Verkehr II - Bahninfrastruktur

1. Unterhalt und Erneuerung

2.

- Nebst der Überwachung beinhaltet der Unterhalt mit der Instandhaltung den geplanten Kleinunterhalt wie:

• Weichenschmierung
• Grünpflege
• Reinigung

Instandsetzung dagegen ist der ungeplante Kleinunterhalt mit Aufgaben wie:

• Unmittelbarer Störungsbehebung
• Bakettsicherung

Teilerneuerung = Austausch des Schotter-bettes

- Unter Erneuerung fallen Aufgaben wie:

• Schotter- und Schienenersatz
• Weicheerneuerung

Neubauten von Niveauübergängen

Der Vorteil von einem Koordinatennetz gegenüber der relativen Messmethode liegt darin, dass die Punkte eindeutig definiert sind und sich allfällige Eingabefehler nicht fortpflanzen. Numerische Gleisstopfmaschinen, die sich an Fixpunkten entlang des Eisenbahntrasses orientieren, erkennen automatisch die Differenz zwischen Soll- und Ist-Lage des Gleises und stellen die ursprüngliche (absolute) Lage wieder her.

Detaillierte Datenbanken bilden das informationstechnische Rückgrat des Anlagenmanagements. Wichtig sind etwa die folgenden Daten:

• Geometrische Lage und Ausprägung der Objekte
• Nichtmaterielle, raumrelevante Sachverhalte
• Typen/Bauarten der Komponenten (Schienentypen, Schwellentypen, etc.)
• Einbaujahre der Komponenten, Jahre der Erhaltungsmassnahmen
• Belastungen

Als Alterung wird der innere Vorgang in Werkstoffen bezeichnet, in deren Verlauf in der Regel alters- und umweltbedingt eine bleibende Veränderung der Festigkeit oder anderer Eigenschaften eintritt.

Einen besonderen Stellenwert erhält die Alterung elektronischer Hardwarekomponen-ten, welche auch als Obsolenz bezeichnet wird. Aufgrund dieses Zersetzungsprozesses muss nach 15 bis 20 Jahren mit dem Systemausfall gerechnet werden, falls nicht vorher eine Portierung auf eine neue Hardware erfolgte.

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1. Das Ziel der Überwachung ist:

• Differenz zwischen Soll- und Ist-Zustand feststellen
• Instrument zur Auslösung von Erhaltungsmassnahmen sein

2. Dabei ist die regelmässige Kontrolle und Überwachung des Zustandes der Anlage ein wesentliches Fundament. Diese hat eine mehrfache Funktion:

1. Erkennen von Sicherheitsmängel und Auslösen einer Intervention
2. Erfassung des generellen Zustandes und Einbezug in die Erhaltungsplanung
3. Schaffung einer Zeitreihe zu alle Komponenten und Subsystemen zur Modellierung ihres Alterungsverhaltens

1. Erstellungskosten, Erhaltungskosten und Rückbaukosten bilden die Gesamtheit der Kosten einer Anlage über den Lebenszyklus, welche das finanzielle Ergebnis einer Bahninfrastrukturgesellschaft bestimmen.

2.  siehe Bild

3. Im Eisenbahnwesen sind im Allgemeinen die Lebensdauer der Anlagen hoch und dementsprechend die Investitionskosten hoch. Gleichzeitig sind der Transport und insbesondere der Bahntransport relativ ertragsarm (führt zu Vernachlässigung des Unterhalts und Investition in den Anlagenausbau).

Die Grundstrategie der Erhaltungsschritte  ist die Lebenszykluskosten LCC (Live Cycle Costing). Dies ist eine Kostenmanagement-Methode, welche die Entwicklung eines Produktes von der Produktidee bis und mit der Rücknahme vom Markt und der Entsorgung betrachtet. 

Das Optimum liegt dort, wo die Gesamtinstandhaltungskosten am geringsten sind, da ist der optimale Instandhaltungsgrad

Nebst der Erhaltungsstrategie ist auch die technische Lebensdauer der Komponente zu optimieren. Eine zu lange Nutzungsdauer birgt die Gefahr, dass technologische Entwicklungen nicht genutzt werden können. Ausserdem steigt mit wachsender geplanter technischer Lebensdauer die Wahrscheinlichkeit, dass sie aus Gründen geänderter funktionaler Anforderungen ersetzt werden müssen. Ebenso ist es nicht immer sinnvoll, mit hohen Investitionskosten die Erhaltungskosten zu minimieren.

Haupteinflüsse auf die Kosten der Anlagenerhaltung sind:

• Ungenügende Anfangsqualität der Anlagenteile
• Schlechter Unterhaltzustand
• Kurze Unterhaltintervalle, speziell reduzierte Dauer der nächtlichen Zugspausen
• Hohe Verkehrsdichte, die das Mengengerüst und die Komplexität der Topologie bestimmen
• Belastung bestimmt den Verschleiss, die Lebensdauer und den Unterhaltungsaufwand
• Vielfältige Produktstruktur

Bei den Erhaltungsmassnahmen werden drei verschiedene Strategien unterschieden:

• Präventive Erhaltung: Unterhaltarbeiten im vorausgeplanten Rhythmus aufgrund von Erfahrungswerten
• Vorausschauende Erhaltung: Unterhaltarbeiten aufgrund von Zustandskontrollen bevor der Schädigungsprozess zu stark fortgeschritten ist, kein bestimmter Rhythmus
• Korrektive Erhaltung: Unterhaltungsarbeit erst wenn der Zustand der Anlage eine bestimmte Schwelle unterschritten hat, d.h. zu schlecht ist

Mit Erhaltungsarbeiten wird ein Anlagenzustand gewährleistet, die die Anforderungen in Bezug auf Betriebssicherheit, Betriebszuverlässigkeit und Komfort erfüllt. Die Intervalle der Anlagenerhaltung hängen dabei von der massgebenden Grenze ab, bei Teilen mit einer Komfortgrenze (rot) sind die Intervalle viel kürzer als bei einer Sicherheitsgrenze (grün). 

Strategien zur Kostenminimierung (bedingt Optimierung des gesamten Lebenszyklus)

1. Verbindliche Festlegung funktionaler Anforderungen von Anlagen
2. Einbau robuster, unterhaltsarmer und -freundlicher Komponenten, Optimierung der Anlagen in Bezug auf geringen und einfachen Unterhalt
3. Vorgefertigte und vormontierte Weichen, Industrialisierung der Ingenieurbauten
4. Standardisierung der Bahntechnik
5. Einsatz modernster und weitgehend automatisierter Maschinen
6. Grosse Arbeitsintervalle
7. Kurze Montagezeiten
8. Kombinationen einzelner Unterhalts- und Erneuerungsmassnahmen
9. Hohe Anfangsqualität
10. Bedarfsgesteuerte Bewirtschaftung auf Basis einer detaillierten Zustandserfassung
11. Hohe und gleichbleibende Qualität der Bauteile

- Verkehrsebene (direkte Beförderungsleistung mittels beweglicher Einheiten)

- Steuerungsebene (Kapazitätsbewirtschaftung durch Koordination der Infrastrukturnutzung, Sicherung der Bewegungen der Fahrzeuge)

- Infrastrukturebene (Planung, Bau und Erhaltung der festen Anlagen)

Steuerungs – und Infrastrukturebene bilden zusammen die Verkehrsinfrastuktur oder den Fahrweg ( Zweiebenen-Modell des Verkehrssystem Eisenbahn)

- Technisch-funktional: Sämtliche festen Anlagen, die zur Erstellung von Transportleistungen nötig sind (Werkstätte und Abstellanlagen).

- Ordnungsrechtlich: Feste Anlagen, die zur Erstellung von Transportleistungen nötig sind und die einem Nutzzugänger diskriminierungsfrei zu Verfügung gestellt werden müssen

- teuer (verglichen mit den realisierbaren Erträgen)

- nur im gegenseitigen Verbund sinnvoll nutzbar (Einbindung in ein bestehendes Netz)

- Lebensdauer ist ungewöhnlich lang (Auslegung für Zeiträume, über welche Prognoseverfahren versagen)

- lassen sich fast ausschliesslich für den vorgesehenen Zweck nutzen ( Beschränkte funktionale Erweiterung und Ortsgebundenheit)

- Grössenvorteile sind ausgeprägt (Grenzkosten zusätzlich gefahrener Leistungen vergleichsweise tief mit gegebener Infrastruktur)

relativiert sich durch:

- Kapazitäten nur in Sprüngen ausbaubar, als Folge davon sind Infrastrukturen im Durchschnitt unternutzt -> Sprungkosten und verzögerte Zusatzerträge (hohes Wirtschaftlichkeitsrisiko)

- Kapazitätserweiterung kann zu komplexen und teuren Verknüpfungsbauwerken führen

Ziele der Netzentwicklung und Kapazitätsbewirtschaftung ist die Anlagenerweiterungen zeitlich möglichst weit hinauszuschieben sowie möglichst gezielt auf den Bedarf auszurichten -> Steigerung der Anlagenkapazität bis an die Grenze und Vollausschöpfung (Bsp. Zugsteuerung, Fahrplanoptmierung)

Spurfreie Verkehrsmittel: Die zu befahrende Spur kann vom Fahrer frei gewählt werden. Die Spurhaltung erfolgt kraftschlüssig, weshalb die Fahrbahn einen hohen Reibungswert aufweisen muss. Es fehlt die technische Sicherheit, dass das Fahrweg der Spur effektiv folgt.

Spurgeführte Verkehrsmittel: Bei technischer Spurführung besteht ein formschlüssiger und elektrischer Verbund zwischen Fahrzeug und Fahrweg (Zwangsführung).

Fahrbahn:                       hohe Anforderung an Lage/Ebenheit, Nicht-Berücksichtigung des Fahrverhaltens in der geom. Linienführung und der QS-Gestaltung, steigungsempfindlich aufgrund der kleinen Reibung, aufwendige Spurverflechtung (Weichen)

Fahrzeug:                        Nicht-Einschleppung der nachfolgenden Achsen in der Kurve dank der Führung, tiefe Roll-/Gleitreibung, da Querkräfte nicht durch Reibung zw. Rad und Fahrbahn aufgenommen werden, Fortbewegung vieler und schwerer Fahrzeuge mit kleinen Antriebseinheiten

Energieversorgung:      alle Möglichkeiten, Antrieb auf Fahrzeug oder an Strecke

Betriebsführung:           grosse Transporteinheiten und damit hohe Leistungsfähigkeit, lange Bremswege und damit technische Sicherung der Fahrt nötig, anspruchsvolle Steuerung der Netznutzer, insbesondere in Knoten

• Kapazität im Personenverkehr
• Effizienz im Güterverkehr
• Hochgeschwindigkeit (252 km/h in Japan, 124 km/h in der Schweiz)
• Energieverbrauch  

Funktional: Funktionen, welche die Bahninfrastruktur erfüllen muss, damit kundenwirksame Leistungen mittels Zugfahrten erstellt werden können

- Technisch: Technische Subsysteme und Komponenten sowie deren Ausprägungen und Dimensionierung, damit Zugsfahrten in der geforderten Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Qualität durchgeführt werden.

- Organisatorisch: Regelung der Erhaltung und Weiterentwicklung der Infrastruktur sowie des organisatorischen Zusammenwirkens der Infrastruktur mit ihren Nutzern.

Ermöglichung – Erfüllung der Aufgabe durch:

• Durchführung von Zugfahrten – Fahrweg, flächendeckendes Netz
• Zugang der Kunden – verkehrliche Elemente der Infrastruktur
• Unterhalt der Anlagen /Abstellung und Wartung der Züge – Betriebsanlagen

-> Hierarchiestufe im Bahnverehr weniger eng: Diesselben Bahnstrecken dienen oft drei bis vier Netzfunktionen. Im Gegenzug werden für bestimmte Netzfunktionen gänzlich eigene Verkehrssysteme eingesetzt (z.B Standseilbahn für Erschliessung oder U-Bahn in Grossstädten für Sammeln)