Fahrdynamische Optimierung von Bahnhofsausfahrten im Längenschnitt

Abstract

Die Längsneigung ist ein wichtiger Parameter bei der Trassierung einer Eisenbahnstrecke. Die topographischen Bedingungen und die zur Verfügung stehenden Triebfahrzeuge bestimmen die Wahl einer geeigneten Längsneigung. Um den Steigungswiderstand zu überwinden ist besonders beim Anfahren eine ausreichende Zugkraft erforderlich. Im Bereich von Bahnhöfen und Haltestellen werden geringe Längsneigungen ausgeführt, um ein unbeabsichtigtes Wegrollen von abgestellten Zügen zu verhindern. Auf der freien Strecke hingegen kann eine höhere Längsneigung ausgeführt werden. Der Übergang vom flacheren Bahnhofsbereich zur steileren freien Strecke kann dabei im Längenschnitt unterschiedlich gelöst werden.<br />Ziel dieser Diplomarbeit ist eine quantitative Bewertung unterschiedlicher Längenschnittformen bei Bahnhofsausfahrten in Bezug auf die Fahrzeiten und die erreichten Höchstgeschwindigkeiten. Daraus lassen sich Mindestzugfolgezeiten ableiten, die die Leistungsfähigkeit und somit die Wirtschaftlichkeit einer Strecke wesentlich beeinflussen.<br />Für die Bewertung wird ein Simulationsmodell für die Bahnhofsausfahrt erstellt. Der Bahnhofsbereich hat dabei eine festgelegte Längsneigung.<br />Auf der 9km langen freien Strecke werden fünf unterschiedliche Längsneigungen ausgewählt. Für jede dieser fünf Längsneigungen werden drei Möglichkeiten des Längsneigungsprofils im Übergangsbereich mit einer Länge von 0,9km festgelegt: eine Variante mit einer konstanten Längsneigung und zwei Varianten mit je einem zusätzlichen Neigungswechsel. Mithilfe einer Simulationssoftware wird untersucht, ob es einen signifikanten Unterschied zwischen den unterschiedlichen Längenschnittformen im Übergangsbereich gibt.<br />Auf der definierten Strecke werden Zugfahrten mit unterschiedlich schweren Güterzügen, die mit einer oder zwei Lokomotiven bespannt sind, simuliert. Bei Doppeltraktion ist die Zughakengrenzlast für das Anfahren maßgebend. Es werden zwei unterschiedliche Fahrten simuliert: einerseits das Anfahren aus dem Bahnhof mit anschließend planmäßiger Fahrt und andererseits das Anfahren aus dem Bahnhof mit einem außerplanmäßigen Halt auf freier Strecke.<br />Die Ergebnisse der Simulation zeigen einen Unterschied zwischen den drei Längenschnittvarianten im Sekundenbereich. Güterzüge erreichen die kürzeste Fahrzeit auf jener Längenschnittvariante mit einer stufenweisen Neigungssteigerung. Ein außerplanmäßiger Halt beim ersten Signal nach der Bahnhofsausfahrt sollte im Betrieb vermieden werden. Durch einen sekundengenauen Fahrplan und eine auf den Betrieb abgestimmte Trassierung können die möglichen Zeitvorteile optimal genutzt werden.<br />

The longitudinal gradient is an important parameter in railway infrastructure planning. The choice of a suitable longitudinal gradient depends on the topographical conditions and on the tractive power of the train engines. As a result of topographical conditions often high gradients are needed, but the gradient is limited by the tractive power.<br />Especially when a train starts sufficient starting tractive power is necessary to overcome the gradient resistance.<br />Train stations in alpine areas are often situated in inclined slopes due to the reduced space conditions. In a station or at a stop the longitudinal gradients are limited, in order to prevent parked trains from rolling away unintentionally. On the free track higher longitudinal gradients can be designed. The transition from a flat station exit to a steep free track can be designed in different types in the longitudinal section.<br />Aim of this master's thesis is a quantitative evaluation of different transition forms of longitudinal sections using a simulation software regarding the travel time and the maximum speed. As a result the minimum headway can be determined. This affects the efficiency of capacity management and, consequently, the profitability of the railway infrastructure.<br />For this examination, a model was created for a station exit. The station has a specified longitudinal gradient. For the following 9km long free track section five different longitudinal gradients were selected. For each of these five different longitudinal gradients three transition variations in the longitudinal section with a length of 0,9km were determined: one form of longitudinal section with a constant longitudinal gradient and two forms of longitudinal section with additional inclination changes. Using a simulation software it is examined whether there is a significant difference between various longitudinal section forms of station exits.<br />Freight trains differing in weight operate on this specified railway track. The freight trains have one or two engines. For two engine freight trains the maximum drawbar force is a crucial limiting factor.<br />On the one hand the freight trains start at the station and drive through the free track section. On the other hand they have an unscheduled stop at a signal on the free track and start again afterwards.<br />The results of the simulation show a difference between the three longitudinal gradient variations, as expected. The time differences between the three longitudinal gradient variations are a matter of seconds. The freight trains can achieve the shortest travel time at the variant where the gradient raises gradually. An unscheduled stop at the first signal after the station exit should be avoided.<br />In summary, a precise timetable and a suitable design are necessary in order to make optimal use of the possible time advantages.