Lothar Fendrich (Hrsg.)

Handbuch Eisenbahninfrastruktur

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Lothar Fendrich (Hrsg.)

Handbuch Eisenbahninfrastruktur

mit 900 Abbildungen

Professor Dr.-Ing. Lothar Fendrich (Hrsg.)SPITZKE AG Märkische Allee 39/4114979 Großbeeren

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isbn-10 3-540-29581-X Berlin Heidelberg New Yorkisbn-13 978-3-540-29581-5 Berlin Heidelberg New York

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Umschlaggestaltung: medionet AG, BerlinSatz: medionet AG, Berlin

Gedruckt auf säurefreiem Papier 68/3020/m - 5 4 3 2 1 0

Préface d’un Collègue et Ami(Übersetzung aus dem Französischen durch den Herausgeber)

Le chemin de fer, conçu il y a deux siècles pour le transport de masse des personnes et des marchandises est certainement promis à un bel avenir de développement compte tenu de la croissance de l’urbanisation et de la mondialisation des échanges. Ce déve-loppement porte sur trois axes:

entre agglomérations (la grande vitesse) autour et dans les agglomérations (RER et métros)entre les centres logistiques marchandises.

Cette mutation, à la fois stratégique, technologique et économique se manifeste clai-rement depuis une trentaine d’années: c’est un véritable renouveau du chemin de fer.

Ainsi, la transition lente mais certaine, entre le chemin de fer traditionnel et celui qui est développé aujourd’hui ne fait que s’accélérer car elle est basée sur une vision à long terme, guidée et soutenue, non seulement par l’Union Européenne mais par tous les pays émergeants. La voie est donc tracée afi n que le chemin de fer reprenne une place signifi cative dans la répartition modale des voyageurs et du fret, constituant ainsi un véritable moteur de l’économie.

Cet ouvrage multi auteurs, faisant le point sur l’état de l’art et des techniques fer-roviaires modernes pour l’infrastructure, est une contribution très importante aussi bien pour la formation que pour l’ingénierie ferroviaire.

Je félicite mon Collègue et Ami, Prof. Dr.-Ing. Lothar Fendrich, ainsi que tous les auteurs pour cet important travail qui contribuera aux objectifs de mobilité durable des sociétés modernes.

Geleitwort eines Kollegen und FreundesDie Eisenbahn wurde vor zwei Jahrhunderten für den Massentransport von Personen und Gütern konzipiert. Angesichts des Wachstums der urbanen Strukturen und der Globalisierung des Warenaustausches hat sie ohne jeglichen Zweifel noch erhebliches Entwicklungspotenzial. Die Entwicklung weist in drei Richtungen, nämlich

Hochgeschwindigkeit zwischen den großen Ballungsgebieten,Nahverkehrssysteme um und in Ballungsgebieten,Güterverkehrsverbindungen zwischen den Logistikzentren.

Dieser sowohl technologische und ökonomische als auch strategische Wandel zeich-net sich klar seit etwa dreißig Jahren ab und führt zu einer ganz neuen Eisenbahn.

Der allmähliche, aber nachhaltige Übergang von der traditionellen Eisenbahn zu dem heutigen Entwicklungsstand wird geleitet und beschleunigt durch eine langfris-tige Vision, die nicht nur von der Europäischen Union, sondern von allen aufstre-

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VI Geleitwort

benden Ländern getragen wird. Der Weg ist also vorgezeichnet, durch den die Eisen-bahn wieder einen bedeutenden Anteil am Güter- und Personenverkehr gewinnen und somit einen echten Motor der Volkswirtschaft en darstellen kann.

Das vorliegende Gemeinschaft swerk vieler Autoren, das den neuesten Stand moder-ner Eisenbahninfrastruktur umfassend darstellt, ist ein sehr wichtiger Beitrag sowohl für die Ingenieuraus- und -weiterbildung als auch für die Anwendung im Eisenbahn-ingenieurwesen.

Ich beglückwünsche meinen Kollegen und Freund Prof. Dr.-Ing. Lothar Fendrich sowie alle Autoren zu diesem gewichtigen Werk, das den Zielen einer nachhaltigen Mobilität unserer modernen Gesellschaft dient.

Lausanne, Septembre 2006 Prof. Dr.-Ing. Robert E. RivierÉcole Polytechnique Fédérale de Lausanne – EPFL

Directeur du Laboratoire d’Intermodalité des Transportset de Planifi cation – LITEP

Vorwort

Mit diesem Handbuch wird eine fachübergreifende Darstellung der wesentlichen gel-tenden Parameter für Bau, Ausbau sowie Instandhaltung und Betrieb von Eisenbahn-infrastruktur vorgelegt. Dies entspricht dem dringenden Bedarf nach einem umfas-senden, detailreichen und praxisgerechten Nachschlagewerk neueren Datums für Ingenieure der verschiedenen Fachrichtungen im Bereich der Eisenbahninfrastruk-tur.

Das 1961 von Prof. Dr.-Ing. Ewald Graßmann, Berlin, herausgegebene Hand-buch des Eisenbahn-Bauwesens erfüllt heutige Anforderungen nicht mehr. In der Zwischenzeit ist eine Fülle von Fachbüchern erschienen, die sich jeweils nur einem Bereich des Eisenbahnwesens widmen.

Das aktuelle Werk wendet sich an den praktisch tätigen und planenden Ingeni-eur und auch an Studierende. Es will die technischen und operativen Grundlagen und Zusammenhänge der Eisenbahninfrastruktur in Maß und Zahl darstellen. Der Nutzer soll nicht durch ausufernde Prosatexte ermüdet werden, sondern durch eine knappe, aber fakten- und detailreiche Darstellung einen schnellen Zugriff auf das gesuchte Wissensgebiet respektive auf die nachzuschlagenden Einzelheiten erhalten.

Zugleich sollen die Komplexität und die Verzahnung der Ingenieurdisziplinen der Eisenbahninfrastruktur vermittelt werden, wobei theoretische Grundlagen mit prak-tischen Erfahrungen verbunden werden. Im Einzelnen werden anerkannte Verfahren und Berechnungen sowie ein umfangreiches Datenwerk mit Bildern, Zahlen, Tabel-len und Diagrammen, nach denen man heute unter Zeitdruck meist vergeblich in den verschiedensten Einzelpublikationen sucht, an die Hand gegeben. Der in der Regel in seinem engeren Fachgebiet kundige Leser soll über dieses hinaus gerade in den Kapiteln der anderen Gewerke der Eisenbahninfrastruktur auf umfassende Dar-stellungen zurückgreifen können, die ihm fundierten Erkenntniszugewinn für sei-ne Arbeit an den vielfältigen Schnittstellen bieten. Insofern ist das Werk auch für Studierende gedacht, die sich mit den Besonderheiten des Systems Schiene vertraut machen wollen.

Inhaltlich orientiert es sich an den „Technischen Spezifi kationen für die Interope-rabilität (TSI)“, welche die Teilsysteme Infrastruktur, Energieversorgung, Zugsteue-rung–Zugsicherung–Signalgebung, Fahrzeuge, Instandhaltung, Betrieb, Umwelt und Fahrgäste ausweist. Bereits in der Gliederung kommt das Grundanliegen zum Aus-druck: die Darstellung der für das System Schiene und damit auch für die Eisenbahn-infrastruktur charakteristischen Verbundwirkungen und technischen Integrationen.

Im Gliederungs- und auch inhaltlichen Mittelpunkt steht die Interaktion Rad/Schiene respektive Fahrzeug/Gleis, um die sich die systemischen Wechselwirkungen Pantograph/Oberleitung und Fahrzeug/Trassierung mit Lichtraum sowie Eisenbahn-infrastruktur insgesamt/Umfeld-Umwelt gruppieren.

VIII

Darüber hinaus wurde Wert darauf gelegt, auch Fachgebiete angemessen darzustel-len, die nicht immer im unmittelbaren Blickfeld des Interesses an Eisenbahninfra-struktur stehen, wie die Stromversorgungsanlagen der Infrastruktur, das Lernen aus Schadensfällen des Baugrundes, Kabelanlagen, Funktionale Sicherheit fester Anla-gen, Anforderungen an die eisenbahnbetriebliche Kommunikation.

Als Autoren konnten 31 anerkannte Fachleute aus Deutschland und Österreich gewonnen werden. Naturgemäß ergeben sich durch die Vielzahl der Autoren aus den verschiedenen Fachgebieten unterschiedliche Sicht- und Darstellungsweisen. Es ist mir wichtig festzustellen, dass die Individualität der jeweiligen Autoren nicht ein-geengt wurde, sondern im Gegenteil die inhaltlichen Schwerpunkte, die die Autoren gesetzt haben, deutlich blieben.

Bei der Bearbeitung der einzelnen Kapitel wurde den Autoren auch deshalb große individuelle Gestaltungsfreiheit eingeräumt, um eine lehrbuchhaft e Attitude zu ver-meiden und stattdessen dem jeweiligen individuellen Erfahrungs- und Erkenntnis-schatz des Bearbeiters Vorrang zu geben.

An erster Stelle gilt mein herzlichster Dank allen Autoren, die sich von Anfang an bereitwillig, ja enthusiastisch für dieses Gemeinschaft swerk engagiert haben und auch in der terminengen Schlussphase nicht nachließen.

Mein Dank gilt Herrn Dipl.-Ing. Th omas Lehnert vom Springer-Verlag, der den Anstoß zu diesem Handbuch gab und sein Werden umsichtig begleitete und förder-te. Ein besonderer Dank gebührt Frau Sigrid Cuneus von der Redaktion Technik des Springer-Verlages, die die Herausforderungen von Autorenvielfalt und Detailteufeln vorbildlich gemeistert hat.

Möge dieses Handbuch Eisenbahninfrastruktur viele Leser und Nutzer fi nden, und zwar nicht nur in den deutschsprachigen DACH-Staaten, sondern insbesondere auch in den neuen und künft igen Mitgliedsländern der Europäischen Union.

Berlin, im September 2006 Lothar Fendrich

Vorwort

Inhalt

Autorenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXI

1 Trassierung und Gleisplangestaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Manfred Weigend

1.1 Längsneigung der Eisenbahn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.1 Längsneigung der Streckengleise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.2 Längsneigung in Bahnhöfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1.3 Ausrundungen in der Längsneigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2 Allgemeine Regeln der Linienführung im Grundriss . . . . . . . . 41.2.1 Grundregel für durchgehende Hauptgleise. . . . . . . . . . . . . . . . 41.2.2 Grundregel für die übrigen Haupt- und Nebengleise . . . . . . . . . . 5

1.3 Elemente der Linienführung im Kreisbogen . . . . . . . . . . . . . 51.3.1 Radius, Überhöhung und Geschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 51.3.2 Größe der Überhöhung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3.3 Der Überhöhungsfehlbetrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.3.4 Die Regelüberhöhung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.3.5 Wahl der Bogenradien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.3.6 Längen der Kreisbögen und Geraden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.3.7 Gleisverziehungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.4 Übergangsbogen und Überhöhungsrampe . . . . . . . . . . . . . 121.4.1 Die Klothoide mit gerader Überhöhungsrampe . . . . . . . . . . . . . 121.4.2 Übergangsbogen- und Rampenlänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.4.3 Der Übergangsbogen mit geschwungener Rampe. . . . . . . . . . . . 16

1.5 Der Bogen ohne Übergangsbogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.5.1 Krümmungswechsel und Vergleichsradius. . . . . . . . . . . . . . . . 181.5.2 Längen der Zwischengeraden oder Zwischenbögen . . . . . . . . . . 201.5.3 Gegenbogen mit kleinen Radien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.6 Entwurf der Spurpläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.6.1 Wahl und Anordnung der Weichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.6.2 Die Weiche als Spurplanelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.7 Optimierung vorhandener Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311.7.1 Maßnahmen zur Fahrzeitverkürzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311.7.2 Linienkorrekturen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311.7.3 Einsatz von Neigetechnikfahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Anhang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

X Inhalt

2 Querschnittsgestaltung der Bahnanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Walter Mittmann

2.1 Fahrzeugbegrenzung und Lichtraumprofi l . . . . . . . . . . . . . . 43

2.2 Elemente des Streckenquerschnitts . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.2.1 Lichter Raum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.2.2 Gleisabstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.2.3 Fahrbahnbreite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532.2.4 Abstand fester Anlagen von Gleismitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552.2.5 Lichte Weite und Höhe unter Überführungsbauwerken . . . . . . . . 57

2.3 Streckenquerschnitt der freien Strecke . . . . . . . . . . . . . . . . 582.3.1 Streckenquerschnitt auf Erdkörpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582.3.2 Streckenquerschnitt auf Brücken und in Tunneln . . . . . . . . . . . . 58

2.4 Abstände in Gleisanlagen mit Arbeitsstätten und Verkehrswegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

2.5 Parallelführung von Schienenweg und Straße . . . . . . . . . . . 63

2.6 Bahnsteiganlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642.6.1 Grundsätze für die Konzeption und Gestaltung . . . . . . . . . . . . . 642.6.2 Abmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662.6.3 Konstruktionssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692.6.4 Sicherheitselemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3 Eisenbahndämme und Einschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Horst Rahn

3.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.2 Baugrundtechnische Bewertung der Erdbauwerke und des Baugrundes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.2.1 Geologische, hydrologische Situation, Einfl uss aus der Verwitterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.2.2 Umweltschäden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823.2.3 Aufschluss des Baugrundes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.2.4 Baugrundgutachten/geotechnischer Bericht . . . . . . . . . . . . . . . 88

3.3 Gründung von Erdbauwerken auf tragfähigem Baugrund . . . . . 893.3.1 Oberbodenabtrag und Untergrundplanum . . . . . . . . . . . . . . . 913.3.2 Dammaufb au . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933.3.3 Aushub tiefer Baugruben mit Unterwasserbaggerung/

Saugwirkung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

3.4 Gründung von Erdbauwerken auf wenig tragfähigem Baugrund . 1453.4.1 Allgemeine Grundlagen bei der Bewertung der Bahndämme

auf wenig tragfähigem Baugrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1453.4.2 Die Entstehung der Moore und die bautechnische Nutzung

in ihrer Eigenschaft en . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1463.4.3 Besonderheiten der Erkundung und Baugrundbeurteilung . . . . . . 149

XIInhalt

3.4.4 Überschütten von Moorfl ächen mit einer Arbeits- und Filterschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

3.4.5 Analyse der Schäden schwimmend gegründeter Bahndämme. . . . . 1563.4.6 Wahl der Sanierungs- und Ertüchtigungsmethode bei Arbeiten

an in Betrieb befi ndlichen Bahndämmen auf weichem Untergrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

4 Ingenieurbauwerke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

Manfred Curbach, Dirk Jesse

4.1 Eisenbahnbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2154.1.1 Zur Geschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2154.1.2 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2164.1.3 Regelwerk für die Planung von Eisenbahnbrücken . . . . . . . . . . . 2174.1.4 Neubau von Bahnbrücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2244.1.5 Instandhaltung und Instandsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2314.1.6 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

4.2 Eisenbahntunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2374.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2374.2.2 Zur Geschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2384.2.3 Regelwerk der DB AG für die Planung von Eisenbahntunneln . . . . 2384.2.4 Tunnelbauverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2434.2.5 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

5 Beanspruchung von Gleisen und Weichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

Johannes Franz

5.1 Verkehrslasten auf Gleisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2535.1.1 Vertikallasten – charakteristische Werte (statische Anteile) . . . . . . 2535.1.2 Vertikallasten – dynamische Einwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . 2545.1.3 Vertikallasten – Radlastverlagerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2555.1.4 Vertikallasten auf Betonschwellen und weitere Lastannahmen

für ihre Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2555.1.5 Horizontallasten – charakteristische Werte . . . . . . . . . . . . . . . 2565.1.6 Lastangriff der Kräft e Q und Y am Schienenkopf . . . . . . . . . . . . 2565.1.7 Längsgerichtete Einwirkungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

5.2 Die Schiene als elastisch gelagerter Längsträger . . . . . . . . . . . 2575.2.1 Bettungszahl C beim Schotteroberbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2575.2.2 Bettungszahl C und Längsträgerbreite b bei der Festen

Fahrbahn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2595.2.3 Stützpunktsteifi gkeit c beim Schotteroberbau . . . . . . . . . . . . . . 2605.2.4 Elastisch gelagerter Längsträger unter vertikaler Belastung . . . . . . 2605.2.5 Dynamische Wirkungen am elastisch gelagerten Längsträger

unter vertikaler Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2635.2.6 Elastisch gelagerter Längsträger unter vertikal exzentrischer

und horizontaler Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

XII Inhalt

5.3 Rad-Schiene-Kontaktspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2775.3.1 Örtliche Pressungen aus dem Rollkontakt zwischen Rad

und Schiene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2775.3.2 Schubbeanspruchung im Inneren des Schienenkopfes . . . . . . . . . 2785.3.3 Zulässige Schubspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2815.3.4 Weiterführende Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

5.4 Schienenspannungen und Längen änderungen der Schienen aus Temperatureinwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

5.4.1 Längsverschiebe- und Durchschubwiderstand. . . . . . . . . . . . . . 2825.4.2 Verschiebung der reibungsgelagerten Schiene durch

Temperaturänderungen im lückenlosen Gleis . . . . . . . . . . . . . . 2855.4.3 Temperatursprung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2855.4.4 Stetige Temperaturänderung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2865.4.5 Einkoppeln von Längskräft en bzw. Schienenspannungen in die

Schienen des lückenlosen Gleises bei einteiligen Tragwerken und bei Trägerketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

5.4.6 Größe der gleichmäßigen Schienen längskäft e und Schienenspannungen im lückenlosen Gleis bei extremen Schienentemperaturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

5.5 Dauerfestigkeitsnachweis für die Biegezugspannung in Schienenfußmitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

5.6 Vertikalspannungen in Schotter, Schutzschicht und Untergrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

5.6.1 Spannungsverlauf im Mehrschichtsystem Schotter/Schutzschicht/Untergrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

5.6.2 Äquivalente Ersatzdicken für Mehrschichtsysteme Schotter/Schutz-schicht/Untergrund mit unterschiedlichen E-Modulen des Untergrundes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

5.7 Gleislagestabilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2965.7.1 Stabiler und gestörter Gleichgewichtszustand . . . . . . . . . . . . . . 2965.7.2 Biegewiderstand der Schienen, Verdrehwiderstand

und Ersatzträgheitsmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2965.7.3 Querverschiebewiderstand und Gleisverschiebewiderstand . . . . . . 2975.7.4 Berechnung der Lagestabilität des lückenlosen Gleises nach

der Energiemethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3005.7.5 Bogenatmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

6 Schienen und Schienenschweißen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309

Heinrich Köstermann und Klaus Meißner

6.1 Schienenwerkstoff und Schienenprofi le . . . . . . . . . . . . . . . . 3096.1.1 Stahl als Baustoff , Schienenstahl als individueller Werkstoff . . . . . . 3096.1.2 Die Aufgaben der Schiene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3096.1.3 Eigenschaft en des Schienenstahls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3106.1.4 Das Gefüge des Schienenstahls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3136.1.5 Schienenherstellung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3146.1.6 Schienenformen (Schienenprofi le) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

XIIIInhalt

6.1.7 Walzlängen, Walz- und Prägezeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3156.1.8 Verwendung und Verschleißbeanspruchung von Schienen . . . . . . 316

6.2 Schienenschweißen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3176.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3176.2.2 Abbrennstumpfschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3186.2.3 Gaspressschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3226.2.4 Aluminothermisches Gießschmelzschweißen von Schienen . . . . . . 3236.2.5 Lichtbogenschweißen von Schienen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

6.3 Schienenschleifen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3256.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3256.3.2 Neuschienenschleifen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3266.3.3 Schleifen von Schweißungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326

6.4 Fehler und Schäden an Schienen und Schienenschweißungen. . . 3266.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3266.4.2 Schienenfehler, Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3276.4.3 Beschreibung der Schienenfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

6.5 Prüfen, Messen und Bewerten von Schienen und Schienen-schweißungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

6.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3306.5.2 Schienen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3306.5.3 Schweißungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3316.5.4 Methoden der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) von Schienen. . . . . 333

6.6 Herstellen lückenloser Gleise und Weichen . . . . . . . . . . . . . 3336.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3336.6.2 Durchführung des Spannungsausgleichs im Gleis. . . . . . . . . . . . 3356.6.3 Durchführung des Spannungsausgleichs in Weichen . . . . . . . . . . 336

7 Bahnübergänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339

Erwin Böck

7.1 Die Sicherung von Bahnübergängen (BÜ) . . . . . . . . . . . . . . 3397.1.1 Die Sicherheit an BÜ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3397.1.2 Der Begriff des Sicherns von BÜ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3397.1.3 Möglichkeiten zur Sicherung von BÜ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3407.1.4 Gesetzliche Grundlagen zur Sicherung von BÜ . . . . . . . . . . . . . 3407.1.5 Interne Regelungen der DB AG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

7.2 Ausführung technischer Sicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 3427.2.1 Anlagen zur technischen Sicherung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3427.2.2 Steuerung der Anlagen zur technischen Sicherung . . . . . . . . . . . 3447.2.3 Überwachung der technischen Sicherungsanlagen . . . . . . . . . . . 3457.2.4 Berechnungen zu Anlagen der technischen Sicherung . . . . . . . . . 346

7.3 Ausführung nicht technischer Sicherungen . . . . . . . . . . . . . 3477.3.1 Sicherung durch die Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3477.3.2 Sicherung durch Pfeifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

XIV Inhalt

7.4 Bautechnische Gestaltung des BÜ-Bereichs . . . . . . . . . . . . . 3497.4.1 Entwässerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3497.4.2 Bauliche Gestaltung des Kreuzungsstücks . . . . . . . . . . . . . . . . 350

7.5 Verkehrstechnische Gestaltung des BÜ-Bereichs . . . . . . . . . . 3517.5.1 Bereinigung und Umgestaltung des Kreuzungsbereichs . . . . . . . . 3517.5.2 Anpassen des Straßenverlaufs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3537.5.3 Beschilderung und Markierung der Zufahrten zu BÜ . . . . . . . . . 356

8 Das Zusammenwirken von Rad und Schiene . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359

Klaus Rießberger

8.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359

8.2 Der Radsatz im Gleis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3598.2.1 Einführung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3598.2.2 Das Reibungsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3608.2.3 Äquivalente Konizität. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3638.2.4 Rückstellsteifi gkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3658.2.5 Einfl uss der Spurweite auf e, kg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3658.2.6 Möglichkeiten der Einfl ussnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3668.2.7 Bewegungsgleichungen von Radsätzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

8.3 Das Drehgestell am Gleis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3688.3.1 „Steife“ Konstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3688.3.2 „Weiche“ Drehgestelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3698.3.3 „Selbstlenkende“ und „Zwangsgesteuerte“ Drehgestelle . . . . . . . . 3698.3.4 Gleichungssysteme für Fahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370

8.4 Stabilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3738.4.1 Kritische Geschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3738.4.2 Einfl üsse auf die Laufstabilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376

8.5 Bogenlauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

8.6 Maßnahmen zur Unterstützung guter Rad-Schiene-Interaktion . 379

8.7 Beispiele und Erfahrungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380

8.8 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

Anhang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385

9 Energieversorgung der elektrischen Bahnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395

Bernd-Wolfgang Zweig

9.1 Bahnstromsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395

9.2 Fahrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3999.2.1 Oberleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3999.2.2 Stromschienenoberleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4379.2.3 Stromschienen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437

XVInhalt

9.3 Stromabnehmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4469.3.1 Stromabnehmer für Oberleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4469.3.2 Seitenstromabnehmer bei Grubenbahnen . . . . . . . . . . . . . . . . 4539.3.3 Stromabnehmer für Stromschienen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453

9.4 Rückstromführung, Bahnerdung und Potenzialausgleich . . . . . 4549.4.1 Rückstromführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4549.4.2 Bahnerdung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456

10 Stromversorgungsanlagen der Infrastruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463Eberhard Hunger

10.1 Vorbemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463

10.2 Alternative Stromversorgungsanlagen der Infrastruktur. . . . . . 46310.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46310.2.2 Energieverbraucher an Eisenbahnstrecken. . . . . . . . . . . . . . . . 46510.2.3 Energiequellen an Eisenbahnstrecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46910.2.4 Speichermedien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47210.2.5 Anwendungsbeispiele aus dem Eisenbahnbereich. . . . . . . . . . . . 47510.2.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483

10.3 Elektrische Weichenheizanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48410.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48410.3.2 Energieeinspeisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48510.3.3 Komponenten von elektrischen Weichenheizanlagen. . . . . . . . . . 48810.3.4 Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49510.3.5 Steuerung und Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49910.3.6 Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504

10.4 Energieversorgung für Tunnelsicherheitsausrüstung in Eisenbahntunneln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505

10.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50510.4.2 Elektrische Energieanlagen 50 Hz in Eisenbahntunneln . . . . . . . . 50810.4.3 Sonstige Rettungseinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515

11 Kabelanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523

Ralf Baumann

11.1 Bauarten und Verwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523

11.1.1 Energiekabel und Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52611.1.2 Signal- und Nachrichtenkabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531

11.2 Garnituren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53211.2.1 Muff en und Verbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53311.2.2 Endverschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534

11.3 Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53511.3.1 Trassenplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53511.3.2 Typenauswahl und Dimensionierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53711.3.3 Lagepläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54111.3.4 Führung, Befestigung und Schutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542

XVI Inhalt

11.4 Legung und Montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54811.4.1 Auslegen und Kennzeichnen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54811.4.2 Garniturenmontage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55211.4.3 Ab- und Inbetriebnahmeprüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55211.4.4 Schlussvermessung und Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . 553

11.5 Betrieb und Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55411.5.1 Kabelüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55411.5.2 Instandhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554

12 Betriebsführung der Infrastruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559

Jörn Pachl

12.1 Grundbegriff e des Bahnbetriebes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55912.1.1 Rechtsgrundlagen und Regelwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55912.1.2 Einteilung der Eisenbahnunternehmen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 56012.1.3 Grundsätzliche Klassifi zierung der Betriebsverfahren . . . . . . . . . 56112.1.4 Einteilung der Betriebsstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56212.1.5 Durchführung von Fahrten auf einer Eisenbahninfrastruktur . . . . . 563

12.2 Signalisierung am Fahrweg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57012.2.1 Signalsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57012.2.2 Verwendung der Signale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575

12.3 Flankenschutz der Fahrwege . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589

12.4 Bauen im Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59012.4.1 Sicherung von Arbeitsstellen im Gleis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59012.4.2 Betriebliche Maßnahmen zur Durchführung

von Baumaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59312.4.3 Koordination zwischen Betriebsführung und bauausführenden

Stellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596

13 Eisenbahnsicherungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599Ulrich Maschek

13.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59913.1.1 Maßgebende Systemeigenschaft en . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59913.1.2 Regelkreis der Eisenbahnsicherungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . 600

13.2 Gleisschaltmittel und Gleisfreimelde anlagen . . . . . . . . . . . . 60113.2.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60113.2.2 Technische Wirkprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60213.2.3 Techniken zur Gleisfreimeldung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604

13.3 Sicherung beweglicher Fahrweg elemente. . . . . . . . . . . . . . . 60913.3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60913.3.2 Weichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61013.3.3 Gleissperren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61413.3.4 Bewegliche Brücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61513.3.5 Drehscheiben und Schiebebühnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61513.3.6 Tore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615

XVIIInhalt

13.4 Technologien der Fahrwegsicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . 61513.4.1 Abstandshaltung im Schienenverkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61513.4.2 Steuerung und Sicherung der Fahrwegelemente. . . . . . . . . . . . . 61613.4.3 Technologie Fahrstraße. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61713.4.4 Technologie Blockinformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62813.4.5 Techniken zur Fahrwegsicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63113.4.6 Leittechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633

13.5 Anordnung ortsfester Signale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63413.5.1 Bezeichnung der Vor- und Hauptsignale . . . . . . . . . . . . . . . . . 63413.5.2 Standort quer zum Gleis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63513.5.3 Standort längs zum Gleis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635

13.6 Zugbeeinfl ussung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63913.6.1 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63913.6.2 Einordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63913.6.3 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641

14 Funktionale Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649

Jens Braband

14.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64914.1.1 Wesentliche Unfallursachen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64914.1.2 Epochen der Systemsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650

14.2 Defi nition des Begriff s Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65114.2.1 Klassische Defi nitionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65114.2.2 Moderne, risikoorientierte Defi nition . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65214.2.3 Der risikoorientierte Ansatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65214.2.4 Bedeutung der Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652

14.3 Risikoanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65314.3.1 Der Risikoanalyse-Prozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65414.3.2 Defi nition von Sicherheitszielen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65514.3.3 Methoden zur Risikoanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 669

14.4 Sicherheitsnachweisführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67514.4.1 Der Gefährdungsanalyse-Prozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67614.4.2 Struktur und Hierarchie von Sicherheitsnachweisen . . . . . . . . . . 68014.4.3 Aufb au und Inhalt von Sicherheitsnachweisen. . . . . . . . . . . . . . 68214.4.4 Technischer Sicherheitsnachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687

14.5 Ereignisanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69014.5.1 Erfassung und Auswertung sicherheitsrelevanter Ereignisse . . . . . . 69014.5.2 Unfallursachen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69014.5.3 Unfallursachenanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69114.5.4 Organisationales Lernen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693

14.6 Sicherheitskultur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69314.6.1 Begriff sdefi nition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69414.6.2 Indikatoren für eine positive Sicherheitskultur . . . . . . . . . . . . . 694

14.7 Beispiel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69514.7.1 Systemdefi nition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69514.7.2 Gefährdungsidentifi kation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696

XVIII Inhalt

15 Telekommunikationstechnik am Beispiel der DB AG . . . . . . . . . . . . . 701

Peter Reuther

15.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 701

15.2 Betriebsfernmeldeanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70115.2.1 Ausrüstungsstandards auf der Strecke und im Bahnhof . . . . . . . . 70115.2.2 Ausrüstung von Betriebszentralen und örtlich zuständige

Fahrdienstleiter (öZF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70215.2.3 Derzeit im Einsatz befi ndliche TK-Anlagen und -Systeme . . . . . . . 70515.2.4 Beschallungs- und Wechselsprechanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . 70715.2.5 Melde- und Überwachungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71015.2.6 Betriebliche Gefahrenmeldeanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71915.2.7 Videotechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72315.2.8 Analoger Zugfunk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72415.2.9 Digitaler Zugfunk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 729

15.3 Übertragungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 741

16 Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743

Bernhard Koch

16.1 Umweltmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743Tobias Herbert, Bernhard Koch

16.1.1 Ziel und Nutzen von Managementsystemen unter besonderer Berücksichtigung des Umweltmanagements . . . . . . . . . . . . . . . 743

16.1.2 Normen im Bereich Umweltmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . 74416.1.3 Delegation von Unternehmer-/Betreiberpfl ichten. . . . . . . . . . . . 74816.1.4 Beauft ragtenwesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75016.1.5 Integrierte Managementsysteme (IMS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 752

16.2 Anlagenbezogener Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753Björn Zimmer, Jürgen Kroeter, Markus Hößl, Steff en Jank, Franz Klier, Georg Schell

16.2.1 Abwasseranlagen und Abwasserbehandlungsanlagen. . . . . . . . . . 75316.2.2 Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoff en . . . . . . . . 75516.2.3 Innenreinigungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76116.2.4 Genehmigungsbedürft ige Anlagen nach der 4. BImSchV . . . . . . . 76416.2.5 Trinkwasserfüllanlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76616.2.6 Strahlenschutzrelevante Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76816.2.7 Elektromagnetische Verträglichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769

16.3 Schutz vor Lärm und Erschütterungen . . . . . . . . . . . . . . . . 787Christian Keil, Bernhard Koch, Rüdiger Garburg

16.3.1 Lärm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78716.3.2 Erschütterungen und sekundärer Luft schall . . . . . . . . . . . . . . . 795

16.4 Vegetationskontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812Gerhard Hetzel

16.4.1 Grundlagen und Defi nitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81216.4.2 Vegetationskontrolle für den Bereich im Gleis . . . . . . . . . . . . . 814

XIXInhalt

16.4.3 Vegetationskontrolle für den Bereich am Gleis . . . . . . . . . . . . . 81516.4.4 Positive Aspekte für den Naturschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 822

16.5 Schutz von Natur und Landschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823Martina Lüttmann

16.5.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82316.5.2 Strategische Umweltprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82316.5.3 Umweltverträglichkeitsprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82516.5.4 Naturschutzfachliche Eingriff sregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . 82816.5.5 Flora-Fauna-Habitat-Verträglichkeitsprüfung . . . . . . . . . . . . . . 82916.5.6 Artenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 832

16.6 Umweltschutzanforderungen an Planungs- und Instandhaltungsprozesse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834Björn Zimmer

16.6.1 Entsorgung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83416.6.2 Transport gefährlicher Güter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 842

17 Infrastrukturzugang für Fahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 855

Walter Mittmann

17.1 Vorgaben der Europäischen Gemeinschaft . . . . . . . . . . . . . . 85517.1.1 Interoperabilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85517.1.2 Diskriminierungsfreier Netzzugang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 855

17.2 Technische Zugangsvoraussetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 856

17.3 Abnahme von Fahrzeugen oder Komponenten . . . . . . . . . . . 857

17.4 Feststellung der Kompatibilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 857

17.5 Bekanntgabe der Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86517.5.1 Schienennetz-Nutzungsbedingungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86517.5.2 Infrastruktur- und Fahrzeugregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 866

17.6 Regelwerk für den Infrastrukturzugang . . . . . . . . . . . . . . . 866

17.7 Verfahrensabläufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 869

17.8 Versuchs- und Probefahrten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87017.8.1 Zweck und Umfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87017.8.2 Ausnahmeregelungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87117.8.3 Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871

18 Instandhaltung und Anlagenmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873

Peter Veit

18.1 Anlagenmanagement für den Fahrweg von Eisenbahnen . . . . . 878

18.2 Modell zur wirtschaft lichen Bewertung von Fahrwegstrategien. . 879

18.3 Schrittweise optimiertes Anlage management am Beispiel des Projekts „Strategie Fahrweg“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883

18.3.1 Strategie Fahrweg – Stufe 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 885

XX Inhalt

18.3.2 Forschungen zum Qualitätsverhalten des Oberbaus . . . . . . . . . . 90218.3.3 Strategie Fahrweg – Stufe 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 916

19 Anlagenmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 929

Ulrich Erdmann

19.1 Anforderungen an Infrastruktur managementsysteme . . . . . . . 92919.1.1 Systemarchitektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92919.1.2 Datenimport/Schnittstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93219.1.3 Das Analysesystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93219.1.4 Anforderungen und Grundformen der Darstellung. . . . . . . . . . . 93619.1.5 Fachübergreifende Grundlagen für weitergehende Analysen . . . . . 939

19.2 Anwendung von Infrastruktur managementsystemen . . . . . . . 94319.2.1 Ist-Zustandsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94419.2.2 Zustandsprognose. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95619.2.3 Instandhaltungsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 962

Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 967

Autorenverzeichnis

Dipl.-Ing. Ralf BaumannBerliner Verkehrsbetriebe (BVG)10783 BerlinKap. 11 Dipl.-Ing. Erwin BöckIngenieurbüro für Eisenbahntechnik80686 München Kap. 7 Prof. Dr. rer. nat. Jens BrabandSiemens AG38023 Braunschweig Kap. 14 Prof. Dr.-Ing. Manfred CurbachTU Dresden01062 Dresden Kap. 4

Ulrich Erdmann ERDMANN-Soft waregesellschaft mbH02826 Görlitz Kap. 19

Prof. Dr.-Ing. Johannes Franz39114 Magdeburg Kap. 5

Dipl.-Ing. (FH) Rüdiger Garburg DB Netz AG10115 Berlin Abschn. 16.3

Dipl.-Ing. Agr. Tobias Herbert DB Netz AG60486 Frankfurt Abschn. 16.1

Dr. Gerhard Hetzel DB Netz AG60486 Frankfurt Abschn. 16.4

Dipl.-Ing. Markus Hößl DB Systemtechnik80939 München Abschn. 16.2

Dipl.-Ing. Eberhard HungerBalfour Beatty Rail GmbH12459 Berlin Kap. 10

Dipl.-Ing. Steff en JankDB Systemtechnik80939 München Abschn. 16.2

Dipl.-Ing. Dirk JesseTU Dresden01062 Dresden Kap. 4

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christian KeilDB Netz AG60486 Frankfurt Abschn. 16.3 und 16.6

Dipl.-Ing. Franz KlierDB Systemtechnik80939 München Abschn. 16.2

Dipl.-Ing. Bernhard KochDB Netz AG60486 Frankfurt Abschn. 16.1 und 16.3

XXII Autorenverzeichnis

Prof. Dr.-Ing. Heinrich Köstermann Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt30453 Hannover Kap. 6

Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Kroeter Bahn-Umwelt-Zentrum (BUZ)32423 Minden Abschn. 16.2

Dipl.-Ing. Martina LüttmannBahn-Umwelt-Zentrum (BUZ)10115 Berlin Abschn. 16.5

Dr.-Ing. Ulrich Maschek TU Dresden01062 Dresden Kap. 13

Dipl.-Ing. Klaus Meißner 04157 Leipzig Kap. 6

Dr.-Ing. Walter Mittmann 61350 Bad Homburg Kap. 2 und 17

Prof. Dr.-Ing. Jörn Pachl TU Braunschweig38106 Braunschweig Kap. 12

Dr.-Ing. Horst Rahn 13156 Berlin Kap. 3

Dipl.-Ing. Peter Reuther DB Infrastruktur Netz GmbH60326 Frankfurt Kap. 15

Prof. Dr. techn. Klaus Rießberger TU GrazA-8010 Graz Kap. 8

Dipl.-Ing. Georg Schell DB Systemtechnik80939 München Abschn. 16.2

a. o. Univ.-Prof. Dr. techn. Peter Veit TU GrazA-8010 Graz Kap. 18

Dr.-Ing. Manfred Weigend 82024 Taufk irchen Kap. 1 Dipl.-Geogr. Björn Zimmer DB Netz AG60486 Frankfurt Abschn. 16.2 und 16.6

Dr.-Ing. Bernd-Wolfgang Zweig Balfour Beatty Rail GmbH63067 Off enbach Kap. 9

Trassierung und GleisplangestaltungManfred Weigend

1.1 Längsneigung der Eisenbahn

1.1.1 Längsneigung der Streckengleise

Die größte Längsneigung und der kleinste Bogenradius, sind die beiden entscheidenden Trassierungselemente einer Eisenbahnstre-cke, sie waren es zur Zeit des Eisenbahnbaues im 19. Jahrhundert und sind es – modifi ziert – bei heutigen Neubaumaßnahmen. Von die-sen beiden Parametern und von verfügbaren Triebfahrzeugen hängen die Anhängelast der Züge, die jeweils erreichbare Geschwindigkeit und schließlich die Leistungsfähigkeit einer Strecke ab.

Beim erstmaligen Bau von Eisenbahnen war die Längsneigung meist ausschlaggebend für die Trassenwahl, die Bogenradien durft en meist schon aufgrund der Lauff ähigkeit der Lokomotiven nicht zu klein gewählt werden.

Relativ bald hatten sich größte Neigungen von etwa 25 Promille als Standard für Stre-cken mit großen Höhenunterschieden, d.h. im Hoch- und im Mittelgebirge und von etwa 10 bis 12 Promille in den Ebenen und im Hügel-land durchgesetzt. Auf Nebenstrecken, die von Anfang an als solche geplant wurden, kamen auch größere Neigungen, meist bis zu 40 Pro-mille, vereinzelt auch darüber, zur Anwen-dung. Auf den Hauptbahnen sind überwie-gend Neigungen bis zu etwa 25 Promille, nur selten darüber, zur Anwendung gekommen.

Die Festlegung in der Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung (BO) von 1928 [1.1] auf 12,5 (bis max. 25) Promille bei Hauptbahnen und 40 Promille bei Nebenbahnen orientierte sich off ensichtlich am Bestand des damals bereits

weitgehend fertig gestellten Eisenbahnnetzes in Deutschland, neue Strecken sollten dem-nach keinesfalls steiler trassiert werden als die überwiegende Mehrzahl der vorhandenen Bahnen.

In der Eisenbahn-Bau- und Betriebsord-nung von 1967 (EBO) und der Novelle von 1991 hierzu [1.2] ist ausgesagt, dass die Längs-neigung auf Hauptbahnen bei Neubauten 12,5 Promille nicht überschreiten soll. Soweit heu-te eine für Personen und Güterverkehr geeig-nete Strecke gebaut wird, ist dieser Wert nach wie vor als zweckmäßige obere Grenze anzuse-hen. Beispiel hierfür sind die, Anfang der 90er Jahre in Betrieb gegangenen Strecken Mann-heim–Stuttgart und Hannover–Würzburg. Hier hat die Wahl von 12,5 Promille auf Dau-er den Vorteil, dass bei Umleitungen über vor-handene Strecken, Neigungen in etwa der glei-chen Größenordnung angetroff en werden.

Beim Bau neuer Strecken und Streckenab-schnitte genügt es daher nicht nur, einen all-gemein vorgegebenen Grenzwert einzuhal-ten, vielmehr muss die Längsneigung danach gewählt werden, welche Größe für die Trakti-on im jeweiligen Einsatzgebiet der Triebfahr-zeuge maßgebend ist.

Nach EBO sollen die Längsneigungen bei Neu-bauten nicht größer sein als:

bei Hauptbahnen 12,5‰bei Nebenbahnen 40‰in Bahnhöfen 2,5‰.

Bei neuen Spezialstrecken für den Hochge-schwindigkeitsverkehr gelten andere Überle-gungen. Hier ist es begründet (und meist auch notwendig) die kinetische Energie des fahren-den Zuges zu berücksichtigen. Soweit es sich

1

2 1 Trassierung und Gleisplangestaltung

um Trassen mit begrenzten Höhenunterschie-den handelt, ggf. auch mit dazwischen lie-genden fl acheren Abschnitten, kann die Tat-sache genutzt werden, dass die Steigungen weitgehend durch „Schwungfahren“ über-wunden werden können; wobei der Verlust an Geschwindigkeit und Fahrzeit um so geringer ist, je schneller die betreff enden Abschnitte befahren werden. Beispiele hierfür sind die französische Strecke Paris–Lyon und die deut-sche Strecke Köln–Frankfurt.

In der für die Europäische Union (EU) gel-tenden „Technischen Spezifi kation des Teil sys-tems „Infrastruktur“ des transeuropäischen Hochgeschwindigkeitsbahnsystems“ (TSI) [1.3] ist daher für „eigens für den Hochge-schwindigkeitsverkehr gebaute oder zu bau-ende Strecken“ eine größte Längsneigung von 35 Promille zugelassen; diese darf auf eine Länge von bis zu 6 km vorhanden sein. Außer-dem darf das „gleitende mittlere Profi l“ über 10 km eine mittlere Neigung von 25 Promil-le nicht überschreiten. Voraussetzung für die Anwendung derart steiler Längsneigungen ist aber stets eine, auch bei ungünstigem Haft -wert ausreichende Anfahrzugkraft und damit ein entsprechend hoher Anteil angetriebener Achsen, damit die Weiterfahrt nach außer-planmäßigem Halt in einer Steigung sicherge-stellt werden kann.

Eine ähnliche Überlegung kann auch bei Änderungen an vorhandenen Strecken ange-stellt werden. Die klassische Lehre des Eisen-bahnbaues forderte stets mit Vorrang eine minimale und über lange Streckenabschnitte gleich bleibende Längsneigung. Das war auch richtig, solange die Grenzlast der mit Dampf-lokomotiven bespannten Züge so bemessen war, dass diese in Steigungsstrecken nur relativ langsam fahren, und infolge der geringen kine-tischen Energie, kaum zusätzliche Steigungen überwinden konnten. Dies gilt heute nur noch eingeschränkt.

Beim Bau neuer Kreuzungen mit Straßen oder anderen Verkehrswegen im vorhan-denen Netz ist die verfügbare Bauhöhe häu-fi g stark eingeschränkt. Gegen eine Erhö-

hung oder Absenkung der Gradiente, über eine begrenzte Länge, können heute kaum noch berechtigte Einwände erhoben werden. Meist genügt es nachzuweisen, dass das glei-tende Mittel der Längsneigung über die Länge des maßgebenden schweren Zuges gleich oder kleiner ist als die größte maßgebende Neigung im weiteren Verlauf der Strecke; bei näherer Betrachtung kann außerdem die kinetische Energie des fahrenden Zuges berücksichtigt werden.

Ein weiteres Anwendungsgebiet für größere Längsneigungen sind die S-Bahnstrecken. Aus baulicher Notwendigkeit müssen hier Längs-neigungen bis zu 40 Promille angewandt wer-den. Aufgrund der hohen Triebfahrzeuglei-stung der S-Bahnen ist dies ohne betriebliche Nachteile tragbar. Im Bereich der Haltepunkte wurde ohnehin meist nur die für Bahnhöfe zulässige Längsneigung (2,5‰) zugrunde gelegt, so dass im Anfahr- und Bremsbereich die mittlere Längsneigung, über die Zuglänge gemessen, entsprechend geringer ist.

Bei Strecken mit engen Kurven ist der Bogenwiderstand (auch: Krümmungs-wider-stand) zusätzlich zum Neigungswiderstand zu berücksichtigen. Er wird einer Steigung gleich-gesetzt und in Promille ausgedrückt. In der Literatur [1.4] sind verschiedene Formeln zur Berechnung des Bogenwiderstands, z.T. abhän-gig von fahrzeugspezifi schen Daten, angege-ben. Nach Röckl gilt z.B. für Hauptbahnen mit Normalspur:

Bei Radien von etwa 300 m unterschei-den sich die nach den verschiedenen Quellen errechneten Bogenwiderstände nur wenig von-einander, sie betragen hier etwa 2,6 bis 2,8‰, bei kleineren Bogenradien sind die Unter-schiede etwas größer.

Wird bei einer Linienverbesserung auf einer Steigungsstrecke der Bogenradius vergrö-ßert, so kann die Längsneigung aufgrund des reduzierten Bogenwiderstands entsprechend erhöht werden, was bei Linienverbesserungen

31.1 Längsneigung der Eisenbahn

auf vorhandenen Bergstrecken auch praktisch genutzt wird.

Der Bogenwiderstand wirkt jeweils nur auf den Teil des Zuges, der sich in der Kurve befi n-det. Aufgrund der unbekannten Merkmale künft ig eingesetzter Fahrzeuge ist eine theore-tisch genauere Berechnung des Krümmungs-widerstands kaum hilfreich. Nach Auff assung des Verfassers genügt es daher, bei der Festle-gung der „maßgebenden Neigung“ (Summe aus Neigungs- + Krümmungswiderstand) nur eine der üblichen Faustformeln, z.B. die oben angegebene Formel von Röckl zu benutzen.

1.1.2 Längsneigung in Bahnhöfen

Die EBO, wie auch die frühere BO, begrenzt die Längsneigung in Bahnhöfen auf 2,5 Promille. Diese Festlegung wird häufi g mit der Begrün-dung kritisiert, dass aufgrund ihres geringeren Rollwiderstands das Abrollen moderner Fahr-zeuge dadurch nicht verhindert werden kann. Dem ist jedoch entgegen zu halten, dass abge-stellte Wagen in jedem Fall gegen Abrollen gesichert werden müssen, da sich diese, z.B. bei Wind aus entsprechender Richtung, selbst in horizontalen Gleisen unabsichtlich in Bewe-gung setzen können. Eine Änderung der zuläs-sigen Längsneigung von 2,5‰, wie sie in vor-handenen Anlagen weitestgehend anzutref-fen ist, wäre bei Ausbaumaßnahmen mit sehr hohem Aufwand verbunden. Es wurde daher keine Notwendigkeit erkannt, in den deutschen Richtlinien den Wert von 2,5‰ zu ändern.

In diesem Zusammenhang muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass die oben bereits genannte TSI [1.3] für Gleise, in denen interoperable Züge abgestellt werden sollen, eine Längsneigung nur bis zu 2‰ erlaubt. Dies wäre zu berücksichtigen, wenn neue Abstell-anlagen zu bauen sind.

Die eingeschränkte Längsneigung der Bahn-hofsgleise wird üblicherweise nur für den Bereich gefordert, in dem Fahrzeuge abgestellt werden oder Züge planmäßig halten. Wei-chen kommen jedoch häufi g in die größeren

Neigungen der anschließenden freien Strecke zu liegen. Hier, und ganz besonders wenn die Weichen in Bögen liegen, ist es meist unver-meidbar, auch größere Neigungen als 2,5‰ in Kauf zu nehmen. Obwohl dieses Vorgehen in der EBO (im Gegensatz zur früheren BO) nicht mehr ausdrücklich erwähnt ist, gilt es aber nach wie vor als zulässig.

1.1.3 Ausrundungen in der Längsneigung

Änderungen der Längsneigung sind durch vertikale Kreisbögen auszurunden, vertika-le Übergangsbögen werden nicht angewandt. Als Mindestradius gilt für Gleise, die von allen Fahrzeugen befahren werden dürfen:

ra = 2000 m.

Nach den in Deutschland gültigen Regeln beträgt der Mindestradius bei Geschwindig-keiten von 90 km/h und darüber:

min ra = 0,25 v2 2000 (in m, v in km/h).

Der Regelwert für Ausrundungsradien ist:

reg ra = 0,4 v2 (in m, v in km/h).

Da bei Strecken für sehr hohe Geschwindig-keiten nur besonders konstruierte Fahrzeuge mit der zulässigen Höchstgeschwindigkeit verkeh-ren und andererseits besonders große Längsnei-gung vorkommen können, gelten in Überein-stimmung mit den europäischen Erfahrungen, bei v > 200 km/h folgende Mindestwerte:

in Kuppen: ra 0,175 v2, mit einer Tole-ranz von –10% und

in Wannen: ra ≥ 0,175 v2, mit einer Tole-ranz von –30%.

In der TSI [1.3] sind für (Neben)-Gleise, in denen interoperable Züge abgestellt werden sollen, auch kleinere Ausrundungsradien zuge-lassen, dies ist aber für Planungen in Deutsch-land nicht relevant.

In den Ablaufb ergen der Rangierbahnhöfe werden wesentlich kleinere Ausrundungsradi-en angewandt:

4 1 Trassierung und Gleisplangestaltung

in Kuppen von ra = 300 m und in Wannen von ra = 400 m.

Solche Gleisabschnitte dürfen jedoch nicht von allen Fahrzeugen befahren werden.

Die Ausrundungen im Aufriss sollen eine Länge von ca. 20 m nicht unterschreiten. Bei einem Unterschied der Längsneigung von bis zu einem Promille darf auf die Angabe der Aus-rundung (Länge, Radius) verzichtet werden.

1.2 Allgemeine Regeln der Linienführung im Grundriss

1.2.1 Grundregel für durchgehende Hauptgleise

Als Grundregel gilt:Die Bögen der durchgehenden Hauptgleise sol-len mit Übergangsbögen trassiert und „über-höht“ werden.

Die Forderung bezieht sich auf die „durchge-henden Hauptgleise“, das sind nach EBO die Gleise der freien Strecke und deren Fortset-zungen in den Bahnhöfen. Mit anderen Wor-ten sind das die Gleise der „Rollbahn“, auf der

sich der Eisenbahnverkehr im Wesentlichen abwickelt, die am stärksten belastet sind und die mit hohen Geschwindigkeiten befahren werden. Sie genießen Priorität in der Qualität und verlangen bestes Können der Ingenieure bei Planung und Ausführung. Von der fahrdy-namischen Qualität dieser Gleise hängen die Laufgüte der Fahrzeuge, der Reisekomfort und vor allem auch der Aufwand für die Instand-haltung entscheidend ab.

Regelform des Übergangsbogens im Grund-riss ist die Klothoide, mit der geraden Über-höhungsrampe im Aufriss; in geeigneten Fäl-len werden auch Übergangsbögen nach Bloss mit entsprechenden geschwungenen Rampen verwendet. In der Regel ist die Überhöhung durch Anheben der bogenäußeren Schiene herzustellen, die bogeninnere Schiene verläuft durchgehend in der Streckengradiente. Stets sollen Überhöhungs- und Krümmungslinie nach demselben Gesetz gebildet sein; Über-gangsbogen und Überhöhungsrampe sollen ein gemeinsames Element bilden.

In bestimmten Ausnahmefällen dürfen auch Bögen in durchgehenden Hauptgleisen ohne Überhöhung und ohne Übergangsbögen her-gestellt werden.

Solche Ausnahmen sind gewollt bei sehr großen Bogenradien ohne Überhöhung, wie

Abb. 1.1 Ausrundung der Längs-neigung

51.3 Elemente der Linienführung im Kreisbogen

z.B. bei Gleisverziehungen; zwangsläufi g müs-sen sie angewandt werden im abzweigenden Strang der Weichen, auch wenn ein durchge-hendes Hauptgleis abzweigt, wie z.B. bei Stre-ckenverzweigungen.

1.2.2 Grundregel für die übrigen Haupt- und Nebengleise

Außer den durchgehenden Hauptgleisen gel-ten Gleise als Hauptgleise, wenn sie planmäßig von Zügen befahren werden. Das sind u.a. die Überholungs- und die Kreuzungsgleise und allgemein alle Ein- und Ausfahrgleise in den Bahnhöfen. Nebengleise sind Gleise, die in der Regel nur von Rangierfahrten befahren wer-den.

Hinsichtlich der Linienführung unterschei-den sich diese Gleise von den durchgehenden Hauptgleisen dadurch, dass hier die Bögen in der Regel nicht überhöht sind und keine Über-gangsbögen haben. Es bleibt aber stets freige-stellt, Gleise, die regelmäßig von durchfahren-den Zügen benutzt werden, wie durchgehende Hauptgleise mit Überhöhung und mit Über-gangsbögen zu trassieren, falls dies notwendig oder zweckmäßig sein sollte.

Liegen in den durchgehenden Hauptglei-sen Weichen, so sind die Stammgleise in der Regel gerade. In den Zweiggleisen wird dann auf Überhöhungen und meist auch auf Über-gangsbögen verzichtet, d.h. am Anfang und Ende der Zweiggleisbögen wird ein unver-mittelter Krümmungswechsel in Kauf genom-men.

Dies ist notwendig, um die Weichenbe-reiche und damit die Bahnhofsköpfe und Ran-gierfahrwege in der Länge auf ein vertretbares Maß zu beschränken. Zwangsläufi g wird des-halb auch in den anschließenden Gleisbögen auf Überhöhungen verzichtet.

Die Wirtschaft lichkeit erfordert es, jeweils nur die Weichen zu verwenden, die für die geforderte Abzweiggeschwindigkeit benötigt werden. Das bedeutet, dass Zweiggleisbögen regelmäßig mit Mindestradien zu entwerfen

sind. Auch die anschließenden Gegenbögen im Gleis werden meist mit etwa gleich groß-en Radien trassiert, nach Möglichkeit sind dort aber größere Radien zu verwenden.

1.3 Elemente der Linienführung im Kreisbogen

1.3.1 Radius, Überhöhung und Geschwindigkeit

Im Eisenbahnbau wird der Zusammenhang zwischen Bogenradius, Überhöhung und Geschwindigkeit durch die (vereinfachte) Beziehung

ausgedrückt. Hierin ist r der Bogenradius in m, v die Geschwindigkeit in km/h und u die Über-höhung des Gleises in mm.

Der Wert uf ist der sog. „Überhöhungsfehlbe-trag“. Die Summe aus Überhöhung und Über-höhungsfehlbetrag wird als „ausgleichende Überhöhung“ uo bezeichnet. Es ist

uo = u + uf.

Die Überhöhung u ist der Betrag, um den die bogenäußere Schiene tatsächlich höher gelegt wird als die gegenüberliegende innere Schie-ne. Defi nitionsgemäß wird die Überhöhung bei Regelspur (Nennmaß 1435 mm) auf einen Abstand von (genau) 1500 mm bezogen. Nach diesem Maß, das etwa dem Schienenkopf-Mit-tenabstand entspricht, sind die Überhöhungs-messgeräte geeicht. Die Überhöhung ist damit proportional zum Sinus des Winkels β, um den die Fahrbahn quer geneigt ist (Abb. 1.2):

Der Überhöhungsfehlbetrag uf ist der Betrag, um den die ausgleichende Überhöhung bei gegebener Geschwindigkeit unterschritten werden darf.

6 1 Trassierung und Gleisplangestaltung

Er ist proportional zu der Seitenbeschleu-nigung aq, die in der Ebene des überhöhten Gleises wirkt, es gilt vereinfacht:

Die genaue Formel würde lauten (Abb. 1.3):

Der Faktor cos wird üblicherweise gleich 1 gesetzt, dadurch ist die Seitenbeschleunigung in Gleisebene mit zunehmender Überhöhung

etwas kleiner (max. um etwa 2%) als der nach der üblichen Formel berechnete Wert, die Fall-beschleunigung wird anstelle des durch Norm defi nierten Wertes gerundet mit 9,81 m/s2 angesetzt.

Im Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs wird meist ein anderer Wert der Seitenbe-schleunigung gemessen. Dies ist dadurch bedingt, dass sich der Wagenkasten infolge der Seitenbeschleunigung bei schneller Fahrt zur Bogenaußenseite, bei langsamer Fahrt im überhöhten Gleis dagegen zur Bogeninnen-seite neigt. Die Seitenbeschleunigung ai par-

Abb. 1.2 Defi nition der Überhöhung

Abb. 1.3 Seitenbeschleunigung im überhöhten Kreisbogen

71.3 Elemente der Linienführung im Kreisbogen

allel zum Wagenfußboden ist daher um den „Wankzuschlag“s größer als der rechnerische Wert aq:

ai = aq (1 + s) (in m/s2).

Der Wankzuschlag kann bei den üblichen Fahrzeugen zwischen 0,25 und 0,4 angenom-men werden. Bei der Berechnung des kinema-tischen Mindestlichtraums wird allgemein ein Wert von 0,4 angesetzt.

Durch Umformen der obigen Beziehung zwischen Radius, Überhöhung und Geschwin-digkeit erhält man die sog. „Mindestüberhö-hung“:

wobei zul uf der jeweils zulässige Wert des Überhöhungsfehlbetrages ist.

Bei gegebener Überhöhung, gegebenem Bogenradius und dem jeweils zulässigen Über-höhungsfehlbetrag errechnet sich die zulässige Geschwindigkeit nach der Formel:

Bei einer Überhöhung von 160 mm und einem Überhöhungsfehlbetrag von 150 mm ergibt sich danach eine zulässige Geschwin-digkeit von:

Anmerkung: Die hier beschriebene pragmatische Näherungsberechnung enthält Ungenauigkeiten, die man beseitigen könnte. Dadurch ginge aber die sehr anschauliche Möglichkeit verloren, die ein-schlägigen Parameter: „ausgleichende Überhö-hung“, Überhöhung und „Überhöhungsfehlbetrag“ sowie die unvermittelte Änderung des Überhö-hungsfehlbetrages, bildhaft darzustellen, was beson-ders bei komplizierten Bogenweichenverbindungen von großem Vorteil ist. Eine physikalisch genauere Berechnung z.B. mit Hilfe von Vektoren brächte zwar im Extremfall ein um etwa 1 bis 2% anderes Ergebnis, im Hinblick auf die wesentlich größe-re Ungenauigkeit infolge des Wankverhaltens der Fahrzeuge wäre dies aber ohne praktischen Wert.

1.3.2 Größe der Überhöhung

Die Überhöhung eines Eisenbahngleises wird einerseits durch die zulässige Schrägstellung der Fahrzeuge begrenzt, andererseits durch die Lagebeständigkeit des Gleises im Schotterbett bzw. durch die Herstellungsbedingungen bei der festen Fahrbahn. Im Güterverkehr besteht in Gleisen mit großer Überhöhung die Gefahr einer Ladungsverschiebung, besonders bei sehr langsamer Fahrt.

Sowohl nach den Untersuchungen in Deutschland als auch weitgehend übereinstim-mender Auff assung in Europa, liegt der Grenz-wert der Überhöhung für Gleise mit Güterver-kehr im Extremfall bei etwa 180 mm. Entspre-chend ist in der EBO festgelegt, dass dieser Wert „unter Einbeziehung der sich im Betrieb ein-stellenden Abweichungen“ nicht überschritten werden darf. Für reine Personenverkehrsstre-cken gilt in Europa heute ein Wert von 200 mm nach TSI als noch akzeptabel, allerdings auch hier einschließlich betriebsbedingter Abwei-chungen Die praktischen Grenzen der Herstel-lung des überhöhten Gleises, liegen in etwa der gleichen Größe.

Die früher häufi g vertretene Auff assung, dass der Hangabtrieb, den langsamfahren-de Güterzüge auf das überhöhte Gleis ausü-ben, zu wesentlich erhöhtem Aufwand bei der Instandhaltung führt, konnte in dieser Form nicht bewiesen werden. Zwar bedingt eine grö-ßere Überhöhung allgemein eine höhere Sorg-falt bei der Herstellung und führt ggf. auch zu rascherer Verschlechterung der Gleislagequa-lität – dies gilt aber allgemein, auch in Bögen mit kleineren Radien und unabhängig vom Verhältnis zwischen langsam und schnell fah-renden Zügen.

Aus heutiger Sicht sind deshalb die Werte:160 mm für Gleise mit Schotterbett und 170 mm für Gleise auf fester Fahrbahn

auf Strecken mit Personen- und Güterver-kehr weitestgehend durch die Praxis bestä-tigt. Damit kann die Forderung der EBO, die Überhöhung „… darf unter Einbeziehung der

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8 1 Trassierung und Gleisplangestaltung

sich im Betrieb einstellenden Abweichungen 180 mm nicht überschreiten“ mit tragbarem Aufwand bei der Instandhaltung eingehalten werden. In der erwähnten TSI, sowie in der künft igen Europäischen Norm EN 13803-1 und - 2 [1.5] sind Werte bis zu 180 mm bzw. 200 mm auf Strecken mit reinem Personenver-kehr angegeben, solche Überhöhungen dürf-ten aber in Deutschland erst angewandt wer-den, wenn entsprechende Nachweise geführt sind und die Aufsichtsbehörde zugestimmt hat. Unabhängig davon gilt nach wie vor die pragmatische Empfehlung, bei Neubauten von Strecken mit Güterverkehr die Überhöhungen auf etwa 120 mm zu begrenzen.

In Gleisbögen an Bahnsteigen soll die Über-höhung nicht größer sein als etwa 100 mm. Diese Festlegung war ursprünglich mit Rück-sicht auf Fahrzeuge mit nach außen aufschla-genden Türen getroff en worden. Heute gilt derselbe Wert vor allem mit Rücksicht auf den „barrierefreien“ Zugang zum öff entlichen Per-sonenverkehr, d.h. auf das erleichterte Ein- und Aussteigen von Fahrgästen mit Kranken-fahrstühlen oder Kinderwagen (soweit nicht aus den gleichen Gründen die Überhöhung an Bahnsteigen noch niedriger festgesetzt wird).

Ebenfalls auf 100 mm soll die Überhöhung in Gleisbögen mit Weichen begrenzt werden. Letzteres gilt vor allem bei Neu- und Ausbau-maßnahmen; im vorhandenen Netz sind ver-einzelt Bogenweichen auch in größeren Über-höhungen eingebaut.

In Bögen mit Radien von weniger als etwa 300 m ist eine weitere Begrenzung zu beach-ten, die sich aus den Untersuchungen zur ORE-Frage B 55 [1.6] ergibt. Mit Rücksicht auf die Gefahr des Entgleisens von (in erster Linie von leeren, verwindungssteifen) Güterwagen in Gleisbögen mit betriebsbedingt fehlerhaft er Gleisverwindung, sind danach die Überhö-hungen zu begrenzen auf:

Mit dieser Formel ergibt sich z.B. bei einem Radius von 200 m eine größte Überhöhung

von 100 mm. Diese Einschränkung gilt, streng genommen, nur für Gleise, auf denen Güter-wagen verkehren, für Strecken mit artreinem Personenverkehr enthalten die Schlussfolge-rungen zur ORE-Frage B 55 keine Aussage. Im Bedarfsfall könnten daher z.B. auf einer S-Bahnstrecke größere Überhöhungen einge-baut werden, zuvor wären aber entsprechende Nachweise zu führen.

Anmerkung: Wenn die oben erwähnte größte Über-höhung in engen Gleisbögen überschritten werden muss, könnte die Sicherheit gegen Entgleisen infol-ge eines Gleisverwindungsfehlers auch dadurch erreicht werden, dass die Überhöhung über den Bogenabschnitt mit dem betreff enden kleinen Radius hinaus (um etwa eine Wagenlänge) beibe-halten wird, bevor die (fallende) Überhöhungsram-pe anschließt. Eine entsprechende Regelung gilt z.B. in der Schweiz.

In Deutschland, wie in den meisten Ländern wird die Überhöhung durch Anheben des bogenäußeren Schienenstranges hergestellt; die bogeninnere Schiene verläuft konstant in der vorgegebenen Längsneigung der Strecke. Lediglich bei Gegenbögen ohne Zwischenge-rade (z.B. bei „Wendeklothoiden“) verlaufen die Schienen mit stetiger Neigung vom tiefen Strang des ersten zum überhöhten Strang des zweiten (Gegen-)Bogens, das Gleis wird dann um seine Achse gedreht.

Anmerkung: In der Schweiz wird abweichend von der sonst üblichen Regelung, allgemein der bogen-innere Strang abgesenkt und der überhöhte Strang angehoben.

1.3.3 Der Überhöhungsfehlbetrag

In den Gleisen sind in Deutschland Überhö-hungsfehlbeträge von

130 mm allgemein, bzw. von 150 mm in bestimmten, näher defi nierten Fällen

91.3 Elemente der Linienführung im Kreisbogen

zugelassen. Darüber hinausgehende Werte gel-ten für Fahrzeuge mit neigbarem Wagenkasten (Neigetechnik).

Die EBO legt fest, dass der Überhöhungs-fehlbetrag „in Abhängigkeit von der Beschaf-fenheit des Oberbaus, von der Bauart der Fahr-zeuge sowie von der Ladung und deren Siche-rung“ festzulegen ist. Vor der Neufassung der EBO – Novelle 1991 wurden nach umfang-reichen Untersuchungen bei der früheren Deutschen Bundesbahn die Bedingungen fest-gelegt, unter denen Überhöhungsfehlbeträge bis zu 150 mm zugelassen werden können. Der Bereich bis zu 130 mm gilt inzwischen durch die langjährige Erfahrung als abgedeckt bzw. nachgewiesen.

Wenn demnach die teilweise größeren Wer-te nach TSI und EN angewandt werden sollen, müssen auch hier zuvor entsprechende Nach-weise geführt werden.

In Weichenbögen gelten nach den Richtli-nien der DB AG abgeminderte Werte. Hier ist auf einen Unterschied gegenüber den Bestim-mungen in anderen europäischen Ländern

hinzuweisen. Dort wird häufi g in den durchge-henden Strängen der Bogenweichen der glei-che Überhöhungsfehlbetrag zugelassen wie auch in Gleisen. Auch die TSI kennt keinen Unterschied hinsichtlich des zulässigen Über-höhungsfehlbetrages zwischen Bögen mit oder ohne Weichen.. Die Erfahrungen in Deutsch-land zeigen jedoch, dass der Instandhaltungs-aufwand in Bogenweichen deutlich höher ist als im homogenen Gleisbogen, wenn durch-gehend ein zufrieden stellender Fahrzeuglauf gewährleistet werden soll. Dies wird auch von anderen Bahnen (Schweiz, Österreich) bestä-tigt, bei denen der Anteil an Bogenweichen ähnlich groß ist wie in Deutschland.

Aufgrund der Erfahrungen in diesen Län-dern wurde in die EN [1.5] eine Empfehlung aufgenommen, nach der die Überhöhungs-fehlbeträge in Bogenweichen etwas niedriger angesetzt werden sollen, als im ungestörten Gleis. Diese empfohlenen Werte entsprechen etwa den in Deutschland geltenden Werten.

Der Unterschied zwischen Bogenweichen mit (starrem) Herzstück am Außenstrang

Tabelle 1.1 Zulässige Überhöhungsfehlbeträge in Deutschland

Gleise bzw. Konstruktion Geschwindigkeitv 160km/h

160 < v 200km/h

200 < v 230km/h

230 < v 300km/h

Gleisbögen, allgemein(Ermessensgrenze)

130 mm1)

Gleisbögen (Zustimmungswert)

150 mm

Weichenbögen, starresHerzstück im Innenstrang2)

110 mm 4) nichtzulässig

Weichenbögen, starresHerzstück im Außenstrang3)

110 mm 90 mm 4) nicht zulässig

Bogenkreuzungen undBogenkreuzungsweichen

100 mm nicht zulässig

Weichenbögen mit beweglicher Herzstückspitze

130 mm 4)

Schienenauszüge in Bögen 100 mm 4)

1) In Bögen mit Radius r ≥ 650 m, ohne Zwangspunkte, wie Brücken ohne Bettung, Übergänge zwischen Schotterbett und fester Fahrbahn, befestigte Bahnübergänge

2) Innenbogenweichen, größerer Radius3) Innenbogenweichen, kleinerer Radius und Außenbogenweichen4) Im Einzelfall nach Regelung der Zentrale