkehrsfluß, S. 18f.

[9] Eine Ausnahme in diesem Zusammenhang, stellt die bereits seit 1984 sich in Betrieb befindliche Magnetbahn von Birmingham dar, die dort auf einer nur 620 Meter langen Strecke das Flughafengebäude mit dem Messebahnhof verbindet.

[10] Vgl. Kosak, W.: Die Super-Eisenbahnen der Welt, S. 194ff.

[11] Für das japanische Magnetbahnsystem existieren unterschiedliche Bezeichnungen, diese sind: MLU-System (Maglev Levitation U-shape), Linear Motor Car und Linear Expreß.

[12] DRP 643316 „Basisschaltung“ vom 14. 08.1939.

[13] Vgl. MVP, Thyssen Krupp AG und TRI.

[14] Das „Blaue Band der Schiene“ trägt derzeit der aktuelle jap. Magnetschwebezug mit 515,3 km/h (vgl. Werke, A.).

[15] Vgl. Mnich, P.: Die Bahnen und die Magnetfahrtechnik in Japan und Deutschland, S. 818.

[16] Zitiert nach: Göske, E.: Die Magnetschnellbahn Transrapid, S.5.

[17] Im Gegensatz zur Situation in Deutschland, fungieren die maßgeblich an der Entwicklung beteiligten Organisationen in Japan auch als zukünftige Betreiber der Anwendungsstrecken.

[18] Vgl. Mnich, P.: Die Bahnen und die Magnetfahrtechnik in Japan und Deutschland, S. 816-823.

[19] Statoren (=Ständer) sind die unbeweglichen Primärteile des Linearmotors.

[20] Vgl. Köhler, U. (Hrsg.): Verkehr, S. 657f.

[21] Vgl. Mnich, P.: Die Bahnen und die Magnetfahrtechnik in Japan und Deutschland, S. 816f u. Wagner, R: Technologische Perspektiven für Fahrzeuge im spurgeführten Hochgeschwindigkeitsverkehr, S. 3ff.

[22] Vgl. Martinsen, W. O., Rahn, T. (Hrsg.): ICE – Zug der Zukunft, S. 185.

[23] Vgl. Martinsen, W. O., Rahn, T. (Hrsg.): ICE – Zug der Zukunft, S. 34 ff.

[24] BUND Naturschutz in Bayern e.V..

[25] Dies ist nur ein theoretischer Fahrzeugwert. Die Mindestradiengröße für Hauptbahnen der DB AG beträgt gemäß EBO 300 m.

[26] Bezeichnung für sog. nichtrostende Stahlsorten nach DIN 17440 und 17441, die aufgrund ihres hohen Legierungsanteils (Chromanteil > 12 %) eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen.

[27] Vgl. Martinsen, W. O., Rahn, T. (Hrsg.): ICE – Zug der Zukunft, S. 115 ff.

[28] Quelle: UIC.

[29] Die Zugeinheiten der beiden ersten ICE-Generationen erreichten Laufleistungen von 530 000 km pro Jahr, was für ein sehr hohes Maß an Zuverlässigkeit spricht!

Details

Seiten
146
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2001
ISBN (eBook)
9783832453381
ISBN (Buch)
9783838653389
Dateigröße
1.6 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v220902
Institution / Hochschule
Hochschule Deggendorf – Bauingenieurwesen
Note
1,3
Schlagworte
bahnbau verkehr

Autor

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Titel: Vergleichende Darstellung der beiden spurgebundenen Hochgeschwindigkeitsbahnen ICE und Transrapid