Schnellfahrstrecken - Hightech-Produkte mit hohen Anforderungen

Schnellfahrstrecke mit ICE 1 bei Leinach

Schnellfahrstrecken sind Eisenbahntrassen, auf denen die Hochgeschwindigkeitszüge mit mehr als 200 Stundenkilometern verkehren können. In der Regel sind es Neubaustrecken, die parallel zu bereits bestehenden Trassen realisiert wurden. Nur in seltenen Fällen entstehen Schnellfahrstrecken durch einen umfangreichen Streckenausbau. Nicht nur die Hochgeschwindigkeitszüge sind ausgefeilte Hightech-Produkte, sondern auch die Schnellfahrstrecken. Diese Infrastruktur ist ein komplexes System, bestehend aus Unter- und Oberbau, Gleisen, Oberleitung sowie dem Signal- und Zugleitsystem. Erst das fein abgestimmte Zusammenspiel aller Komponenten inklusive dem rollenden Material erlaubt den reibungslosen und vor allem sicheren Schienenschnellverkehr. An dieser Stelle folgt ein kurzer Überblick über die vielfältigen und komplexen Komponenten, die gemeinsam eine Schnellfahrstrecke bilden.

Örtliche Gegebenheiten

Am einfachsten sind Hochgeschwindigkeitsstrecken auf ebenem, festen Terrain zu installieren. Doch ideale Bedingungen sind in der Realität nicht vorhanden. In der Regel besteht die Trasse aus ebenerdigen Abschnitten, Einschnitten, Brücken und Tunneln. Um Kunstbauten auf ein Mindestmaß zu reduzieren, werden Steigungen und Gefälle von bis zu 40 Promille akzeptiert. Dementsprechend leistungsfähig müssen die Züge sein, um die Steigungen auch mit hoher Geschwindigkeit zu bewältigen.

Brücken

Brücken sind eindrucksvolle, aber auch teure Bauwerke. Es gab schon Fälle, in denen Viadukte wieder abgerissen werden mussten, da sie beim Überprüfen den Qualitätskriterien nicht entsprachen. Auf weichen Böden müssen Maßnahmen gegen das Absinken getroffen werden. Autofahrern wird bekannt sein, dass auf Brücken die Gefahr von Seitenwinden besonders hoch ist. Deswegen müssen Messinstrumente entlang der Strecke montiert werden, die beim Übersteigen von Grenzwerten den Zug auf niedrigere Geschwindigkeiten abbremsen. Letztendlich zerschneiden selbst schön gestaltete Viadukte zumindest optisch teils unberührte Landschaften. Wegen all dieser Nachteile ist man bemüht, mit so wenig Brücken wie möglich auszukommen.

Tunnel

Besonders heikel sind die Tunnelabschnitte einer Schnellfahrstrecke. In den Achtziger- und Neunzigerjahren ließ die Bahn aus Kostengründen oft nur eine Röhre für beide Fahrtrichtungen bohren. Auf der Schnellfahrstrecke „Hannover –Würzburg“ beispielsweise ist die Höchstgeschwindigkeit innerhalb von Tunneln auf 250 Stundenkilometer begrenzt, außerhalb dürfen die ICE-Züge auf bis zu 280 km/h beschleunigen. Bei der Neubaustrecke von Frankfurt am Main nach Köln sind dagegen 300 km/h erlaubt, obwohl ebenfalls beide Gleise durch die gleiche Röhre führen. In Frankreich dagegen werden bereits seit Jahren generell zwei getrennte Tunnelröhren für hohen Geschwindigkeiten verwendet. Falls doch einmal ein Zug im Tunnel entgleisen sollte – so bereits 2008 im Landrückentunnel auf der NBS von Hannover nach Würzburg geschehen – können technisch besonders ausgefeilte Tunnelrettungszüge schnell zum Ort des Geschehens ausrücken. Sie sind für Einsätze bei starker Rauch- und Hitzeentwicklung ausgelegt. Der Dieselantrieb sorgt für eine Unabhängigkeit von der Oberleitung, muss jedoch ständig auf Betriebstemperatur gehalten werden, um sofort einsatzbereit zu sein. Abschließend sei noch erwähnt, dass Tunnel die größten Kostenfresser sind. Spezielle Tunnelbohrmaschinen müssen sich durch hartes oder wasserführendes Gestein kämpfen. Aus politischen Gründen musste sogar eine Strecke in ebenem Gelände unter Tage verlegt werden. Der Aushub für den Tunnel lief voller Grundwasser, weswegen ein speziell zum Abbinden unter Wasser entwickelter Beton zum Einsatz kommen musste, um den Tunnel trotzdem zu realisieren. Es kam auch schon vor, dass sich während der Bohrungen unvorhergesehene Hohlräume auftaten. Es blieb bei der Neubaustrecke „Nürnberg – Ingolstadt“ nichts anderes übrig, als im Tunnel Brücken zu installieren.

Oberbau

Nachdem die Grundlage für die Trasse geschaffen wurde, folgt das Gleisbett. Seitdem es die Eisenbahn gibt, galt der sogenannte Schotteroberbau als optimaler Halt für die Schwellen, auf denen wiederum die Schienen montiert werden. So verwendete man diese Technik in Europa über Jahrzehnte hinweg auch auf Schnellfahrstrecken. Nun sind vor allem die Triebköpfe recht schwer. Bei hohen Geschwindigkeiten zermahlen die starken Vibrationen mit der Zeit den Schotter. Er muss häufig ausgetauscht und nachgestopft werden. Die Wartungskosten sind also deutlich höher als bei langsameren Zügen. Abhilfe schafft die sogenannte „Feste Fahrbahn“. Die Schwellen werden auf eine Fahrbahn aus Beton und Stahl montiert und ein schallabsorbierender Belag verlegt. Die Kosten für den laufenden Kilometer Feste Fahrbahn auf der Neubaustrecke „Frankfurt – Köln“ belaufen sich auf sage und schreibe 770.000 Euro. Das ist doppelt so teuer als die Variante mit Schotteroberbau, soll aber wartungsärmer und auf lange Zeit kostengünstiger sein. In Japan hatte man sich unter anderem mit einer elastischen Unterlage unter dem Schotterbett zu helfen gewusst – hergestellt aus zerschnittenen alten Autoreifen. Andere Abschnitte erhielten einen Plattenoberbau.

Weichen

Selbstredend müssen die Schienen von allererster Güte und exakt verlegt sein. Hier sind Präzisionsmaschinen beim Verlegen der Gleise nötig, denn die Hochgeschwindigkeitszüge sollen auch bei hohen Geschwindigkeiten einen ruhigen Lauf gewährleisten. Leider kann man auch auf Schnellfahrstrecken nicht auf Weichen verzichten. Doch herkömmliche Weichenkonstruktionen sind hier fehl am Platz, das Entgleisungsrisiko und der Verschleiß an Schienen und Rädern wäre an dieser Stelle viel zu hoch. Im sogenannten Herzstück einer Weiche müssen die Räder eine Lücke passieren, wo sich der gerade und abbiegende Schienenstrang kreuzen. Bei schlanken Schnellfahrweichen wäre diese Lücke zu lang, weswegen im Herzstück eine in beide Richtungen verstellbare Schiene benötigt wird.

In Deutschland sind die längsten Schnellfahrweichen 170 Meter lang. Acht Motoren sind hier nötig, um die Weichenzunge zu stellen, drei Antriebe bewegen das Herzstück. In Frankreich und Spanien sind mit 180 Metern Länge die längsten Weichen anzutreffen. In gerader Stellung dürfen die Züge mit unverminderter Geschwindigkeit fahren, im abzweigenden Ast sind immerhin noch bis zu 220 km/h möglich. Bei der Weltrekordfahrt des TGV-V150 wurde eine Weiche mit 560 Stundenkilometern befahren – das ist Weltrekord! Im Winter ist es wichtig, die Weichen eisfrei zu halten. Hierzulande werden Heizungen eingebaut, in Japan haben sich in schneereichen Regionen auch Warmwasser-Sprühgeräte bewährt.

Signale

Bei Geschwindigkeiten von mehr als 160 km/h reichen Lichtsignale nicht mehr aus, da sie bei schlechter Sicht nicht mehr sicher abgelesen werden können. Es sind daher Zugleitsysteme nötig, die dem Zug und Fahrer Auskunft über den Zustand der vorausliegenden Strecke geben. Die LZB bei der Deutschen Bahn beispielsweise führt kontinuierlich die Zugfahrten. Die Hauptaufgabe ist die Ermittlung, Vorgabe und Überwachung der jeweils zulässigen Höchstgeschwindigkeit der Züge. Außerdem erlaubt die Technik eine Zugfolge von drei Minuten bei 300 Stundenkilometern. Da jedes Land sein eigenes Zugleitsystem nutzt, müssen internationale Züge verschiedene Systeme verstehen. Dementsprechend teuer und komplex ist die im Zug verbaute Technik. Auch die Fahrer müssen für alle vorkommenden Systeme geschult werden. In Europa setzt sich inzwischen das European Train Control System durch.

Oberleitung

Abschließend wird die Oberleitung installiert, samt Unterwerken für die Stromversorgung. In Deutschland wird der Fahrdraht, der einen Querschnitt vom 120 mm^2 hat, mit 15 Kilovolt Wechselstrom bei einer Frequenz von 16,7 Hertz gespeist. Auf Altbaustrecken steht eine Stromstärke von 900 Ampere zur Verfügung, auf Schnellfahrstrecken sind es 1000 Ampere. Die Stromabnehmer schnellfahrende Züge versetzen die Oberleitung in Schwingung. Diese Wellen breiten sich in beide Richtungen aus. Erreicht die Welle die gleiche Geschwindigkeit wie der Zug, kommt es zum Kontaktabriss und damit zur Stromunterbrechung. Im schlimmsten Fall reißt der Pantograph die Oberleitung herunter. Um dem Problem zu begegnen, wird die mechanische Spannung der Oberleitung erhöht. Natürlich darf die Zugspannung nicht so hoch sein, dass der Fahrdraht reißt. Daher probiert man hierfür neue Legierungen aus, wie zum Beispiel auf der Neubaustrecke zwischen Göttingen und Hannover. Diese Leitungen sind für Geschwindigkeiten von bis zu 400 km/h ausgelegt. Bei Weltrekordfahrten wird übrigens auch die elektrische Spannung erhöht, damit der Zug mehr Leistung aufbringen kann. Damit die Oberleitung nicht so schnell verschleißt, besteht das Schleifstück des Stromabnehmers aus weichen, kohlehaltigen Materialien. Bereits nach drei Tagen Fahrt muss in Japan beispielsweise solch ein Schleifstück ausgewechselt werden. Die Fahrleitung hingegen wird alle drei Jahre ausgetauscht. Das Wetter hat natürlich auch großen Einfluss auf die Stromversorgung der Züge. Ist die Oberleitung vereist, wird die Stromentnahme erschwert oder ganz gestört. In Frankreich kann der Fahrdraht durch einen kontrollierten Kurzschluss erwärmt werden und das Eis schmilzt ab. Salzhaltige Meerluft hat im Norden Frankreichs zu erheblichen unkontrollierten Kurzschlüssen geführt. Spezielle Reinigungsfahrzeuge mit Wasserwerfen befreiten daraufhin die Oberleitung und die Isolatoren von den stromleitenden Salzen.

Umweltschutz

Ein wichtiger Punkt beim Planen der Schnellfahrstrecken ist der Umweltschutz. So versucht man die Trasse möglichst entlang von Autobahnen zu führen, um weniger Einschnitte in unberührte Landschaften vornehmen zu müssen. Nach den Bauarbeiten erfolgen gezielte Renaturierungsmaßnahmen wie Aufforstung und das Anlegen von Biotopen. Zudem wird in besiedelten Gebieten auf den Lärmschutz geachtet. In Japan gibt es die strengsten Umweltschutzauflagen. Deswegen versucht man durch schallschluckende Elemente und Bauten am Fahrweg und an den Fahrzeugen den Lärm auf ein erträgliches Maß zu reduzieren.

Wie diese kurze Abhandlung gezeigt hat, steckt viel Know-how in Schnellfahrstrecken. Es sind ebenso Hightech-Produkte wie die Züge. Sehen Sie sich weitere Besonderheiten der Strecken in den verschiedenen Ländern an, die Sie in der linken Navigationsleiste finden.