Ansätze zu einer betrieblich induzierten Netzkapazitätssteigerung im Schienenverkehr
Erstellt am: 30.06.2011 | Stand des Wissens: 19.07.2019
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Institut für Mobilitäts- und Stadtplanung, Universität Duisburg-Essen, Prof. Dr.-Ing. Dirk Wittowsky
Die spezifische Streckenkapazität lässt sich durch betriebliche Optimierung steigern. So fördert beispielsweise eine Geschwindigkeitsharmonisierung auf Mischverkehrsstrecken deren Leistungsfähigkeit maßgeblich. Zugübergreifend angeglichene Fahrgeschwindigkeiten bilden dabei allerdings nicht nur die Basis für eine erhöhte Trassenanzahl und somit gesteigerte Fahrwegkapazitäten. Gleichzeitig generieren sie darüber hinaus eine verbesserte Betriebsqualität, indem das einhergehende Verspätungsrisiko gesenkt werden kann. Entsprechende Effekte des Harmonisierungskonzepts veranschaulicht Abbildung 1 [Sieg10a, S. 10; StPa96, S. 526].
Abbildung 1: Homogenisierung des Betriebsprogramms [StPa96, S. 526], korrekte Legende für die linke Teilabbildung: V1>V2>V3Während eine Harmonisierung des Betriebsprogramms auf Fernverkehrsstrecken kapazitätsbezogene Vorteile birgt und eine verkürzte Abstandshaltung auf freier Strecke ebenfalls durchsatzsteigernd wirkt, spielt diese auf Stadtbahnnetzen mit homogenem Verkehr eine untergeordnete Rolle. Als ausschlaggebend für die Kapazitätsproblematik erweisen sich dort in erster Linie Fahrgastwechselzeiten. Ein mit Nachrücksignalen ausgerüstetes Nahverkehrsnetz (zum Beispiel Schnellbahnnetz) steigert die Leistungsfähigkeit auf Strecken mit dichter Zugfolge, setzt allerdings die Einführung von Blockabständen unterhalb der Regelbremsweglänge voraus. Ein schnelleres Nachrücken des Folgezuges wird hierbei durch Freifahren des Nachrücksignal-Durchrutschweges seitens eines jeweils vorausfahrenden Zuges gewährleistet. Weil grundsätzlich davon auszugehen ist, dass ein angefahrener Zug im Normalfall nicht erneut im betroffenen Bahnsteigabschnitt zum Stehen kommt, kann hieraus mittels verkürzter Blocksperrzeiten eine größere Leistungsfähigkeit generiert werden. Die entsprechende Systematik illustriert Abbildung 2. [Pach08a, S. 512]
Abbildung 2: Nachrücksignal auf Stadtschnellbahnnetzen [Pach08a, S. 513]Im konventionellen Bahnbetrieb, welcher durch das Fahren im festen Raumabstand gekennzeichnet ist, wird die realisierbare Zugfolgezeit durch die signaltechnisch gesicherten Blockabschnitte auf freier Strecke beeinflusst, in die jeweils lediglich ein Zug einfahren darf, sofern sie frei von anderen Fahrzeugen sind [1]. Je länger ein entsprechender "Block" ausgeführt ist, desto länger bleibt der betreffende Abschnitt während einer Zugdurchfahrt für nachfolgende Verkehre gesperrt. Also/Ergo prolongieren sich realisierbare kürzeste Zugfolgezeiten [1]. Zwar lassen sich im Umkehrschluss Verbesserungen bei der Streckenleistungsfähigkeit durch die Reduzierung von Blockdistanzen erzielen, um jedoch einen rechtzeitigen Halt von Zügen auf freier Strecke gewährleisten zu können, bleibt die Abschnittslänge im Falle konventioneller Signaltechnik auf mindestens 1.000 Meter beschränkt. Eine weitere Verkürzung der Zugfolgezeiten kann dagegen mit Hilfe weiterentwickelter Signal- und Sicherungssysteme herbeigeführt werden, was allerdings investitionsintensiver Anpassungsmaßnahmen an die vorhandene Infrastruktur bedarf.
So ist das Fahren im absoluten sowie relativen Bremswegabstand prinzipiell mit Kapazitätssteigerungen verbunden. Beide Verfahren basieren auf einer Substitution ortsfester Signale durch Führerstandanzeigen, welche es dem Triebfahrzeugführer erlauben, Fahrt- und Haltbefehle direkt auf seinem Bedienpult abzulesen. Darüber hinaus sind betreffende Strecken im Falle der auch als "Moving Block" bezeichneten Eisenbahnsicherungstechnik nicht in starre Abschnitte eingeteilt, sondern mit Rücksicht auf Kollisionsvermeidung freizuhaltende Fahrwegbereiche werden zugspezifisch mittels Computersystemen situativ und dynamisch berechnet. In Kenntnis der geschwindigkeitsabhängigen Bremswegdistanz und aktueller Fahrzeugpositionen beziehungsweise gesperrter Fahrwegelemente (Weichen) führt jeder Zug einen virtuellen, als belegt definierten Blockabschnitt kontinuierlich mit sich. Nachfolgender Verkehr wird dabei stets nur soweit an vorausfahrende Züge herangeführt, dass jener im Falle eines plötzlichen Halts des vor ihm auf Strecke befindlichen Fahrzeugss ebenfalls sicher zum Stehen kommen kann. Anstelle gestaffelter Blockfreigaben erfolgt somit eine flexibel geregelte Abstandshaltung, die dichtere Zugfolgen ermöglicht. Allerdings fällt auch der hieraus generierbare Kapazitätsgewinn in Gegenüberstellung zum konventionellen Sicherungsprinzip des festen Raumabstands mit klein gewählten Blocklängen vergleichsweise marginal aus. [Pach08a, S. 514; Pach08]
Eine gesteigerte Leistungsfähigkeit durch weitere Abstandsverkürzungen einander folgender Züge lässt sich durch Fahren im relativen Bremswegabstand realisieren. Dabei berücksichtigt die jeweils einzuhaltende Distanz den geschwindigkeitsabhängigen Bremsweg betroffener Züge. Wenn auch eine entsprechende Fahrweise ausgesprochen kapazitätsfreundlich scheint, so stellen beispielsweise Weichen als zu betätigende und zu sichernde bewegliche Fahrwegelemente Gefahrenpunkte dar, vor denen der absolute Bremsweg gewährleistet sein muss. Zudem birgt ein unfallbedingt abrupt zum Stehen kommender Zug die Gefahr nicht hinreichender Bremswegreserven für nachfolgende Schienenfahrzeuge in sich, sodass die beschriebene Form der Abstandshaltung zwischen zwei Zügen in der Praxis aufgrund inakzeptabler Risiken eine unbedeutende Rolle einnimmt. [Pach08a, S. 514; Pach08, S. 52]
Zwei- und mehrgleisige Strecken weisen im sogenannten Gleiswechselbetrieb, das heißt bei der sicherungstechnisch geschaffenen Möglichkeit zu einer Befahrung in beide Verkehrsrichtungen, eine höhere Leistungsfähigkeit auf als im Einrichtungsbetrieb. Da lange Abstände zwischen zwei Überleitstellen in ihrer Funktion einem Überholgleis ähneln, ermöglichen sie fliegende Überholungen und wirken so entstehenden Staueffekten entgegen. Ein Infrastrukturausbau mit dem Ziel, fahrtrichtungsungebundene Streckenabschnitte zu schaffen, trägt somit zu einer Qualitätssteigerung im Schienennetz bei.
So ist das Fahren im absoluten sowie relativen Bremswegabstand prinzipiell mit Kapazitätssteigerungen verbunden. Beide Verfahren basieren auf einer Substitution ortsfester Signale durch Führerstandanzeigen, welche es dem Triebfahrzeugführer erlauben, Fahrt- und Haltbefehle direkt auf seinem Bedienpult abzulesen. Darüber hinaus sind betreffende Strecken im Falle der auch als "Moving Block" bezeichneten Eisenbahnsicherungstechnik nicht in starre Abschnitte eingeteilt, sondern mit Rücksicht auf Kollisionsvermeidung freizuhaltende Fahrwegbereiche werden zugspezifisch mittels Computersystemen situativ und dynamisch berechnet. In Kenntnis der geschwindigkeitsabhängigen Bremswegdistanz und aktueller Fahrzeugpositionen beziehungsweise gesperrter Fahrwegelemente (Weichen) führt jeder Zug einen virtuellen, als belegt definierten Blockabschnitt kontinuierlich mit sich. Nachfolgender Verkehr wird dabei stets nur soweit an vorausfahrende Züge herangeführt, dass jener im Falle eines plötzlichen Halts des vor ihm auf Strecke befindlichen Fahrzeugss ebenfalls sicher zum Stehen kommen kann. Anstelle gestaffelter Blockfreigaben erfolgt somit eine flexibel geregelte Abstandshaltung, die dichtere Zugfolgen ermöglicht. Allerdings fällt auch der hieraus generierbare Kapazitätsgewinn in Gegenüberstellung zum konventionellen Sicherungsprinzip des festen Raumabstands mit klein gewählten Blocklängen vergleichsweise marginal aus. [Pach08a, S. 514; Pach08]
Eine gesteigerte Leistungsfähigkeit durch weitere Abstandsverkürzungen einander folgender Züge lässt sich durch Fahren im relativen Bremswegabstand realisieren. Dabei berücksichtigt die jeweils einzuhaltende Distanz den geschwindigkeitsabhängigen Bremsweg betroffener Züge. Wenn auch eine entsprechende Fahrweise ausgesprochen kapazitätsfreundlich scheint, so stellen beispielsweise Weichen als zu betätigende und zu sichernde bewegliche Fahrwegelemente Gefahrenpunkte dar, vor denen der absolute Bremsweg gewährleistet sein muss. Zudem birgt ein unfallbedingt abrupt zum Stehen kommender Zug die Gefahr nicht hinreichender Bremswegreserven für nachfolgende Schienenfahrzeuge in sich, sodass die beschriebene Form der Abstandshaltung zwischen zwei Zügen in der Praxis aufgrund inakzeptabler Risiken eine unbedeutende Rolle einnimmt. [Pach08a, S. 514; Pach08, S. 52]
Zwei- und mehrgleisige Strecken weisen im sogenannten Gleiswechselbetrieb, das heißt bei der sicherungstechnisch geschaffenen Möglichkeit zu einer Befahrung in beide Verkehrsrichtungen, eine höhere Leistungsfähigkeit auf als im Einrichtungsbetrieb. Da lange Abstände zwischen zwei Überleitstellen in ihrer Funktion einem Überholgleis ähneln, ermöglichen sie fliegende Überholungen und wirken so entstehenden Staueffekten entgegen. Ein Infrastrukturausbau mit dem Ziel, fahrtrichtungsungebundene Streckenabschnitte zu schaffen, trägt somit zu einer Qualitätssteigerung im Schienennetz bei.
