Wie das System Eisenbahn funktioniert

Praxisbuch Eisenbahn Band 1

Frank Hole

• Verlag: tredition
• Jahr: 2020
• ISBN:
  9783347033191
• Thema: Technologie et ingénierie
• Thema: Ingénierie

Die Eisenbahn steht in Deutschland an einem Wendepunkt: Nach Jahrzehnten des Rückzugs und Abbaus kommt ihr vor dem Hintergrund der großen Umwelt- und Verkehrsprobleme eine immer größere Bedeutung zu. Geht es nach dem Willen der Politik, so sollen sich bis zum Jahre 2030 die Fahrgastzahlen verdoppeln.Allerorts werden Bahnstrecken reaktiviert, neue Bahnfahrzeuge eingeführt, Fahrpläne ausgeweitet, ambitionierte Planungen begonnen. Auf allen Ebenen - von der Europa- bis zur Kommunalpolitik, von den Bestellerorganisationen über die Verbünde bis hin zu Verbänden - engagieren sich zahlreiche Menschen, Institutionen und Organisationen, um das System attraktiver zu gestalten.Und die Bevölkerung reagiert mit wachsender Nachfrage und oft großem Interesse für Bahnthemen, die regelmäßig und umfassend in der Presse aufgriffen werden.Doch die Bahn ist kein einfacher Stoff. So selbstverständlich es aussieht, wenn ein Zug durch die Landschaft fährt: im Hintergrund laufen auf ganz unterschiedlichen Ebenen sehr komplexe Prozesse ab. Diese sind zumeist nicht sichtbar und noch viel weniger verständlich.Dieses Buch vermittelt die wichtigsten Informationen rund um das Bahnsystem und bringt diese in verständliche Zusammenhänge. Es geht um das Netz, die Bahnhöfe, die Leit- und Sicherungstechnik, um Planung, Politik und Personal, die Gesetzgebung, Umwelt und Sicherheit.Dieser Band 1 aus der Reihe "Praxisbuch Bahn" ermöglicht es, die Bahn als vernetztes System zu begreifen und kommt all denjenigen zugute, die in der Verkehrsbranche arbeiten, über die Bahn berichten oder als Fahrgast dieses Verkehrsmittel nutzen. Es schafft die Grundlagen für ein umfassendes Verständnis, wie das System Bahn tickt.

1 Infrastruktur

Damit ein Zug überhaupt fahren kann, ist Infrastruktur nötig⁸: Das Schienennetz, die Bahnhöfe und die Signalanlagen.⁹ Betreiber der Infrastruktur sind in Deutschland die sogenannten „Eisenbahn-Infrastruktur-Unternehmen“.¹⁰ Davon gibt es zahlreiche, aber die mit Abstand größten sind DB Netz AG (Eigentümer und zuständig u. a. für den größten Teil des Schienennetzes und die Signalanlagen in Deutschland) und DB Station & Service AG (zuständig für die meisten Bahnhöfe). Diese beiden Aktiengesellschaften sind zu 100 % in Besitz des Bundes und gehören zum Deutsche Bahn-Konzern (DB).

Abbildung 4: Zur Infrastruktur gehören auch Brückenbauwerke wie die Göltzschtalbrücke in Sachsen, die schon seit 1851 in Betrieb ist. [Copyright Deutsche Bahn AG/Barteld Redaktion & Verlag]

Bahninfrastruktur, insbesondere die Gleisanlagen, ist extrem langlebig und robust: Der Gesetzgeber billigt Bahndämmen, Brücken und Tunneln beispielsweise 75 Jahre Lebensdauer zu und den Metallschienen und Bahnsteigen immerhin noch 25 Jahre.¹¹

Was bei der Bahn einmal gebaut wurde, das bleibt in aller Regel für Generationen erhalten und wird in dieser Zeit lediglich instand gehalten. Grundlegende Änderungen von Lage, Funktion und Beschaffenheit der Gleise werden entweder nicht durchgeführt oder haben einen oft jahre-, wenn nicht jahrzehntelangen Vorlauf. Diese sind an Raumordnungs- und Planfeststellungsverfahren gebunden und als Investitionsvorhaben entsprechend zeitintensiv und kostspielig.

Abbildung 5: Auch die Reste aufgegebener Eisenbahninfrastruktur, hier aufgrund Zerstörung im 2. Weltkrieg, überdauern Jahrzehnte, und sind überall in Deutschland mehr oder minder offensichtlich erkennbar. Im Bild: der Rest der „Brücke von Remagen“, Inbetriebnahme 1918, Zerstörung 1945, Foto von 2019. [Copyright Frank Hole]

So haltbar die Bauwerke und Materialien auch sind, so aufwendig ist deren Bau. Sie müssen enormen Belastungen standhalten, denn Züge fahren je nach Strecke wesentlich schneller als Autos (in Deutschland bis zu 300 km/h) und sind um ein Vielfaches schwerer: Güterzüge bringen in Deutschland weit über 1000 Tonnen auf die Waage.

Wenn sich also herausstellt, dass eine neue Eisenbahnstrecke oder ein zusätzlicher Bahnhof nötig ist, dann erweist sich die bestehende Struktur als außerordentlich träge. Beispielsweise dauerte es über 20 Jahre, bis die Neubaustrecke Hannover–Würzburg geplant und gebaut war. Bei der Neu- und Ausbaustrecke Erfurt–Nürnberg liegen gar weit über 30 Jahre zwischen Planungsbeginn bis zur weitgehenden Fertigstellung – bis zur endgültigen Fertigstellung wird es noch etliche Jahre dauern. Auch vermeintlich kleinere Maßnahmen wie die Bahnanbindung des Münchener Flughafens aus Richtung Norden und Osten können 10 bis 20 Jahre dauern.¹² Da der politische Meinungsbildungsprozess, die Planung und Finanzierung und die spätere Umsetzung so lange dauern, gibt es oft genug einen Unterschied zwischen den Anforderungen und der Realität.

1.1 Netz

Auf Schienen, Gleisen, Strecken und dem Netz fährt die Eisenbahn. Der Unterschied zwischen diesen Begriffen? Eine Schiene allein ist nichts als ein funktionsloses langes Stück Stahl, extrahart. Aber zwei Schienen im richtigen Abstand zueinander bilden das Gleis, auf dem ein Zug fahren kann. Eine Strecke kann aus einem Gleis bestehen oder aus mehreren – jedenfalls verbindet sie mindestens zwei Bahnhöfe¹³ miteinander. Und das Netz besteht dann aus allen Strecken einer bestimmten Region oder eines Landes.

1.1.1 Schienen und Gleise

Das Auffälligste an der Eisenbahn sind zuallererst die Schienen. Nicht umsonst heißt dieses Verkehrsmittel „Eisenbahn“, es ist eine Bahn, die auf Eisen fährt. Genauer gesagt: auf Stahl, und zwar aus ganz besonders hartem und hochwertigem Stahl, der dennoch gleichzeitig eine gewisse Flexibilität aufweist. In Kurven und an Weichen wird die veränderliche Form sichtbar. Für ein Gleis braucht man zwei exakt parallel geführte Schienen, die den Zug in Kombination mit besonders geformten Rädern¹⁴ in seiner Spur halten. Diese Schienen haben in Deutschland auf den allermeisten Bahnlinien eine einheitliche Spurbreite, deren Abstand genau 1435 mm beträgt. Das ist für mitteleuropäische Begriffe eine NORMALSPURIGE EISENBAHN. In anderen Ländern gibt es davon abweichende Maße mit der Folge, dass die Eisenbahnen nicht über bestimmte Grenzen hinausfahren können, oder sie benötigen eine besondere Umspurtechnik.¹⁵ Das Umspuren ist in Deutschland aktuell nicht von Bedeutung, aber wer mit dem Zug nach Spanien (dort fährt die Bahn überwiegend auf 1668 mm Spurbreite) oder Russland (1520 mm) unterwegs ist, kommt damit in Berührung. Im Güterverkehr hingegen spielt das Thema der Spurbreite z. B. im Rahmen des neuen Seidenstraßenprojekts künftig eine wichtigere Rolle, doch das soll hier nicht weiter Thema sein.¹⁶

Je nach Beanspruchung verwendet man im Bahnbau Schienen unterschiedlicher Qualität. In der Regel wiegt ein Meter Schiene zwischen 49 und 60 kg.¹⁷ Von überragender Bedeutung ist natürlich die Stabilität, jedoch ebenfalls die Fehlerfreiheit und die möglichst glatte und ebene Oberfläche. Wenn die Oberfläche einer Schiene abgenutzt oder fehlerhaft ist, wirkt sich das auf die Laufruhe bei der Fahrt negativ aus, und die Räder der Schienenfahrzeuge können Schaden nehmen oder sich zumindest schneller und unregelmäßig abnutzen.

Abbildung 6: Neu verlegte Schiene auf neuen Betonschwellen im Schotterbett: Diese drei Bestandteile des Fahrweges tragen und verteilen die großen Gewichte der Eisenbahnfahrzeuge. Jede Schiene besitzt ein Walzzeichen, hier mit folgenden Informationen: Produktion: 2017, Material: Kohlenstoff-Mangan-Stahl, Gewicht: 54 kg pro Meter, Herkunft: Walzwerk Huta Katowice (Polen). Es handelt sich somit um das Standard-Schienenprofil der Bahn auf Hauptstrecken und im Bahnhofsbereich. [Copyright Frank Hole]

1.1.2 Der Oberbau und Unterbau

Nach den Schienen wird Ihnen vermutlich die besondere Bauweise der Gleisanlagen auffallen. Die hängt mit den Belastungen zusammen, denen eine Schienenstrecke ausgesetzt ist. Die Schienen halten auf Hauptstrecken oft Achslasten von 22,5 Tonnen aus.¹⁸ Auf Nebenstrecken sinkt dieser Wert zwar auf 16 Tonnen, doch zum Vergleich: Der Lkw hat ca. 8 Tonnen Achslast, der Pkw höchstens 1 Tonne.

Um die enormen Kräfte zu stemmen, brauchen die Schienen einen sehr stabilen Untergrund. Sie sind auf querliegenden Schwellen aus Beton, Stahl oder Holz befestigt. Die Schwellen wiederum sind in den Eisenbahnschotter eingebettet, der aus harten Gesteinen wie Granit oder Basalt besteht.

Bei Hochgeschwindigkeitsstrecken fahren die Züge hingegen oft auf einer vollständig betonierten „festen Fahrbahn“, auf der die Schienen montiert sind. Diese ist nötig, da die Gleise, wenn sie auf klassische Weise im Eisenbahnschotter verlegt werden, den Kräften im Hochgeschwindigkeitsverkehr nicht lange standhalten. Gleislagefehler mit Langsamfahrstellen und Streckensperrungen zur Reparatur sind die Folge. Die feste Fahrbahn verhindert auch, dass die Schottersteine angesichts der hohen Geschwindigkeiten durch den Luftzug aufgewirbelt werden und Schäden verursachen.

Abbildung 7: Der Bau der festen Fahrbahn¹⁹ ist Präzisionsarbeit im Zehntelmillimeterbereich. Die Schwellenblöcke werden in den Gleistrog eingebaut und justiert, es folgt anschließend die Fixierung mittels Füllbeton. Das Bild zeigt die Neubaustrecke zwischen Stuttgart und Ulm. [Copyright mit freundlicher Genehmigung Arnim Kilgus]

Der Unterbau liegt, wie der Name schon ausdrückt, unter dem Oberbau und ist üblicherweise nicht oder nur bei Bauarbeiten sichtbar. Er kann aus mehreren Schichten bestehen: Erdplanum, Planum, Planumsschutzschicht und Frostschutzschicht. Wichtig ist hier, dass alle Schichten die nötige Stabilität und eine gute Entwässerung garantieren und das Pflanzenwachstum nicht fördern.

Schienen sind in aller Regel recht robust, d. h. sie halten auch bei höherer Beanspruchung viele Jahre, bei geringerer auch Jahrzehnte. Defekte entstehen manchmal bei extremen Temperaturen, denn Stahl dehnt sich bei Hitze aus und zieht sich bei Kälte zusammen. Es kann in extrem heißen Sommern zu Verwerfungen kommen: Dann dehnen sich die in der Regel fugenlos verschweißten Schienen trotz sehr guter Verankerung mit den Schwellen so sehr aus, dass sie insbesondere in Kurven nicht mehr ganz parallel liegen. Umgekehrt können bei extremer Kälte Schienenbrüche entstehen.²⁰

1.1.3 Energieversorgung

Weiterhin fällt bei der Eisenbahn an vielen Strecken die besondere Art der Energieversorgung auf. In einer Zeit, wo das Wort Elektromobilität in aller Munde ist, hat die Eisenbahn einen jahrzehntelangen Vorsprung gegenüber dem Straßenverkehr.²¹ 1895 wurde in Deutschland erstmals eine Eisenbahnstrecke elektrisch betrieben. Heute gibt es bei der Eisenbahn in Deutschland rund 60 % elektrifizierte Strecken, der Anteil soll auf 70 % steigen.²² Generell sind elektrifizierte Strecken leistungsfähiger, da die Fahrzeuge mit Elektromotor schneller beschleunigen können und höhere Geschwindigkeiten erreichen. Auch aus Umweltgründen wird in Deutschland die Elektrifizierung sukzessive vorangetrieben.²³ Große Projekte sind beispielsweise die Elektrifizierung der Strecke Geltendorf–Lindau auf über 150 km Streckenlänge durch das Allgäu, um die Lücke zwischen München und Zürich zu schließen²⁴, oder die Strecke Ulm–Lindau auf 120 km²⁵.

Die Bahnstrom-Versorgung erfolgt in der Regel über Oberleitungen mit 15.000 Volt Wechselstrom.²⁶ Nur bei den S-Bahnsystemen in Hamburg und Berlin gibt es Stromschienen an der Seite des Gleises, die Fahrzeuge fahren dort mit Gleichstrom – Berlin mit 750 Volt und Hamburg mit 1.200...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Titelblatt
• Urheberrechte
• Inhalt
• Vorwort
• Einleitung
• 1 Infrastruktur
• 2 Planung
• 3 Verkehrsunternehmen
• 4 Züge
• 5 Rechtlicher und politischer Rahmen
• 6 Personal
• 7 Sicherheit (Safety) und Umwelt
• 8 Nachwort zum ersten Band
• Anmerkungen und Quellennachweise