48: Freitag nach eins macht jeder seins

Als Nachfolger der Eisenbahn sind in den nun ungefähr 200 Jahren ihrer Existenz viele, viele Systeme vorgeschlagen worden. Der Klassiker darunter ist dabei die Einschienenbahn in ihrer aufgeständerten Form: Fiktive Städteansichten aus Science Fiction und Futurologie zwischen zirka 1950 und 1970 sind ohne Hochbahnen genausowenig denkbar wie ohne Hochstraßen.

Gerne verkehren auf den kühn geschwungenen Schienen in solchen Illustrationen keine vereinzelten Züge, sondern unzählige kleine Gondeln, und das deutet auf eine technische Revolution jenseits der Trag- und Führtechnik hin: Auf den Ersatz von fahrplanmäßig verkehrenden, manuell geführten Fahrzeugen, die Hunderte von Fahrgästen aufnehmen, durch viele kleine Fahrzeuge, nicht viel größer als ein Auto, die automatisch von Punkt zu Punkt verkehren. Die Idee hört fachsprachlich auf den Namen »Spurgeführter Individualverkehr« oder, am gängigsten, »Personal Rapid Transit« (PRT).

PRT reiht sich mit der Kernfusion, dem fliegenden Auto, Unterwasserstädten, riesigen Frachtluftschiffen und dem papierlosen Büro ein in den Kanon der technischen Innovationen, die uns seit kurz nach dem Zweiten Weltkrieg für die Zukunft versprochen werden, ohne bisher einen Fuß auf den Boden zu bekommen. Man fragt sich, warum. Das Konzept klingt einleuchtend und die technische Realisierung kann ja nicht so schwer sein.

Um es kurz zu machen: Wahrscheinlich hat PRT deswegen bis heute kein ernstzunehmendes Referenzsystem hinbekommen, weil es in den propagierten Anwendungen schlicht nicht funktionieren kann. Die Grundanforderungen lassen sich dabei natürlich lösen: Automatische Fahrzeuge auf irgendwelchen Schienensystemen herumfahren zu lassen, können wir heutzutage ganz gut, auch wenn es Vorteile hat, wenn das Ganze unterirdisch passiert, wo nichts auf die Trasse fallen, springen oder geschleudert werden kann. Die vorgeschlagenen Höchstgeschwindigkeiten sind beherrschbar, Trasse und Fahrzeuge wohl auch preiswert zu bauen.

Schwieriger wird es, die nötigen Kapazitäten hinzukriegen.

Durch den Münchner S-Bahn-Stammstreckentunnel passen 30 Züge pro Stunde und Richtung, die minimal knapp 6000 und im theoretischen Maximum über 40 000 Fahrgäste aufnehmen können. Wenn man optimistisch davon ausgeht, dass jedes PRT-Fahrzeug mit zwei Fahrgästen besetzt ist, müssten sich allein für die minimale Kapazität die Gondeln mit weniger als zwei Sekunden Abstand folgen. Das ist wahrscheinlich sicherungstechnisch irgendwie realisierbar, aber ernsthaft gemacht hat es noch niemand. Der Straßenverkehr löst die durch die sehr enge Fahrzeugfolge und die geringe Kapazität der Einzelfahrzeuge entstehenden Probleme dadurch, dass man relativ viele Unfälle hinnimmt und die Straßen vielspurig ausbaut. Mit so einer Gondelbahntrasse kann man das nicht ohne weiteres machen, und selbst wenn, gäbe es den großen Vorteil spurgeführter Verkehrssysteme Preis, bei zunehmendem Durchsatz nicht in die Breite zu wuchern (siehe auch Prellblog 39). Daher braucht man verzweigte Netzwerke, wo es zwischen zwei Punkten mehrere Alternativrouten gibt, aber es gibt nun einmal Engpässe und Punkte, wo sich zu gewissen Zeiten die Nachfrage ballt. Das Kapazitätsproblem ist also bis heute nur halb gelöst.

Genausowenig ist es klar, wie es gehen soll, an allen Stationen zu jeder Zeit genügend Leergondeln zur Verfügung zu haben. Sie hintereinander aufreihen oder parallel stellen frisst Platz, automatisierte Gondelparkhäuser oder -tiefgaragen wären teuer. Neuere Konzepte lassen die Leergondeln einfach im Netz umlaufen, aber das ist weder für die Wartungskosten noch für die Energiebilanz gut. Wenn Leute nach einem Fußballspiel anderthalb Stunden auf eine freie Gondel warten müssen, wird es auch der Inneneinrichtung nicht sonderlich bekommen.

Daneben müssen ungeheuer leistungsfähige und wartungsarme Weichensysteme, die im Ernstfall in der Lage sind, mehrere tausend Fahrzeuge pro Stunde nach links und rechts zu sortieren, zum Einsatz kommen. Stationen müssen in Nebengleisen liegen, da sonst jeder längere Einstiegs- und Ausstiegsvorgang (und davon gibt es notgedrungen Tausende) den durchgehenden Verkehr auf Kilometerlänge stauen könnte, und deswegen verhältnismäßig groß ausfallen, was wiederum dem Anspruch, viele, viele Orte im Punkt-zu-Punkt-Verkehr zu vernetzen, zuwiderläuft.

Was hat das alles nun in einer Kolumne über die Eisenbahn zu suchen?

Nun, es gibt neben den Ideen einiger mehr oder minder durchgeknallter selbsternannter Erfinder auch ernsthafte Projekte, auf dem bestehenden Eisenbahnnetz PRT zu realisieren. (Das in Deutschland bekannteste ist wahrscheinlich die sogenannte Neue Bahntechnik Paderborn NBP.) Die Verlockung ist groß, den konventionellen Bahnverkehr abschaffen und durch ein Netzwerk ersetzen zu wollen, das Reisen ohne Zwischenstopp von Haus zu Haus ermöglicht. Es gibt jedoch große Bedenken, ob das wirklich zu machen ist, und selbst wenn, bleibt die Frage, wo der Nutzwert gegenüber dem liegt, was man mit den notwendigen Rieseninvestitionen - die NBP würde ein Nachrüsten aller Nutzstrecken mit Linearmotorantrieben erfordern - im konventionellen Bahnverkehr machen könnte.

Das heißt nicht, dass es keine Zukunft für selbstfahrende Schienenfahrzeuge im Bedarfsverkehr gibt. Wahrscheinlich wird sie sich aber auf Nischenanwendungen wie Campus- und Flughafenerschließung beschränken, und in den Stoßzeiten nach wie vor fahrplangebunden sein. Genau das gibt es zum Beispiel in Form der Dortmunder H-Bahn heute schon. Die Vorstellung, dank PRT nicht mehr mit Fremden ein Verkehrsmittel teilen zu brauchen, was besonders in den USA, wo ÖPNV-Nutzung stark schichtspezifisch ist, ein Verkaufsargument darstellt, wird man so oder so aufgeben müssen.

Wenn wirklicher PRT kommen wird, dann in Form selbstfahrender Autos. Aber die verspricht man uns nun auch schon seit fünfzig Jahren.

Bild: Hans Kylberg (»visulogik«) bei Flickr (Details und Lizenz)

23: Wellenreiter

Im Prellblog 14 ging es darum, wie das bei der Eisenbahn so ist mit den Rädern, und ich hatte versprochen, irgendwann auch über eine Erscheinung namens Sinuslauf zu reden. Heute soll das passieren.

Um noch einmal kurz zu rekapitulieren: Bei einem normalen Eisenbahnfahrzeug bilden je zwei Räder und die sie verbindende Achswelle eine feste Einheit, einen Radsatz. Damit dieser nicht entgleist, hat er überstehende Spurkränze. Ganz vereinfach läuft also die Kante, wo Spurkranz und Radreifen zusammenstoßen, auf der Innenkante des Schienenkopfs, der Fahrkante.

Nun muss aber der Abstand zwischen den Spurkränzen, die Spurweite, ein wenig geringer sein als der zwischen den Fahrkanten, damit sich die Räder nicht zwischen den Schienen verklemmen können. Diese Differenz, das Spurspiel, beträgt je nach Bahnsystem zwischen einigen Millimetern und über einem Zentimeter.

Damit ergibt sich, dass ein Radsatz auf dem Schienenpaar, sofern die Radreifen zylindrisch und die Schienen horizontal sind, in gewissen Grenzen schräg zu den Schienen rollen kann, nämlich solange bis ein Spurkranz anstößt. In der Geraden heißt dies ein ständiges Zickzack mit wechselseitig anlaufenden Rädern, in der Kurve, dass ein Spurkranz fast während des gesamten Durchfahrens des Bogens an einer Schiene schleift.

Insgesamt ist dies nicht sehr befriedigend, schon des Lärms wegen, vom Verschleiß ganz zu schweigen; auch können bei höheren Geschwindigkeiten anlaufende Spurkränze bei genügend seitlichem Druck an der Schienenflanke hochklettern und entgleisen. In der Realität sind daher die Radreifen eben nicht zylindrisch, sondern konisch. Verschiebt sich ein Radsatz seitlich, läuft dadurch ein Rad auf einem größeren Umfang als das andere und eilt voraus; dadurch »lenkt« der Radsatz wieder von der Schiene, an die er anlaufen würde, weg. Insgesamt kommt eine Schwingung der Radsatzmitte um die Gleismitte zustande, die die Form einer Sinuskurve hat; daher der Name Sinuslauf. Idealerweise pendelt der Radsatz dabei im Spurkanal hin und her, ohne mit den Spurkränzen anzulaufen, und wird dabei durch die Gleitreibung bei der Seitenverschiebung gedämpft, bis er gleichmäßig geradeaus läuft. Die Wellenlänge dieser Schwingungen ergibt sich nach der 1883 aufgestellten Klingelschen Formel aus dem Kegelwinkel der Radreifen, den Radien und dem Spurmaß, kann aber auch durch die Aufhängung der Radsätze, die Drehgestellbauweise und Ähnliches beeinflusst werden. Bei hohen Geschwindigkeiten müssen all diese technischen Einflüsse so koordiniert sein, dass sich ein Radsatz nicht bis zur Entgleisung aufschaukeln kann, unter anderem deswegen, weil ab etwa 140 km/h Fahrgeschwindigkeit die Reibungskräfte eines Radsatzes nicht mehr allein zur Dämpfung ausreichen.

Es wird aber noch fitzeliger: Die Radreifen sind nicht nur einfach gerade konisch, sondern haben ein spezielles Profil; außerdem sind die Schienen im Winkel 1:40 nach innen geneigt. Wenn das nicht so wäre, würden die Räder bei ihrer Schwingungsbewegung stets auf derselben Linie auf den Schienen laufen, und das wäre immer noch kein sehr gutes Verschleißverhalten. So aber verlagern sich beim Sinuslauf auch die Auflagepunkte, um das Material zu schonen. Eine Messgröße mit dem schönen Namen »Äquivalente Konizität« gibt wieder, welchem Kegelwinkel im vereinfachten Modell eine bestimmte Situation entspricht, und gehört zu den Parametern, die zum Beispiel bei Hochgeschwindigkeitsstrecken ständig überwacht werden müssen. Man sieht also: Das Zusammenspiel zwischen Fahrzeug und Schiene ist eine komplexe Sache; es reicht nicht, dass das eine auf das andere passt.

Falls doch einmal ein Spurkranz anläuft, ist dieser heute übrigens meistens geschmiert: Es gibt Vorrichtungen, um die Räder oder die Schienenflanken vom Fahrzeug aus, oder bei engen Kurven sogar von der Strecke aus, mit Schmierstoffen zu besprühen. Besonders bei Straßenbahnen, wo noch viel mit zylindrischen Radreifen und daher gänzlich ohne Sinuslauf gefahren wird, ist dies sinnvoll.

Bild: OZinOH bei Flickr (Details und Lizenz)

9: Jenseits des Prellblogs

Schon vor einiger Zeit bin ich gefragt worden, welche weiterführende Literatur zum Thema Eisenbahn ich empfehlen könne. Ich möchte dazu einfach kurz erläutern, woher meine eigenen Informationen kommen. Ausnahmsweise gibt es in diesem Artikel daher auch einige Links.
Die mit Abstand wichtigsten Informationsquellen sind eindeutig Eurailpress und die Pressemitteilungen der DB. Die Eurailpress-Abteilung "News" ist das Nachrichtenportal eines der wichtigsten Fachverlage für Eisenbahnliteratur, und damit sind hier wissenschaftliche Publikationen von und für Ingenieure gemeint, keine Bildbände über stillgelegte Kleinbahnen. Entsprechend finden sich hier alle wichtigen Pressemitteilungen aus den Bahnen, der Politik, der Fahrzeug- und Infrastrukturindustrie. Dagegen beschränken sich die Nachrichten der DB naturgemäß auf das eigene Geschäft, aber da dieses nach wie vor fast die gesamte deutsche Bahninfrastruktur umfasst, sind die sehr kleinteiligen Konzernmitteilungen eine sinnvolle Lektüre. Ob man sich nebenbei auch den wöchentlichen Videopodcast von Bahn TV anschaut, ist Geschmackssache. Ich lese der Vollständigkeit halber auch noch Google News, Suchbegriff "bahn ODER eisenbahn", aber 90% dessen, was dort auftaucht, steht immer schon bei Eurailpress und DB. Die sonstigen deutschsprachigen Nachrichtenseiten zum Thema sind überwiegend nicht der Rede Wert.
Der Markt für Printmedien ist voll bunter Magazine mit der üblichen Soße aus Nostalgie und Modellbau, aber mit wenig aktueller Information. Ausnahmen sind die beiden Fachzeitschriften "Regionalverkehr" und "stadtverkehr", die kompetent und ohne Geschwafel über Nahverkehr berichten. Sie sind sich so ähnlich (teilweise exakt gleiche Artikelthemen), dass ein Vergleich schwer fällt. Es scheint leider keine vergleichbare, im Zeitschriftenhandel erhältliche Publikation zu geben, die sich auch mit Fernverkehrsthemen beschäftigt. Man findet häufig gute Artikel zum Thema in der Frankfurter Allgemeinen Zeitung und Sonntagszeitung, aber eine regelmäßige Rubrik bilden diese dort auch nicht.
Was Bücher angeht, habe ich einen einzigen, dafür umso gewichtigeren Tipp: Joachim Fiedlers backsteindickes, von Dutzenden Fachleuten redigiertes Taschenbuch "Bahnwesen", 2005 in der fünften Auflage bei Werner in Neuwied erschienen, kann als Nachschlagewerk zu nahezu allen Gebieten des Fachs dienen, von Fahrdynamik über Oberbau bis zur Haltestellen- und Fahrplangestaltung. Letzlich ist es für die 40,- €, die es kostet, ein Schnäppchen.

Und das war es dann auch schon - konzentrierte, aktuelle Information zum Thema Eisenbahn macht sich rar. Das ist einer der Gründe, warum es das Prellblog gibt. Ich freue mich aber jederzeit über weitere Hinweise, vor allem auf brauchbare Blogs, denn in meiner Linkspalte ist noch viel Platz.

Bild: Till Krech (alias extranoise) bei Flickr (Lizenz und Details)