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Eisenbahn, ein System

Systeme findet man viele. Computersysteme, Ökosysteme und Verkehrssysteme, um nur drei zu nennen. Ich bin überzeugt, es gibt nichts was kein System darstellt. Und jedes System ist ein Subsystem eines anderen. Der Motor ist ein Subsystem des Systems Auto, welches ein Subsystem des Straßenverkehrs ist, dieser ist ein Subsystem des Ökosystems. Irgendwann, einige Stufen weiter verlässt man dann die Naturwissenschaftliche Seite und begibt sich in die Sphären der Philosophie, um sich zu Fragen, was denn die Mutter aller Systeme sei. Soweit möchte ich hier (noch) nicht gehen.

Definition, System:

Ein System ist eine Menge von Elementen, die in ihrer Verschiedenheit zusammenarbeiten und als Ganzes ein bestimmtes Verhalten (des Systems) aufrecht erhalten. Das zeitliche Verhalten eines Systems wird Prozess genannt.[1]

Die Eisenbahn stellt ein System dar, bestehend aus Fahrweg und Fahrzeug mit dem Bindeglied des Betriebes.

Das System ist

  •  Offen gegenüber seiner Umwelt, das heißt es gibt Wechselwirkungen.
    • Die Wetterverhältnisse beeinflussen die Fahreigenschaften.
    • Der Zugverkehr verursacht Lärmemissionen.
  •  Dynamisch denn die Systemgrößen verändern sich mit der Zeit.
    • Die Systemgröße Geschwindigkeit ändert sich ständig aber kontrolliert
    • Die Systemgröße Haftreibungsbeiwert ( Quantifiziert die Kraft, die zum Bremsen oder Beschleunigen maximal zur Verfügung steht.) ist vom Wetter abhängig.
  •  Stochastisch denn auch bei identischen Bedingungen sind Folgezustände nur durch Wahrscheinlichkeitsaussagen beschreibbar.
    • Pünktlichkeit von Zügen
    • Wetter und damit der Haftreibungsbeiwert
  •  Instabil denn schon bei kleinen Änderungen von Systemgrößen "kippt" das System.
    • Verspätungen pflanzen sich im System fort.

 

Es gibt durchaus Größen im System, die sich anders verhalten, z.B. die Masse des Triebfahrzeuges. Sie bleibt annähernd konstant. Doch schon die Gesamtmasse eines Zuges ändert sich an jedem Bahnhof und ist somit dynamisch. Es gilt die Regel, wenn eine Größe dynamisch ist, so ist es das System. Das gilt auch für andere Eigenschaften.

Das System Eisenbahn besteht aus den Subsystemen Fahrzeug und Infrastruktur. Der Betrieb bildet das Bindeglied. Um also im Umkehrschluss eine Eisenbahn zu erhalten, müssen diese Subsysteme miteinander Gekoppelt werden, es entstehen Schnittstellen. Einige dieser Schnittstellen sollen hier untersucht werden.

- Bahnsteig – Fahrzeug

- Rad – Schiene

- Fahrplan statisch/dynamisch

- Eisenbahnbetriebsleiter

- Sicherungstechnik

- Energieversorgung


Bahnsteig

Der Übergang vom Bahnsteig in das Fahrzeug ist die Schnittstelle des Fahrgastes, der an den Haltepunkten das Fahrzeug möglichst Barrierefrei besteigen oder verlassen will. Laut EBO §13.1 „sollen Bahnsteige bei Neubauten oder umfassenden Umbauten auf eine Höhe von 0,76 m über Schienenoberkante (So) gelegt werden“. Definitiv untersagt sind Bahnsteighöhen von unter 0,38 m und über 0,96 m über So.

Die Maßeinheit „Meter“ soll die bei Bahnsteighöhen notwendigen Toleranzen hervorheben.

Gerade mal 13% aller Bahnsteige im Netz der DB besitzen aber die geforderte Regelhöhe von 0,76 m. Neben vorhanden Bahnsteighöhen von 0,96 m, 0,55 m und 0,38 m sind fast die hälfte der Bahnsteige weniger als 0,38 m hoch.

Der Geschichtliche Abriss zeigt warum. Bis 1928 war eine Bahnsteighöhe von 0,38 m die Regelhöhe[2]. In der Neufassung der EBO von 1929 wurde dann die Regelhöhe von 0,76 m eingeführt. Dies sollte den Einstieg in die normalerweise 1,25 m hohen Wagen erleichtern.

Da es mit er Einführung der Baureihe 420 erstmals möglich war, Züge zu bauen, deren durchgehende Bodenhöhe nur 1,00 m über So lag, wurde eine besondere Bahnsteighöhe von 0,96 m eingeführt. Erstmals war ein stufenloser Fahrgastwechsel möglich. Diese Bahnsteige ragen aber in den Bereich des Regellichtraum (laut EBO § 9), so dass sie nur an Strecken gebaut werden dürfen, an denen überwiegend Stadtschnellbahnen verkehren.

Mit der Einführung der Baureihe 425 war erstmals eine durchgehende Bodenhöhe von 0,80 m über So möglich. Neuere S-Bahnsysteme wie in Hannover und Rhein-Neckar werden also mit dem Regelbahnsteig arbeiten.

Für den ländlichen Nahverkehr optimiert die DB ihre Fahrzeuge und bei Umbauten auch die Bahnsteige auf Höhen von 0,55 m, um einen Kompromiss, zwischen den überwiegend vorhandenen 0,38 und weniger hohen Bahnsteigen und den 0,76 m hohen Bahnsteigen der Ballungsräume, zu finden[3].

Stufenloser Fahrgastwechsel wird überwiegend ein unerreichtes Ziel bleiben. Dabei währe es für das System Eisenbahn durchaus ein Vorteil. Die Fahrgastwechselzeiten sind deutlich kleiner. Ein großer Personenkreis unter den Behinderten gewinnt so an Unabhängigkeit. Doch selbst wenn alle Bahnsteige in Deutschland auf eine Höhe von 0,76 m gebracht werden könnten, müsste bei internationalen Züge dies immer noch als Kompromiss betrachtet werden, da andere EU Staaten andere Bahnsteighöhen anstreben.

Nach EBO §2 Abs. 3 sind die Eisenbahnen verpflichtet, „Programme zur Gestaltung von Bahnanlagen und Fahrzeugen zu erstellen, mit dem Ziel eine möglichst weitreichende Barrierefreiheit für deren Nutzung zu erreichen.“ Dies kann sein, ein stufenloser Einstieg. Da dieser nicht immer vorhanden ist, werden an Fahrzeugen zunehmend Hilfskonstruktionen angebracht, die nach Bedienung durch das Zug- oder Bahnsteigpersonal einen Barrierefreien Einstieg für Rollstuhlfahrer gewährleistet. Erfolgt die Bedienung durch den Triebfahrzeugführer, so kann dies nur an der ersten Türe im Zug erfolgen. Der Rollstuhlfahrer muss also unter Umständen lange Wege auf dem Bahnsteig zurück legen. Das Bedienen der Rampe dauert im Vergleich zur geplanten Aufenthaltszeit sehr lange, so dass ein mehrmaliges Bedienen unweigerlich zu größeren Verspätungen führt.

Bei der Baureihe 425 im Rheinland, die eigentlich an 0,76 m Bahnsteigen einen barrierefreien Einstieg möglich macht, wurde zur Anpassung an niedrigere Bahnsteige, eine Stufe so ausgespart, dass auch bei eigentlich passenden Bahnsteigen die Rampe benötigt wird. Die neuere Version der 425, die Rhein-Neckar S-Bahn, hat eine klappbare Stufe. Hier bleibt die Barrierefreiheit gewahrt.

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Rad – Schiene

Die Eisenbahn ist ein spurgebundenes Verkehrsmittel. Das bedeutet, das Fahrzeug wird von außen gelenkt. Durch die kleine Auflagefläche des Rades auf das Gleis ist der Fahrwiderstand  wesentlich kleiner als bei anderen Verkehrsträgern. Um die Führung des Fahrzeuges auf dem Gleis zu ermöglichen werden die Räder mit Spurkränzen Ausgestattet. Diese werden auf der Innenseite angebracht, um ein Abgleiten nach Außen zu verhindern. Das Abgleiten nach innen wird durch den gegenüberliegenden Spurkranz verhindert. 

Das Eisenbahnrad und die Schiene kämpfen mit dem Problem der traditionell unterschiedlichen Zuständigkeit. Die Schiene gehört den Bauingenieuren, für das Rad zeichnen sich die Maschinenbauer verantwortlich. So ist auch die unterschiedliche Herangehensweise beim Ermitteln von Spurmaß und Spurweite zu verstehen. Die Spurweite ist der Abstand der Gleise Zueinander, gemessen 14 mm unter der Schienenoberkante. Das Spurmaß ist der abstand der Räder auf der Achse, gemessen, 10 mm unterhalb der Messkreisebene, welche wiederum den Radumfang in 750 mm Abstand von der Symmetrieachse des Radsatzes angibt. Dies führt zu zwei Werten, die nicht unbedingt miteinander harmonieren. Es ist aber sehr schwierig, den Genauen Berührungspunkt zu bestimmen, da sich dieser Je nach Verschleiß der Räder oder Gleise ändert. Die Differenz zwischen Spurweite und Spurmaß nennt man Spurspiel. Das maximal mögliche Spurspiel hängt von der dicke der Räder ab und beträgt zwischen 4 mm und 60 mm. Allerdings ist bei einem Spurspiel von 60 mm kein hochwertiger Verkehr möglich.

Die Laufeigenschaften konnten wesentlich verbessert werden, durch ein um 1:40 nach innen geneigtes Gleis und die entsprechend konische Ausführung der Radlaufflächen. Wird ein Radsatz im Rahmen des Spurspiels seitlich ausgelenkt, so läuft das eine Rad auf einem größeren Durchmesser. Es hat eine größere Geschwindigkeit als das zweite Rad und wird dadurch vom ersten überholt. Es stellt sich bei der Geradeausfahrt ein Sinuslauf ein. Der Spurkranz hat dann in der Geradeausfahrt keine spurhaltende sondern nur noch eine sichernde Funktion.

Die selben Effekte ergeben sich bei der Kurvenfahrt bis zu einem bestimmten Streckenradius. Durch die Fliehkraft wird der Radsatz nach Bogenaußen gedrückt und das  Bogenäußere Rad läuft auf einem größeren Durchmesser. Wird der Radius kleiner, so läuft der Radkranz des Bogenäußeren Rades an die Schienenflanke. Der Zug wird so durch die Zwänge des Gleises gelenkt. Der Radkranz hat in der Kurvenfahrt ab einem bestimmten Radius, bei einem Spurspiel von 1 cm unterhalb von 3000 m, eine spurhaltende Funktion.

Das Versagen der Spurführung nennt man entgleisen. Bei intaktem Gleis und Fahrzeug kann man zwischen zwei Ursachen unterscheiden. Zum einen das Kippen und zum anderen das Aufklettern. Ein Fahrzeug kann kippen, wenn es einen hohen Schwerpunkt hat und zu schnell in eine Kurve fährt. Verlässt ein Radkranz die Sichernde Stellung an der Schienenflanke spricht man von Aufklettern. Dies kann bei ungünstigen dynamischen Verhältnissen geschehen und wird durch Messfahrten ausgeschlossen.

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 Der Fahrplan

Der Fahrplan ist das Kernelement des Betriebes. Unter einem Fahrplan versteht man die eindeutige Zuordnung einer Zugfahrt zu einem Zeitpunkt oder Zeitkorridor. Kein Zug verkehrt in Deutschland ohne Fahrplan. Es gibt zwar auch einige Betreiber weltweit, die ihren Betrieb ohne konkrete Fahrplan durchführen, wie es z.B. auf der Transsibirischen Eisenbahn im Güterverkehr praktiziert wird, dies ist aber in den größten teilen Europas, wo der Personenverkehr dominiert und die Vernetzung sehr groß ist nicht praktikabel. Dabei kann der Fahrplan eines Zuges auch erst wenige Minuten vor der Abfahrt erstellt werden.

Ein Fahrplan ist auch zwingend nötig um Verspätungen fest zu stellen. Denn eine Verspätung oder Verfrühung stellt nichts anderes dar, als die Abweichung vom Fahrplan, also der geplanten Zeit. Bei der DBAG gilt ein Zug als verspätet, wenn er später als fünf Minuten nach Plan ankommt. Beim Shinkansen in Japan rechnet man mit einer Minute und im britischen Fernverkehr mit 10 Minuten.

Bei der Konstruktion eines Fahrplanes müssen die Leistungsdaten der Strecke und die der Fahrzeuge berücksichtigt werden.  Die Strecke kann eingleisig oder mehrgleisig, mit oder ohne Bahnübergänge sein. Es sind die Anzahl und Entfernung sowohl der Blockstellen als auch der Überleitstellen, also der Möglichkeit auf das Gegengleis zu wechseln, zu berücksichtigen. Kreuzungsmöglichkeiten bei eingleisigen Strecken und die Art der Sicherungstechnik bemessen die Leistungsfähigkeit ebenso wie nicht zuletzt die zugelassene Höchstgeschwindigkeit.

Bei Fahrzeugen ist die Leistungsfähigkeit, das Beschleunigungs- und Bremsvermögen, die Höchstgeschwindigkeit und auch hier die installierte Sicherungstechnik zu berücksichtigen.

Die Stabilität und die Durchführbarkeit eines Fahrplanes hängen maßgeblich davon ab, ob das zu Fahrende Betriebsprogramm zur Strecke passt bzw. ob noch Reserven zum Abbau von Verspätungen vorhanden sind. Diese Reserven können Infrastrukturseitig oder Fahrplanseitig geschaffen werden. Ideal ist eine Kombination aus beidem. Fahrplanseitige Reserven sind Zeitpuffer. Sie werden in die Fahrzeit, die Haltezeit, die Umsteigezeit und in die Zugfolgezeit eingeplant.

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Eisenbahnbetriebsleiter

Durch die Privatisierung der Bundesbahn und die Öffnung der Bundesschienenwege für dritte wurde die Regelung des diskriminierungsfreien Zugangs erforderlich. In der Europarichtlinie 91/440 EWG wurde daher die Trennung der Rechnungsführung von Netz und Betrieb vorgeschrieben. Für das System Eisenbahn ist diese Trennung nachteilig. Viele private Eisenbahnverkehrsunternehmen (EVU) sind nicht im Besitz eigener Infrastruktur. Doch auch deren Betrieb funktioniert nur wenn Fahrzeuge und Infrastruktur aufeinander abgestimmt sind. Es wird daher vom Gesetzgeber gefordert, dass sowohl EVU als auch EIU Fachwissen über das gesamte System Eisenbahn besitzen. Dies ist die Begründung für die Eisenbahnbetriebsleiterverordnung (EBV), welche durch die Eisenbahnbetriebsleiter- Prüfungsverordnung (EBPV) ergänzt wird. Die EBV fordert, dass jedes EVU/EIU einen eigenen Betriebsleiter und Stellvertreter bestellt, der von der Aufsichtsbehörde bestätigt werden muss. Der Betriebsleiter muss bestimmte Vorraussetzungen erfüllen. So muss er zuverlässig sein und die fachliche Eignung nach EBPV nachgewiesen haben.

Zur Prüfung nach EBPV wird nur zugelassen, wer ein bestimmtes ingenieurwissenschaftliches Studium absolviert hat und eine dreijährige richtungsbezogene Praxiserfahrung nachweisen kann. Dabei gliedert sich die Prüfung in die Teilgebiete Betriebsanlagen, Fahrzeuge und Bahnbetrieb. Weiterhin werden Fragen zum Thema Recht und Betriebswirtschaft gestellt. Die Probleme der Prüflinge zeigen sich in den Disziplinen, die der eigenen Firma fremd sind. Diese Prüfungen verursachen zur Zeit eine Durchfallquote von 30%-40%. Dies macht deutlich, dass das systemspezifische Wissen in den  spezialisierten Firmen abnimmt und die Reglementierungen EBV, EBPV tatsächlich nötig sind.

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[2] Kommentar zur EBO S. 126

[3] Kommentar zur EBO S. 127