Neigezüge

Nahverkehrstriebwagen BR 612 der DBAG im Neigebetrieb

im Inneren eines Triebwagens

Unter Neigetechnik, auch Gleisbogenabhängige Wagenkastensteuerung (Abkürzung Neitech, GST), versteht man eine Technik, bei der die Wagenkästen eines Eisenbahnzuges zur Kurveninnenseite geneigt werden können und damit die empfundene Seitenbeschleunigung reduzieren.

Sie dient zum schnelleren Durchfahren von Gleisbögen („bogenschnelles Fahren“). Bei nicht erhöhten Geschwindigkeiten kann das System genutzt werden, um die Kurvenfahrt angenehmer zu gestalten („Komfortneigung“).

Auswirkungen

Ein ICE T verlässt eine Kurve. Gut zu erkennen sind die verschiedenen Neigungswinkel der einzelnen Wagenkästen.

Die Neigetechnik ermöglicht es Zügen, sich mit bis zu 8° Neigung in die Kurve zu legen. Dadurch wirkt der Zug den Fliehkräften entgegen und kann mit bis zu 30 % höherer Geschwindigkeit durch Kurven fahren, ohne dass der Fahrkomfort der Fahrgäste durch erhöhte Seitenbeschleunigung (Zentrifugalkraft) beeinträchtigt wird. Ziel der Neigetechnik ist es also, den Komfort für die Fahrgäste zu erhöhen, die Fahrwerksphysik bleibt jedoch gleich – an Geschwindigkeitsbeschränkungen, die vor Entgleisung schützen sollen, ändert die Technik nichts.

Durch die Neigetechnik werden auf kurvenreichen Strecken die Reisezeiten verkürzt. Beispielsweise führt der Einsatz von Neitech-Zügen der Baureihe 612 auf der Strecke Chemnitz–Leipzig zu einer Reduzierung der Reisezeit von 59 Minuten auf 52 Minuten. Zudem ermöglicht es diese Technik, zum Teil auf teure Neubautrassen zu verzichten, da auf den alten Trassen höhere Geschwindigkeiten möglich sind.

Nebenwirkungen

Im Zusammenhang mit der Einführung der Neigetechnik kam es vielfach zu Diskussionen, ob und inwieweit die beim Neigevorgang auf die Fahrgäste wirkenden Hubbewegungen Übelkeit und Reisekrankheit (auch Bewegungskrankheit oder SMS (symptoms of motion sickness) genannt) auslösen können. Die Angaben zur Häufigkeit entsprechender Beobachtungen variieren stark, wobei Inzidenzraten bis 30 Prozent gemeldet werden.^[1][2] Die Ausprägung solcher Nebenwirkungen hängt einerseits stark von der gegenseitigen Abstimmung von Fahrdynamik und Streckeneigenschaften (z. B. Länge der Übergangsbögen, Häufigkeit von Kurven) ab, andererseits auch von der persönlichen Anfälligkeit der Fahrgäste und deren Sitzposition im Fahrzeug. So wurden bei Frauen eine 12 Prozent höhere Inzidenz und dreimal so hohe Symptomhäufung wie bei Männern beobachtet.^[3] Anfälligen Personen wird empfohlen, in Fahrtrichtung und nicht am Fenster zu sitzen.

Technik

Talgo Pendular-Wagengarnitur mit passiver Neigetechnik

Vergleich zwischen nicht geneigtem (oben) und geneigtem (unten) Wagenkasten des ICE T (Demonstration im Stand)

Stellsysteme

Man unterscheidet zwischen passiver und aktiver Neigetechnik:

• Bei der passiven Neigetechnik sind die Wagenkästen oberhalb ihres Schwerpunktes an erhöhten Fortsätzen des Fahrwerksträgers aufgehängt. Dadurch schwingen sie aufgrund der Fliehkraft im unteren Bereich nach außen, im oberen nach innen. Die Schwingungen werden durch Dämpfungselemente beruhigt. Der Neigewinkel ist auf 3,5° beschränkt. Dadurch ist der Geschwindigkeitsgewinn bei Bogenfahrt auch deutlich geringer als bei aktiven Systemen. Die passive Neigetechnik ist nicht geeignet, durch höhere Bogengeschwindigkeiten nennenswerte Fahrzeitverkürzungen zu erreichen, sie dient lediglich einer Komfortverbesserung.
• Bei der aktiven Neigetechnik sorgen hydraulische Stellzylinder (Hydraulikzylinder oder ein elektrischer Stellantrieb (E-Motor mit hochuntersetztem Getriebe und Spindelantrieb, der die Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung umsetzt) dafür, dass die Wagenkästen auslenken. Der Neigewinkel kann bis 8° betragen.
• Es gibt Mischformen der Stellsysteme z. B. in Japan, beispielsweise passive Neigesysteme, bei denen die Neigung aktiv ein- und ausgeleitet wird.

Sensorik-Konzepte

Man unterscheidet bei den aktiven Systemen zusätzlich noch zwischen verschiedenen Systemkonfigurationen der Regelung und der zugehörigen Sensorik:

• Beim inertialen System wird mindestens die Seitenbeschleunigung über inertiale Sensoren gemessen und die Neigung entsprechend eingestellt. Fast alle aktuellen Entwicklungen benutzen inertiale Systeme.
• Beim vollständigen System werden in drei Dimensionen alle sechs Freiheitsgrade (3 Beschleunigungen und drei Winkelgeschwindigkeiten) über Sensoren gemessen und die Neigung entsprechend eingestellt. Diese Lösung wird nach Mess- und Fahrversuchen bisher kaum eingesetzt, da der Messaufwand für zu hoch gegenüber der erreichten Qualitätsverbesserung gehalten wird.
• Beim unvollständigen System werden in drei Dimensionen nicht alle sechs Freiheitsgrade (beispielsweise 3 Beschleunigungen und zwei Winkelgeschwindigkeiten) über Sensoren gemessen und die Neigung entsprechend eingestellt. Dieses System ist in den Messfehlern dem vollständigen System unterlegen.
• Bei wissensbasierenden Systemen wird die notwendige Neigung in Abhängigkeit von der aktuellen Zugposition aus einer Datenbank entnommen. Ein ausschließlich wissensbasiertes System ist ohne Sensoren nicht robust gegen Störungen und daher nicht einsatztauglich. Es wird in keinem Fahrzeug in Betrieb gehen.

Es gibt verschiedene Anordnungen der Messeinheiten in den Fahrzeugen: Eher selten wird im Wagenkasten gemessen, wo der Komfort hergestellt werden soll. Meist wird im Drehgestell gemessen, wo die Störungen aus dem Gleisbett eingeleitet werden.

Folgen für die Raumaufteilung

Erstklassabteil im X2000

Zweite Klasse im ETR 470

Damit die Züge auch mit aktiver Neigetechnik in das Lichtraumprofil von Altbaustrecken passen, werden die Seitenwände in der Regel schräg gestellt. Der Innenraum wird dadurch im oberen Bereich schmaler als in einem starren Zug.

Drehgestelle und Aufhängung fallen komplizierter aus als bei herkömmlichen Triebwagen. Auch sollten schwere Bauteile im geneigten Fahrzeugteil (Transformatoren oder Treibstofftanks, Dieselmotoren und Generatoren) möglichst in Höhe der Neigeachse montiert werden, um das Trägheitsmoment und damit den Kraftaufwand für den Neigevorgang möglichst gering zu halten; sie werden daher üblicherweise unter dem Fußboden angeordnet. Beides zusammen wird dann zu einem ernsthaften Problem, wenn das Fahrzeug zusätzlich noch in niederfluriger Bauweise ausgeführt werden soll.

Neitech und Traktionskonzept

Swiss Express mit Einheitswagen Typ III. Die ursprünglich vorgesehene Ausrüstung dieser Wagenserie mit Neigetechnik wurde später fallengelassen.

Obschon die Neigetechnik prinzipiell - unter Einhaltung der zulässigen Achslasten - auch bei lokbespannten Zügen eingesetzt werden könnte, werden Neigezüge in aller Regel als Triebwagenzüge konzipiert. Wird dabei der Antrieb in Triebköpfen konzentriert, so müssen nur die Zwischenwagen mit Neigetechnik ausgerüstet werden, da das Verfahren ja lediglich den Fahrkomfort für die Reisenden (und nicht etwa auch die Sicherheit der Spurführung) verbessert.

Bei elektrischen Triebzügen mit verteiltem Antrieb dürfen sich die auf dem Dach der einzelnen Triebwagen montierten Stromabnehmer nicht neigen, damit der Kontakt zum Fahrdraht erhalten bleibt. Dies kann durch folgende Möglichkeiten erreicht werden:

• Das Fahrzeug, auf dem der Stromabnehmer montiert ist, neigt sich nicht. Die Lösung wurde beispielsweise im Triebkopf des X2000 realisiert.
• Der Stromabnehmer sitzt auf einem sich nicht neigenden Rahmen, der direkt auf dem Drehgestell aufliegt, wie z. B. beim ICE T oder beim FS ETR470
• Der Stromabnehmer sitzt auf einem Hilfsrahmen auf dem Dach des Fahrzeuges und wird von einem eigenen Stellantrieb entgegen der Neigung des Wagenkastens bewegt, wie z. B. beim SBB RABDe 500.

Betriebseigenschaften

Fahrten mit Komfortneigung unterscheiden sich betrieblich nur gering von Fahrten mit starren Zügen, sie führen zu einem gesteigerten Aufwand bei Bau und Wartung der komplexeren Züge.

Die Einführung von Neigetechnik zur Beschleunigung des Bahnverkehrs stellt komplexe Anforderungen an die gegenseitige Abstimmung von Infrastruktur und Rollmaterial. In diesem Fall steigt auch der Aufwand auf Seiten der Infrastruktur.

Insbesondere die Signaltechnik muss auf die höheren Geschwindigkeiten ausgelegt werden. In Deutschland kommt zusätzlich zur normalen Zugbeeinflussung die Geschwindigkeitsüberwachung Neigetechnik zum Einsatz, die die erhöhte Geschwindigkeit freigibt, wenn sie sicher gefahren werden kann. Die Sicherung von Bahnübergängen muss so geändert werden, dass die Schranken auch bei einem schnelleren Zug rechtzeitig geschlossen sind.

Für den Oberbau ist es bei gleicher Geschwindigkeit und Masse gleichgültig, ob der Wagen aufgerichtet oder geneigt durch die Kurven fährt. Allerdings führen erhöhte Kurvengeschwindigkleiten zu höherem Abrieb an Gleis und Radkranz. Um die Neigetechnik mit sanftem Wechsel der Neigung nutzen zu können, müssen Kurven Übergangsbogen enthalten. Plötzliche Wechsel der Krümmung, wie sie vor allem in Weichenbereichen auftreten, dürfen nicht bogenschnell befahren werden.

In Deutschland ist die Neigetechnik nur für bogenschnelles Fahren bis 160 km/h zugelassen. Im Hochgeschwindigkeitsbereich wird nur die Komfortneigung verwendet, neue Schnellfahrstrecken werden nicht für bogenschnelles Fahren ausgelegt. Hingegen kann die Neutrassierung von Altstrecken nach Einsatz der Neigetechnik unterbleiben.

Wirtschaftlichkeit

Vergleich mit nicht ausgebauter Strecke

Bogenschnelles Fahren ermöglicht Fahrzeitgewinne von maximal 30 %. Fahrzeitgewinne führen (unabhängig davon, wie sie erreicht werden) zu zwei möglichen wirtschaftlichen Vorteilen:

• Die Produktivität steigt, da ein Fahrzeug (einschließlich Besatzung) eine höhere Transportleistung in gegebener Zeit erbringen kann. Wird beispielsweise eine Linie im Stundentakt um 30 min je Richtung beschleunigt, steht jedes Fahrzeug eine Stunde früher wieder am Ausgangsbahnhof zur Verfügung, und dieselbe Zahl von Abfahrten ist mit einem Fahrzeug weniger möglich. Wenn vor Kurven weniger abgebremst und hinterher wieder beschleunigt werden muss, kann Energie gespart werden.

• Viele Reisende nehmen schnellere Verbindungen als attraktiver wahr, sowohl die Zahl der Kunden als auch deren Zahlungsbereitschaft kann steigen.

Beide Vorteile kommen nur zum Tragen, wenn die Beschleunigung auch wirklich genutzt werden kann und nicht zu längeren Stand- und Umsteigezeiten führt.

Dem stehen die Investitionskosten für teurere Züge (und ggf. eine besondere Streckenausrüstung) sowie höhere Wartungskosten für Fahrzeuge und (je nach Bauart) den Fahrweg gegenüber.

Vergleich mit Neutrassierung

Die Neutrassierung einer Strecke führt in der Regel zu weit höheren Kosten als die Ausrüstung für Neigetechnik. Dieser Einsparung stehen wiederum die bereits genannten Mehrkosten bei der Rollmaterialbeschaffung und -wartung gegenüber.

Beispiele

Englischer Class 390-Neigezug

ICN (SBB RABDe 500)

Fernverkehr

• Pendolino der Trenitalia (Italien)
• X2000 der SJ (Schweden)
• Zahlreiche Kapspur-Triebzüge der Japanischen Eisenbahnen sowie die neueste Shinkansen-Generation 700N
• ICE T und ICE TD der DB (Deutschland)
• ETR 470 der Cisalpino auf den Verbindungen Schweiz – Italien
• ICN (RABDe 500) der SBB (Schweiz)
• Talgo ab der Generation Talgo pendular (Spanien)
• Alaris (Spanien)
• Alfa Pendular (Portugal)

Nahverkehr

• Dieseltriebwagen Baureihe 610, Baureihe 611 und Baureihe 612 der DB

Geschichte

Der erste italienische Serien-Neigezug ETR 450

Der schwedische X2000

Die Idee neigefähiger Züge lässt sich bis zu Franz Kruckenberg zurückverfolgen, der bereits 1928 Züge mit passivem Neigesystem entwickelte.^[4] Ein früher Prototyp wurde in den fünfziger Jahren in Frankreich realisiert. 1968 wurde ein deutscher Dieseltriebwagen mit Neigetechnik auf der Bahnstrecke Ingolstadt–Treuchtlingen erprobt^[5]. In den frühen 1970er Jahren fanden in Spanien Versuche auf rein mechanischer Basis mit dem Talgo pendular statt, und in Frankreich und der Schweiz wurde die aktive Neigetechnik an Einzelwagen der Baureihen Voiture Grand confort (SNCF) und EW III (SBB) weiterentwickelt. Die Technik wurde in Italien und in Schweden zur Reife gebracht und in den von Fiat erbauten Pendolino-Zügen sowie im schwedischen X2000 erstmals kommerziell eingesetzt.

Deutschland

In Deutschland bewährten sich die ersten für den kommerziellen Einsatz gebauten Triebwagenbaureihen mit Neigetechnik nicht. Es waren dies unter anderem die Dieseltriebzüge der Baureihe 634 und Baureihe 614. Die Fahrzeuge waren mit der damals neuen Luftfederung ausgerüstet. Die Neigung in den Bögen erfolgte durch Umverteilen der Luft zwischen den Federn der linken und rechten Fahrzeugseite. Die Fahrzeuge bewährten sich nicht, so dass die Deutsche Bundesbahn und die deutsche Bahntechnikindustrie über Jahre kein Interesse mehr an der Neigetechnik zeigten. Der in der gleichen Zeit entwickelte Schnelltriebwagen der Baureihe 403 enthielt deshalb nie eine Neigetechnikausrüstung. Erst nach dem Erfolg der Pendolino-Züge in Italien und der X2000 in Schweden erwachte in Deutschland das Interesse an dieser Technik wieder.

In den Jahren 1987 und 1988 war ein italienischer Pendolino (Baureihe ETR 401) zweimal im deutschen Streckennetz zu Probefahrten unterwegs. Zwischen dem 13. und 31. Juli 1987 verkehrte der Zug auf der Moselstrecke Koblenz–Trier–Dillingen sowie zwischen Ingolstadt und Treuchtlingen. Im Jahr 1988 erfolgte unter anderem am 11. April eine Testfahrt mit Bundesverkehrsminister Jürgen Warnke und Bayerns Verkehrsminister Anton Jaumann.^[6] 1989 folgten mehrere Mess- und Demonstrationsfahrten mit dem spanischen Talgo Pendular.^[7]

Leuchtmelder auf der Modularen Führerraumanzeige im ICE-T bei Fahrten unter dem Zugsicherungssystem GNT für bogenschnelle Fahrten

Ende 1989 erfolgte eine Präsentationsfahrt des italienischen Pendolino-Prototyps von Kaiserslautern über Neustadt nach Wörth. An Bord waren unter anderem Landeswirtschaftsminister Rainer Brüderle und die DB-Vorstandsmitglieder Knut Reimers und Hans Wiedemann. Reicherts rechnete mit dem planmäßigen Einsatz der Fahrzeuge im Saarland ab 1991, sollten entsprechende Verhandlungen zwischen Bundesbahn und Land über eine Finanzierung von bis zu 25 Fahrzeugen zeitnah und erfolgreich abgeschlossen werden können.^[5]

Erste Überlegungen, Neigetechnik im deutschen Fernverkehr einzusetzen, stellte die damalige Bundesbahn ab 1988 an.^[8] Der erste deutsche Neitech-Zug Baureihe 610 verkehrte 1992 zwischen Nürnberg und Hof.

Österreich

Mit der Baureihe 4011 (ICE T) besitzen die ÖBB seit Ende 2006 drei Fahrzeuge mit Neigetechnik. Jedoch fahren diese, ebenso wie die baugleichen Fahrzeuge der Baureihe 411 der Deutschen Bahn sowie die Pendolinos der Baureihe 680 der tschechischen Bahnen, in Österreich ohne aktive Neigetechnik. Es ist jedoch geplant, die kurvenreiche Strecke Passau–Wels für Neigetechnik zu ertüchtigen und danach die Fahrzeit zwischen Frankfurt und Wien entsprechend zu senken.

Anwendungen bei Nicht-Schienenfahrzeugen

Carver One - ein Straßenfahrzeug mit Neigetechnik

Auch bei Straßenfahrzeugen wurde schon die Neigetechnik angewandt. So verfügt der Kabinenroller Carver über eine entsprechende Fähigkeit. Der Automobilhersteller Mercedes Benz stellte im Jahr 1997 das dreirädrige Versuchsfahrzeug F 300 Life-Jet vor, welches aktive Neigetechnik anwendete. Im Jahr 1998 wurde mit dem F 400 Carving Concept ein vierrädriges Auto vorgestellt, dessen Radsturz sich kurvenabhängig verändert. Fahrzeug mit verstellbaren Stoßdämpfern, sogenannte Lowrider, könnten ebenso theoretisch so umgebaut werden, dass sie Neigetechnik nutzen können.

Neben diesen motorisierten Fahrzeugen existieren verschiedene Modelle von Liegedreiräder, welche einen vom Fahrer verstellbaren Radsturz haben.

Verwandte Anwendungen

Zum Teil werden die gleichen Komponenten für Systeme verwendet, die in Panzern und auf Kriegsschiffen die Geschütze stabilisieren (sofern nicht kreiselbasiert). Des Weiteren ist auch bei neueren Motorfahrzeugen, welche mit Quecksilberdampfbeleuchtung (Xenonlicht) ausgerüstet sind, eine Leuchtweitenregulierung vorgeschrieben. Diese ist ebenfalls ein „Spin-off" der Neigetechnik.

Weblinks

• Grundsätze der Trassierung: Neigetechnik (von der TU Wien)
• http://www.bogenschneller.de – Informationen über Neigetechnik (mit Bildern)

Einzelnachweise

1. ↑ Current Biology 11/2001 (24. Juli 2001), Seiten R549-50
2. ↑ Influence of different conditions for tilt compensation on symptoms of motion sickness in tilting trains. In:Brain Research Bulletin 47/1998, S. 525–535
3. ↑ J. Förstberg et al.. In: Brain Research Bulletin 47/1998, S. 525–535
4. ↑ Bernd Englmeier: ICE und Transrapid, Books on Demand 2003, ISBN 3-8334-0629-1, S. 38
5. ↑ ^{a b} Meldung Mit dem „Pendolino“ schneller und komfortabler durch die Pfalz. In: Die Bundesbahn. Nr. 12, 1989, S. 1115
6. ↑ Meldung Schneller in die Kurve. In: Die Bundesbahn. 1988, Nr. 9, S. 474 f.
7. ↑ Bildunterschrift. In: Eisenbahn-Kurier, Nr. 196, 1, 1989, ISSN 0170-5288, S. 9.
8. ↑ Jahresrückblick 1988. In: Die Bundesbahn 1/1989, S. 64