Verkehr 2 - K3

Die Momentenbedingung bezüglich der äusseren Schiene ergibt für ein Fahrzeug mit einer Höhe des Schwerpunktes von 1.2 m oberhalb der Schienenoberkante:

• zulässige nicht kompensierte Seitenbeschleunigung ist 0.625 g
• Überhöhungsfehlbetrag ist 938 mm

Sicherheitsbedingung gegen Entgleisen verlangt, dass das Verhältnis von Horizontalkraft des Radsatzes zur Radlast den Wert 1,2 nicht überschreiten darf.

Die Bedingungen der Gleislagestabilität für ein Betonschwellengleis lautet nach Prud'Homme: (Formel)

Je nach Geschwindigkeit und Radius unterschiedlich:

• Bei konventionellem Rollmaterial ist im tiefen und mittleren Geschwindigkeitsbereich die Komfortbedingung massgebend.
• im Hochgeschwindigkeitsverkehr wird die Maximalgeschwindigkeit durch die Gleisverrückung begrenzt.
• Eine Wagenkastenneigung ist nur im unteren Radienbereich sinnvoll, im oberen Bereich wird auch hier die Gleisverrückung massgebend.

• Topographie: Kosten für direkte oder gewundene Linienführung sowie Kunstbauten.
• Zugkraft: Verfügbare Zugkraft der Triebfahrzeuge zur Überwindung des Steigungswiderstandes in Abhängigkeit der Zuglasten, verfügbare Reibungskraft zwischen Rad und Schiene.
• Bremskraft: Beschränkung der Geschwindigkeit bei grossen Neigungen infolge der Bremskraft des Zuges und der Reibungskraft zwischen Rad und Schiene.
• Betriebsweise: Einheitliches Rollmaterial oder gemischter Verkehr mit verschiedenen Zugkraftcharakteristiken; massgebend ist die ungünstigste Zugskategorie.
• Normen: Vorgaben der Gesetze und Normen, insbesondere Technische Spezifikationen für die Interoperabilität.

• Der Kontakt zwischen Rad und Schiene muss dauernd gewährleistet sein.
• Der Unterschied in der Beanspruchung der einzelnen Radsatzfedern darf nicht zu gross werden.
• Die vertikale Beschleunigung soll aus Komfortgründen 0.5 m/s2 nie übersteigen.
• Die Beleuchtung der Zugspitze muss vom im Gleis arbeitenden Personal rechtzeitig erkannt werden können.

• einfache Weiche EW (gerade Weiche / Bogenweichen (Stammgleis und Zweiggleis))
• Innenbogenweiche
• Aussenbogenweiche
• Doppelweichen DW (einseitig oder zweiseitig)
• Kreuzungen (Grundform oder Bogenkreuzungen)
• Kreuzungsweichen KW (einfache Kreuzungsweiche / einfache Bogenkreuzungsweiche (Innenbogenkreuzungsweiche / Aussenbogenkreuzungsweiche) / Doppelte Kreuzungsweiche / doppelte Bogenkreuzungsweiche)

Weichen mit einem geraden und einem gekrümmten Ast normierter Radien. Zusammenhang der Grundformen mit Signalsystem beachten!

Unterscheidung:

• Weichen mit gebogenem Herzstück (durchgehender Bogen bis zum Weichenende)
• Weichen mit geradem Herzstück (der Bogen endet vor dem Herzstück)

• Weichenanfang WA: An diesem Punkt fallen die Tangenten von abzweigendem und geradem Gleis zusammen. In der Regel entspricht der WA dem Schienenstoss Streckengleis-Weiche.
• Herzstück: Kreuzungsteil der zwei inneren Schienen.
• Weichenende WES/WEA: Schienenstösse hinter dem Herzstück.
• Weichenschnittpunkt WS: Schnittpunkt der Tangente an den Weichenden des abzweigenden Astes (WEA) und der geraden Gleisachse.
• Weichenwinkel α und Weichenneigung 1:n: Winkel, der im Schnittpunkt WS entsteht. Die Weichenneigung entspricht dem Tangens des Weichenwinkels tan α und wird als Bruch 1:n dargestellt.
• Ablenkradius der Grundform R_G: Der abzweigende Bogen wird in der Regel als Kreisbogen ohne Übergangsbogen gestaltet; der Radius wird als Ablenkungsradius der Grundform bezeichnet.
• Sperrdreieck: Dreieck WS-WEA-WES. Dieses Dreieck bleibt auch beim Verbiegen der Weichen formkonstant (siehe später).
• Weichenverschluss: Die jeweilige Endlage der Zunge wird mechanisch verriegelt. Bei grossen Weichen sind mehrere Weichenantriebe und -verschlüsse erforderlich.
• l.d.S.: Bis zur “letzten durchgehenden Schwelle“ l.d.S. übernimmt das Zweiggleis die Überhöhung des Stammgleises.
• Radlenker: Bei der Fahrt über das Herzstück wird das innere Rad durch die an den Aussenschienen angeordneten Radlenker geführt.
• Profilzeichen: Roter Pfosten (Höhe ca. 15 cm) in der Mitte zwischen abzweigendem und geradem Gleis oder zwei Pfosten direkt neben den zwei Gleisen bezeichnet jenen Punkt, an dem sich die Lichtraumprofile berühren. 

Das Zweiggleis ist als Mittelteil einer Scheitelklothoide ausgebildet.

Bis zur letzten durchgehenden Schwelle muss das Zweigglis die Überhöhung des Stammgleises übernehmen. Danach wird die Querneigung des Zweiggleises an deren fahrdynamische Anforderungen angepasst.

Weiche, deren Stränge teilweise oder auf der ganzen Länge einen von der Grundform unterschiedlichen Krümmungsverlauf aufweisen

• innenliegende Zungen
• aussenliegende Zungen

• Kapazität der Anlagenteile für den erwarteten Personenfluss.
• Zeitbedarf für Fusswege, insbesondere Dauer der Umsteigevorgänge und Optimierung unter Berücksichtigung der Zusammenhänge zwischen Anlagenbelastung und Fussgängergeschwindigkeit.
• Nachweis einer angemessenen Benützungsqualität.

• Perronanlage
• Perronzugänge
• Unter-/Überführungen
• Zugänge zu Unter-/Überführungen
• Verzweigungs- und Zubringeranlagen
• Haltestellen des öffentlichen Nahverkehrs
• Anlagen der kombinierten Mobilität
• Fussgängeranlagen in Einrichtungen kommerzieller Nutzungen

Als spezifische Leistungsfähigkeit wird die Anzahl der Fussgänger bezeichnet, welche pro Zeiteinheit einen gegebenen Querschnitt der Einheitsbreite von 1 m passieren können.

• Lichte Innenbreite der Rolltreppe
• Fussgängerdichte
• Geschwindigkeit der Rolltreppe
• Eigenbewegung der Fussgänger

• Fahrgeschwindigkeit.
• Zu überwindende Höhendifferenz, woraus sich zusammen mit der Geschwindigkeit und den Fahrgastwechselzeiten die minimal erforderliche Zeit für einen Umlauf ergibt.
• Anzahl der Zwischenstationen mit ihrem Zeitverlust für das Bremsen, den Fahrgastwechsel, das Anfahren und die Reaktionszeiten der Liftsteuerung.
• Grösse der Kabine; mit wachsender Kabinengrösse steigt zwar die Leistungsfähigkeit an, doch vergrössern sich auch die Fahrgastwechselzeiten und verlängert sich die Gesamtzeit eines Fahrspiels.

• Die Verkehrsqualität, welche bei Bemessungsbelastung einzuhalten ist, soll dabei hinreichende Qualitäts- und Leistungsreserven für die kurzzeitigen Spitzen vorhalten.
• Zudem ist sicherzustellen, dass bei allen Typen von Teilanlagen bei einem gegebenen Lastfall ein homogenes Qualitätsniveau gewährleistet ist.
• Ausgehend von diesen Kriterien ist für längerdauernde Verkehrsbelastungen der LoS B angemessen.
• Im kurzzeitigen Stossverkehr kann mit LoS D gerechnet werden.
• An Engpässen ist maximal LOS E zulässig.
• Bei den damit verbundenen Verkehrsdichten bleibt der Verkehrsfluss stets stabil.

In der Projetkierung kann es sich erweisen, dass bstimmte Anlagenentwürfe oder Teile derselben nicht realisierbar sind:

• Der zur Verfügung stehende Raum genügt nicht zur Umsetzung der geplanten Anlagen mit den gewählten Trassierungsparametern.
• Die konkrete Form des zur Verfügung stehenden Landes erlaubt eine gewünschte Anlagenausgestaltung nicht oder nur mit grossen Eingriffen. Dies kann insbesondere im städtischen Raum oder im Gebirge auftreten.
• Die verschiedenen Anlagenbereiche wie Gleis, Fahrgastanlagen, Betriebsanlagen etc. lassen sich aufgrund ihrer geometrischen Abmessungen nicht optimal verknüpfen.

• Projektierungsarbeiten bleiben zahlreich und anspruchsvoll.
• Auch in Europa werden punktuell immer wieder neue Strecken gebaut, z.B. für den Hochgeschwindigkeitsverkehr, zur Leistungssteigerung im Güterverkehr, zur Schliessung von Lücken im Netz etc.
• In verschiedenen Teilen der Welt befinden sich die Bahnnetze noch im Aufbau, zum Beispiel in China oder im Nahen Osten.
• Anlagen- und Trassierungsverbesserungen am Bestandesnetz kommen hinsichtlich der planerischen Überlegungen oftmals einem Neubau gleich.

• Jedes Fahrzeug und damit jede seiner inkrementellen Komponenten legen bei der Fahrt über eine Fahrbahn eine dreidimensionale Raumkurve zurück.
• Bei den Landverkehrsmitteln wird der Verlauf dieser Raumkurve primär durch die Fahrbahn definiert.
• Sekundär, insbesondere auf der Ebene der einzelnen Fahrzeugkomponenten, spielen aber auch die Eigenschaften der Fahrzeuge, wie etwa die Federung, eine Rolle.

• Fahrgastkomfort, Ladungssicherung im Güterverkehr.
• Kräfte zwischen Fahrbahn und Fahrzeug hinsichtlich Dimensionierung und Verschleiss an der Schnittstelle.
• Kräfte zwischen Fahrbahn und Fahrweg hinsichtlich der Entgleisungssicherheit.

räumlicher Verlauf der Trassierung:

• horizontale Trassierung = Verlauf in y-Richtung, einschliesslich der Überhöhungen
• vertikale Trassierung = Verlauf in z-Richtung

Treissierungselemente:

• Gerade
• Kreisbogen
• Übergangsbogen

• Bei Erneuerungen bestehender Strecken wird versucht, die zulässige Geschwindigkeit durch Linienführungsverbesserungen zu erhöhen.
• Bei Neubaustrecken hat die Entwurfsgeschwindigkeit einen direkten Einfluss auf Minimalradien und Maximalneigungen.
• Weitere Bestimmungsgrössen: Geplante Zugstypen und Fahrzeugbauarten, Vorgaben der Interoperabilitäts- Richtlinien.
• Radien und Neigungen beeinflussen zusammen mit der Topographie und der Geologie die Baukosten und den Landverbrauch.

• Planungsgrenz- und Regelwerte: Planungsgrenz- und Regelwerte der Trassierung sind bei Projektierung einzuhalten. Garantieren mit vertretbarem Erhaltungsaufwand eine ausgewogene, auf die Beanspruchungskriterien abgestimmte und im Bedarfsfall weiter entwickelbare Linienführung.
• Grenzwert im Normalfall: Sind bei Neuanlagen und soweit möglich bei Umbauten von bestehenden Anlagen oder Fahrbahnerneuerungen zu berücksichtigen. Sofern die Ausnützung der Grenzwerte unumgänglich ist, können sie ohne Zusatzmassnahmen eingesetzt werden (erhöhte Erhaltungskosten!).
• Maximaler bzw. Minimaler Grenzwert: Sind nur in unumgänglichen,seltenen Einzelfällen bei besonderen Verhältnissen oder für bestimmte Fahrzeugarten anwendbar, sofern die zusätzliche Beeinträchtigung des Fahrkomforts und die höheren Erhaltungskosten in Kauf genommen werden können. Die Anwendung bedarf im Einzelfall der Genehmigung des Bundesamtes für Verkehr (BAV).

• Einfachstes Trassierungselement
• Geringste Fahrwiderstände
• Geschwindigkeit nur von trassierungsunabhängigen Parametern beschränkt

• Längssteigung, in Verbindung mit dem Zugsgewicht und der Leistung der Triebfahrzeuge.
• Längsgefälle, in Verbindung mit den Bremseigenschaften der Züge.
• Gleislagequalität.
• Untergrundqualität.
• Zulässige Geschwindigkeit der Fahrleitung, in Verbindung mit der Stromabnehmerbauart.
• Sicherungsanlagen, insbesondere hinsichtlich der Vorsignalabstände, in Verbindung mit den Bremseigenschaften der Züge.
• Laufstabilität des Rollmaterials

Summe der Kräfte ist zu begrenzen

• Kippen des Fahrzeugs
• Entgleisung infolge Aufsteigen des Spurkranzes
• Entgleisung infolge Lageverschiebung des Gleiskörpers
• Entgleisung infolge Kippen der äusseren Schiene
• Verschiebung der Wagenladungen
• Komfortbeeinträchtigung der Fahrgäste
• Vergrösserung des Fahrwiderstandes
• Vergrösserung des Lärms

Massnahmen

• Verwendung von grossen Radien
• Überhöhung des Gleisbogens, um die unausgeglichene Seitenbeschleunigung zu reduzieren
• Geschwindigkeitsreduktionen

Die maximale Geschwindigkeit im ebenen Kreisbogen errechnet sich aufgrund der zulässigen Seitenbeschleunigung v_max = sqrt(a_rnc*R)

Für verschiedene nicht-kompensierte Seitenbeschleunigungen a_rnc ergeben tabellierte Werte

nicht kompensierte Seitenbeschleunigung

überkompensierte Seitenbeschleunigung

aufgrund der Federung

Die gegenseitige Lage dieser Achsen hängt von der Fahrzeugfederung und der Wagenkastenlagerung ab und wird mit dem Neigungskoeffizienten S_r beschrieben.

Beeinflussungsmöglichkeiten:

• Wankkompensation
• passive Wagenkastenneigung
• aktive Wagenkastenneigung

• Wankkompensation: Wagenkasten bleibt auch im Bogen senkrecht zum Gleis
• passive Wagenkastenneigung: Drehpunkt des Wagenkastens ist über dessen Schwerpunkt, das Moment der Zentrifugalkraft wirkt in engtegengesetzter Richtung zum Moment bei konventioneller Drehgestelllagerung
• aktive Wagenkastenneigung: Die Neigung wird durch aktive Stellglieder aufgebaut. Die Seitenbeschleunigung bei Kurveneinfahrt wird nicht infolge der Trägheit verzögert aufgebaut

• Seitenruck: Minimierung zur Begrenzung der Komforteinbusse und des Verschleisses
• Verwindung: Minimierung zur Vermeidung von Entgleisungen
• Hubgeschwindigkeit: Minimierung zur Begrenzung der Komforteinbusse

• In Kreisbogen, in denen die Seitenbeschleunigung ohne Überhöhung kleiner als 0.1 m/s2 ist.
• In Nebengleisen.
• In Weichenköpfen, die mit v_R ≤ 60 km/h befahren werden.
• In Weichen, deren Ablenkung aus einem Zuggleis herausführt.
• Innerhalb von Weichenverbindungen.

• Tangentialer Anschluss an Kurve und Gerade
• Änderung der Seitenbeschleunigung konstant, das heisst Krümmung konstant
• Keine Unstetigkeit beim Beginn der Krümmung
• Konstante Höhenlage des Fahrzeugschwerpunktes

Seitenruck / einfacher Ruck = Änderung der nicht kompensierten Seitenbeschleunigung pro Zeiteinheit