Systemtechnik des Schienenverkehrs

304 Pages·2018·7.734 MB·German

by  Jörn Pachl

Jörn Pachl
Systemtechnik des
Schienenverkehrs
Bahnbetrieb planen, steuern und sichern
9. Auflage
Systemtechnik des Schienenverkehrs
Jörn Pachl
Systemtechnik des
Schienenverkehrs
Bahnbetrieb planen, steuern und sichern
9., überarbeitete Auflage
JörnPachl
TUBraunschweig
Braunschweig,Deutschland
ISBN978-3-658-21407-4 ISBN978-3-658-21408-1(eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-658-21408-1
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Vorwort
Die Verkehrssystemtechnik ist eine Teildisziplin der Verkehrswissenschaften, die sich
mitdenProzessabläufeninVerkehrssystemenunddemdafürerforderlichenZusammen-
wirkenderSystemkomponentenbefasst. ImSchienenverkehrgehörendazudiePlanung,
SteuerungundSicherungderFahrtenmitSchienenfahrzeugen.DasvorliegendeLehrbuch
widmetsichdieserThematikimSinneeinerprozessorientiertenBetrachtungdesSystems
Bahn.DasBuchwendetsichinersterLinieanStudierendetechnischerStudiengängean
Hoch-undFachhochschulen,insbesonderedesVerkehrswesens,desBauingenieurwesens,
derElektrotechnik,derAutomatisierungstechnikundderInformatik,diesicheinGrund-
wissen über die Systemtechnik der Eisenbahn aneignen möchten. Es wendet sich aber
ebenfallsanTeilnehmervonTrainee-undWeiterbildungsprogrammenderEisenbahnun-
ternehmen und der Bahnindustrie und ermöglicht auch fachlichen Quereinsteigern, sich
mitdemSystemBahnvertrautzumachen.
Den inhaltlichen Schwerpunkt bildet die betriebliche Systemtechnik der Eisenbahn,
wobei viele der behandelten Grundsätze in analoger Weise auch für eisenbahnähnlich
betriebene Nahverkehrssysteme gelten. Nach einer Einführung in die Begriffswelt des
Schienenverkehrs folgt zunächst eine kurze Abhandlung der für die Systemtechnik re-
levanten fahrdynamischenGrundlagen. Den Hauptteil des Buchesbilden die Abschnitte
zur Regelung und Sicherung der Zugfolge und zur Steuerung und Sicherung der Fahr-
wegelemente. In diesen Abschnitten werden die maßgebendenSystemeigenschaften des
SchienenverkehrseinereingehendenBetrachtungunterzogen.Daraufunmittelbaraufbau-
end folgt ein Kapitel zur Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen, in dem
derVersuchunternommenwird,traditionelleBetrachtungsweisenmitneuerenErkenntnis-
senderEisenbahnbetriebswissenschaftzuverbinden.WeitereKapitelbehandelnAspekte
der Betriebsplanung und -steuerung. Ab der fünften Auflage besteht ein eigenständiges
KapitelzurBetriebstechnikderRangierbahnhöfe,sodassseitdemauchdievonderDurch-
führungderZugfahrtenabweichendenBesonderheitenderSteuerungdesRangierbetriebs
indenZugbildungsanlagenbehandeltwerden.
Im Eisenbahnwesen existiert eine umfangreiche, historisch gewachsene Begriffswelt,
diesichindieserForminanderenSpartenderTechnikunddesVerkehrsnichtfindet.Dem
mitdieserBegriffsweltnichtvertrautenfachlichenNeueinsteigeristdasVerständnissys-
temtechnischerZusammenhängemituntererheblicherschwert.AusdiesemGrundewurde
V
VI Vorwort
indenAnhangdesBucheseinGlossarmitKurzdefinitionenvonmehrals200Grundbe-
griffendesEisenbahnwesensaufgenommen.
In Inhalt und Gestaltung dieses Werkes flossen in maßgebender Weise die Erfahrun-
genausderLehrtätigkeitamInstitutfürEisenbahnwesenundVerkehrssicherungderTU
Braunschweig,amFachgebietfürSchienenfahrwegeundBahnbetriebderTUBerlin,an
der Siemens Rail Automation Academy sowie aus weiteren Lehrveranstaltungenfür die
Aus-undWeiterbildungvonFachkräftenausEisenbahnunternehmenundderBahnindus-
trie ein. In der vorliegenden Auflage wurden mehrere Hauptkapitel zur Anpassung an
aktuelleEntwicklungengründlichüberarbeitetundteilweiseergänzt.
DemgroßenInteressederLeseristeszudanken,dassdiesesBuchbereitsinderneun-
tenAuflagevorliegt.VorschlägefürweitereVerbesserungenundHinweiseaufFehlersind
jederzeit willkommen. Mein Dank gebührt dem Verlag und seinen Mitarbeitern für die
konstruktiveZusammenarbeit, die sorgfältige Herstellung und die gute Ausstattung die-
sesBuches.
Braunschweig JörnPachl
Februar2018
Inhaltsverzeichnis
1 GrundbegriffedesSchienenverkehrs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 MaßgebendeSystemeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 GesetzlicheGrundlagenfürBauundBetriebvonSchienenbahnen . . . . 3
1.3 GrundlegendeBegriffeundDefinitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.1 Bahnanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.2 Fahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.3 FahrtenmitEisenbahnfahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.4 RegelungderZugfolge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.5 AbweichendeBegriffsweltenimAusland . . . . . . . . . . . . . . . 16
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2 FahrdynamischeGrundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1 Grundgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 Zugkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3 Widerstandskräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.1 Streckenwiderstand. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.2 Fahrzeugwiderstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3.3 Anfahrwiderstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4 Steigungs-Geschwindigkeits-Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5 Fahrzeitermittlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3 RegelungundSicherungderZugfolge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1 TheoretischeAbstandshalteverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.1 ZugfolgeimrelativenBremswegabstand. . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.2 ZugfolgeimabsolutenBremswegabstand . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1.3 ZugfolgeimfestenRaumabstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2 AbstandshaltetechnikenimSchienenverkehr. . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.1 FahrenimSichtabstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.2 FahrenimZeitabstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.2.3 FahrenimfestenRaumabstand. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
3.3 SicherungdesFahrensimfestenRaumabstand . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3.1 VerfahrenohnetechnischeSicherung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3.2 TechnischeSicherungsverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.4 Zugbeeinflussung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.4.1 ArtenvonZugbeeinflussungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.4.2 PunktförmigeZugbeeinflussung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.4.3 LinienförmigeZugbeeinflussung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.4.4 EuropeanTrainControlSystem(ETCS) . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4 SteuerungundSicherungderFahrwegelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.1 BegriffderFahrstraße. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.2 KriterienfürdieSicherungeinerFahrstraße . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.2.1 Signalabhängigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.2.2 FahrstraßenverschlussundFahrstraßenfestlegung . . . . . . . . . . 101
4.2.3 Fahrstraßenausschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.2.4 Flankenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.2.5 Gleisfreimeldung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.2.6 Störfallbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.3 AnordnungderSignale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.3.1 VerwendungderHauptsignale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.3.2 BezeichnungderHauptsignale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.3.3 AbstandderHauptsignalevomGefahrpunkt . . . . . . . . . . . . . 120
4.3.4 VerwendungderSperrsignale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.4 SperrzeitvonFahrstraßen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.5 TechnikenzurFahrwegsteuerung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.5.1 Stellwerksbauformen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.5.2 AbbildungderFahrstraßenlogikinStellwerken . . . . . . . . . . . 131
4.5.3 AbhängigkeitenzwischenBedienbereichen . . . . . . . . . . . . . . 135
4.5.4 StreckensicherungmitdenMittelnderFahrstraßentechnik. . . . . 139
4.6 FunkbasierteFahrwegsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5 LeistungsuntersuchungvonEisenbahnbetriebsanlagen . . . . . . . . . . . . 145
5.1 LeistungsverhaltenundLeistungsfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.2 OptimalerLeistungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.3 MethodikderLeistungsuntersuchungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.3.1 EinteilungderVerfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.3.2 Simulationsverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.3.3 AnalytischeUntersuchungvonStrecken . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5.3.4 AnalytischeUntersuchungvonKnoten. . . . . . . . . . . . . . . . . 168
5.3.5 AuswahleinesVerfahrens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Inhaltsverzeichnis IX
5.4 MaßnahmenzurLeistungsverbesserung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
6 Fahrplankonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
6.1 DieRolledesFahrplans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
6.2 DarstellungsformendesFahrplansfürdasTrassenmanagement . . . . . . 190
6.3 ZeitanteileimFahrplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
6.3.1 BestandteilederBeförderungszeiteinesZuges . . . . . . . . . . . . 194
6.3.2 ZeitanteilezwischendenZugfahrten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
6.3.3 PlanmäßigeWartezeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
6.4 VerfahrenzurFahrplankonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
6.4.1 ManuelleFahrplankonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
6.4.2 RechnergestützteFahrplankonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . 211
6.5 FahrplanqualitätundFahrplanleistung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
7 Taktfahrplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
7.1 BedeutungvertakteterFahrplansysteme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
7.2 AnforderungenanInfrastrukturundBetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
7.2.1 Strecken-InfrastrukturfürfesteTaktlagen . . . . . . . . . . . . . . . 222
7.2.2 Strecken-InfrastrukturfürwechselndeTaktlagen. . . . . . . . . . . 225
7.3 IntegralerTaktfahrplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
7.3.1 AnforderungenandieStrecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
7.3.2 AnforderungenandieKnoten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7.4 PrüfungderStabilitätvonTaktfahrplänen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
8 Betriebssteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
8.1 TraditionelleOrganisationderFahrdienstleitung . . . . . . . . . . . . . . . 233
8.2 ArbeitshilfenbeimanuellerBetriebssteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . 234
8.3 BetriebsleittechnikzurUnterstützungderBetriebssteuerung . . . . . . . . 235
8.3.1 Zuglaufverfolgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
8.3.2 Zuglenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
8.4 ZentralisierungderBetriebssteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
8.4.1 DeroptimaleZentralisierungsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
8.4.2 RückfallebenenbeiAusfallderzentralenSteuerung. . . . . . . . . 245
8.5 GrundlagenderrechnergestütztenDisposition. . . . . . . . . . . . . . . . . 245
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
9 BetriebstechnikderRangierbahnhöfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
9.1 DieRolledesRangierensimmodernenBahnbetrieb . . . . . . . . . . . . . 251
9.2 ProduktionstechnikdesEinzelwagenverkehrs . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
9.2.1 Rangierverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
X Inhaltsverzeichnis
9.2.2 LeitungderGüterwagenimNetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
9.2.3 AufbaueinesRangierbahnhofs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
9.2.4 BetrieblicheAbläufeineinemRangierbahnhof. . . . . . . . . . . . 256
9.2.5 BildungvonMehrgruppenzügen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
9.3 GrundlagenderAblaufdynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
9.4 Ablaufsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
9.4.1 FahrwegsteuerunginderVerteilzone . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
9.4.2 VariationderAbdrückgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
9.4.3 AufgabeundAnordnungderGleisbremsen . . . . . . . . . . . . . . 262
9.5 LeistungsverhaltenvonRangierbahnhöfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
10 SymboleingrafischenDarstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293