Neigetechnik
Unter Neigetechnik, auch Gleisbogenabhängige Wagenkastensteuerung (Abkürzung Neitech, GSt), versteht man eine Technik, bei der die Wagenkästen eines Eisenbahnzuges gegenüber ihrem Fahrwerk zur Kurveninnenseite geneigt werden können. Das reduziert die empfundene Seitenbeschleunigung.
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Die Neigetechnik erlaubt schnelleres Durchfahren von Gleisbögen, mit höherer als sonst zulässiger Seitenbeschleunigung,[1] was als „bogenschnelles Fahren“ bezeichnet wird. Bei nicht erhöhter Seitenbeschleunigung (Regelgeschwindigkeit) kann das System genutzt werden, um die Kurvenfahrt angenehmer zu gestalten („Komfortneigung“).
Auswirkungen
Die Neigetechnik ermöglicht es Zügen, sich mit bis zu 8,6° Neigung in die Kurve zu legen. Dadurch wird der Schwerpunkt des Zuges zur Kurveninnenseite verlagert. Dieses reduziert das Kippmoment zur Kurvenaußenseite, so kann mit bis zu 30 % höherer Geschwindigkeit durch Kurven gefahren werden. Weiterhin wird der Fahrkomfort der Fahrgäste weniger durch erhöhte Seitenbeschleunigung (Zentrifugalkraft) beeinträchtigt.
Durch die Neigetechnik werden auf kurvenreichen Strecken die Reisezeiten verkürzt. Beispielsweise führt der Einsatz von Neigetechnik-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.
Beispiel
Folgende Tabelle gibt ein Beispiel für die rechnerische Geschwindigkeitserhöhung durch Einsatz der Neigetechnik.
mit
| Bogenhalbmesser | Geschwindigkeit | Geschwindigkeit | Geschwindigkeit |
|---|---|---|---|
| konventionell | bei 4,3° Neigetechnik | bei 8,6° Neigetechnik | |
| R / Meter | vzul / (km/h) | vzul / (km/h) | vzul / (km/h) |
| 200 | 60 | 80 | 90 |
| 500 | 100 | 120 | 140 |
| 800 | 130 | 160 | 180 |
| 1100 | 160 | 180 | 210 |
| 1400 | 180 | 210 | 240 |
| 1700 | 200 | 230 | 260 |
| 2000 | 210 | 250 | 280 |
Anmerkung: Die Tabellenwerte sind auf ganze 10 km/h gerundet.
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.[2][3] 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 als bei Männern beobachtet.[4] Bei einer Verminderung des Anteils der kompensierten Querbeschleunigung an der gesamten (unausgeglichen) Querbeschleunigung von 70 auf 55 Prozent wurde in einer Studie eine Verminderung der Inzidenz der Reisekrankheit um 25 bis 40 Prozent gezeigt. Bei Frauen wurde eine zwei- bis dreifach höhere Inzidenz als bei Männern beobachtet.[5]
Anfälligen Personen wird empfohlen, in Fahrtrichtung und nicht am Fenster zu sitzen.
Technik
Fahrzeuge mit aktiver Neigetechnik werden (Stand: 2019) u. a. von Alstom (Pendolino-Familie) und CAF (SIBI-System) angeboten.[6]
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. Häufig dient die passive Neigetechnik wie beim spanischen Talgozug nur der Komfortverbesserung. In der Schweiz aber soll zukünftig eine passive Neigetechnik namens Wank-Kompensation zur Fahrzeitverkürzung eingesetzt werden, um ITF-Knotenzeiten halten zu können.
- Bei der aktiven Neigetechnik sorgen hydraulische Stellzylinder (Hydraulikzylinder) oder ein elektrischer Stellantrieb (E-Motor mit hochuntersetztem Getriebe und Spindelantrieb, der die Rotationsbewegung des E-Motors in eine lineare Bewegung umsetzt) dafür, dass die Wagenkästen auslenken. Der Neigewinkel kann bis 8,6° betragen. Die klassische Lösung mit Hydraulik birgt die stets latente Umweltgefahr durch die typischen Leckagen der Hydraulikzylinder.
- Es gibt Mischformen der Stellsysteme z. B. in Japan, beispielsweise passive Neigesysteme, bei denen die Neigung aktiv ein- und ausgeleitet wird.
Talgo Pendular-Wagengarnitur mit passiver Neigetechnik
Vergleich zwischen nicht geneigtem (oben) und geneigtem (unten) Wagenkasten des ICE T (Demonstration im Stand)
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 Bremsen, Stampfen, Pendeln und drei Winkelgeschwindigkeiten Gieren, Nicken, Neigen) über Sensoren gemessen und die Neigung entsprechend eingestellt. Diese Lösung wird nach Mess- und Fahrversuchen bisher kaum eingesetzt, da aus der Sicht der Maschinentechnik der Messaufwand für zu hoch gegenüber der erreichten Komfortverbesserung gehalten wird. Tatsächlich bedeutet der Aufwand für die Messtechnik auf der Basis moderner MEMS-Sensoren keinen preislichen Unterschied.
- 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 und verursacht bei schnellem Wechsel auf Weichen ungefährliche, aber irritierende Fehlsteuerungen.
- Bei wissensbasierenden Systemen wird die zu erwartende 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 kaum komforttauglich. „SIBI“ – die Neigetechnik des spanischen Herstellers CAF – verwendet vorgefertigtes Kartenmaterial in Verbindung mit GPS-Empfänger und Kilometerzählern und kann somit auf Balisen verzichten.[7]
Es gibt verschiedene Anordnungen der Messeinheiten in den Fahrzeugen: Eher selten wird im Wagenkasten gemessen, wo der Komfort hergestellt werden soll, diese Lösung ist träge gegenüber den Störungen, aber komfortabel. Meist wird im Drehgestell gemessen, wo die Störungen aus dem Gleisbett eingeleitet werden, diese Lösung ist flink gegenüber den Störungen. Besonders sparsam ist das Messen nur im ersten Fahrzeug, das die Störungen in den nachfolgenden Fahrzeugen nur schätzen lässt.
Folgen für die Raumaufteilung
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.
Speisewagen im X2000
Zweite Klasse im ETR 470
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 konstruktiven Problem, wenn das Fahrzeug zusätzlich noch in niederfluriger Bauweise ausgeführt werden soll.
Neigetechnik und Traktionskonzept
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 FS ETR 470
- 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 ICE T und 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 (PZB) die Geschwindigkeitsüberwachung Neigetechnik (GNT) 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 Kurvengeschwindigkeiten zu höherem Abrieb an Gleis und Radkranz. Um die Neigetechnik mit sanftem Wechsel der Neigung nutzen zu können, müssen Kurven Übergangsbögen 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.
Im europäischen Zugbeeinflussungssystem ETCS sind folgende Zugreihen für Neigezüge vorgesehen[8]:
| Bezeichnung | Zugtyp | Überhöhungsfehlbetrag |
|---|---|---|
| TILT 1 | Neigezug | 165 mm |
| TILT 2 | Neigezug | 180 mm |
| TILT 3 | Neigezug | 210 mm |
| TILT 4 | Neigezug | 225 mm |
| TILT 5 | Neigezug | 245 mm |
| TILT 6 | Neigezug | 275 mm |
| TILT 7 | Neigezug | 300 mm |
Wirtschaftlichkeit
Die Nutzung von Neigetechnik führt zu höheren Beschaffungs- und Instandhaltungskosten von Fahrzeugen, höheren Anforderungen an die Instandhaltung der Infrastruktur, Kosten für punktuelle Veränderungen an der Infrastruktur (Radien, Überhöhungen, Einschaltstrecken von Bahnübergängen u. a.) sowie die notwendige sicherungstechnische Ausrüstung (z. B. GNT). Die Kosten für notwendige Anpassungen an der Strecke werden von der Deutschen Bahn grob mit unter 100.000 Euro je Streckenkilometer angegeben.[9]
Laut Angaben der Deutschen Bahn von 2007 lässt sich aufgrund der Begrenzung der Achslast von Neigetechnikzügen auf 16 t keine höhere Belastung der Infrastruktur durch Neigetechnikeinsatz feststellen. An zusätzlichen Instandhaltungsaufwendungen fielen Kosten für die jährliche Überprüfung der Balisen sowie durch das frühere Erreichen von Grenzwerten bedingte Kosten an.[9]
Vergleich mit nicht ausgebauter Strecke
Die zulässige Geschwindigkeit in Bögen kann durch Neigetechnik, ausgehend von einer konventionellen Geschwindigkeit bis 120 km/h, um bis zu 40 km/h gesteigert werden; unter sehr günstigen Bedingungen können Fahrzeiteinsparungen von bis zu 20 Prozent erreicht werden, in vielen Fällen allerdings nur bis zu etwa 10 Prozent.[9] 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. Benötigt ein Fahrzeug etwa auf einer Linie mit Stundentakt 35 Minuten für eine Strecke, so ist ein zweites Fahrzeug notwendig, um den Stundentakt zu erhalten. Zusätzlich haben beide Fahrzeuge an den Endbahnhöfen 25 Minuten Wendezeit. Wird durch Neigetechnik diese Strecke um 10 Minuten beschleunigt, so kann ein einziges Fahrzeug auf dieser Linie einen Stundentakt gewährleisten und hat dabei lediglich eine Wendezeit von 5 Minuten an den Endbahnhöfen.
- Wenn vor Kurven weniger abgebremst und hinterher wieder beschleunigt werden muss, wird Energie gespart und Verschleiß gemindert.
- Viele Reisende nehmen schnellere Verbindungen als attraktiver wahr, sowohl die Zahl der Kunden als auch deren Zahlungsbereitschaft kann steigen.
Diese Vorteile kommen nur zum Tragen, wenn die Beschleunigung auch wirklich genutzt werden kann und nicht zu längeren Stillstand- und Umsteigezeiten führt. Einsparungen von Fahrzeugen durch kürzere Wendezeiten sind oft problematisch, da Verspätungen teilweise in nachfolgende Fahrten übernommen werden müssen und bei besonders knappen Wendezeiten bis zum Betriebsschluss nicht wieder aufgeholt werden können. Dadurch kann die allgemeine Pünktlichkeit sinken und damit auch die Attraktivität bei den Fahrgästen.
Den Vorteilen stehen außerdem 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. Zudem ist in bebauten Gebieten eine Neutrassierung meist nicht möglich. Der Einsparung an Baukosten stehen generell die höheren Beschaffungs- und Wartungskosten für die Wagen gegenüber. Zudem sind Neutrassierungen einmalige Kosten (die Erfahrung zeigt, dass Bahnstrecken aus dem 19. Jahrhundert noch heute genutzt werden), wohingegen die Anschaffung rollenden Materials wiederkehrende Kosten sind.
Vergleich mit Elektrifizierung
Grundsätzlich können Elektrifizierung und Ausbau für Neigetechnik unabhängig voneinander ausgeführt werden. Teilweise limitiert jedoch das Lichtraumprofil derartige Ausbauten. Elektrische Züge haben im Vergleich zu dieselbetriebenen Zügen unter sonst gleichen Bedingungen bessere Beschleunigung, was vor allem auf Strecken mit häufigem Halt (z. B. S-Bahn) von Vorteil ist. Darüber hinaus sinken die Treibstoffkosten zum Teil erheblich. In Deutschland sind elektrische Triebwagen selten für Neigetechnik ausgestattet, aber international gibt es derartige Modelle zum Teil seit Jahren im Einsatz. Problematisch ist vor allem der Stromabnehmer, der für Neigetechnik beweglich sein muss.
Beispiele
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 AG auf den Verbindungen Schweiz – Italien
- RABDe 500 („ICN“) der SBB (Schweiz)
- Talgo ab der Generation Talgo pendular (Spanien)
- Alaris (Spanien)
- Baureihe 680 der ČD (Tschechien)
- Alfa Pendular (Portugal)
Nahverkehr
- Dieseltriebwagen Baureihe 610, Baureihe 611 und Baureihe 612 der DB
Geschichte
Franz Kruckenberg meldete 1928 ein aktives hydraulisches Neigesystem mit selbsttätiger Regelung zum Patent an[10]. Die passive Neigetechnik wurde in diesem Dokument bereits als Stand der Technik vorausgesetzt.
1941 erschienen drei „Pendulum Coaches“ mit passiver Neigetechnik bei drei US-amerikanischen Bahnen (Santa Fe, Burlington und Great Northern). Der Wagenkasten war etwa auf Höhe Fensterunterkante auf den Drehgestellen gelagert und konnte so in den Kurven ausschwingen, allerdings ohne Dämpfung[11]. Die Wagen liefen bis in die 60er Jahre, planmäßige Einsätze sind bei Burlington in den 50er Jahren fotografisch belegt[12].
Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden unter anderem in Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Italien, Schweden und Spanien Versuche mit Neigetechnikfahrzeugen aufgenommen.[9] Ein früher Prototyp wurde in den fünfziger Jahren in Frankreich realisiert.
Italien
Den Durchbruch zu einer funktionsfähigen aktiv-hydraulischen Neigetechnik schaffte Fiat Ferroviaria mit dem Prototyp Y 0160, der 1971 gebaut und bis 1975 getestet wurde. Mit den gewonnenen Erfahrungen baute FIAT 1975 den ETR 401. Erste Serienzüge mit der neuen Technik (ETR 450) wurden trotz hoher Zuverlässigkeit des Versuchsträgers erst 1984 bestellt. Regelmäßig eingesetzt werden sie seit 1988.
Großbritannien
Ende der 1960er Jahre begannen die Ingenieure bei der British Rail Research Division mit der Entwicklung des Advanced Passenger Trains, der auch über eine neuartige aktive Neigetechnik verfügte. Zur Übermittlung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit bei aktiviertem bogenschnellem Fahren kam das balisengestützte Überwachungssystem C-APT zum Einsatz.[13]
Heute ist die West Coast Main Line mit dem auf Eurobalisen basierenden System TASS ausgerüstet, das bogenschnelles Fahren ermöglicht. Fahrzeugseitig ist das System in der Class 221 und der Class 390 installiert.
Spanien
Während bei der aktiven Neigetechnik von der Serienreife bis zum Serieneinsatz lange Jahre vergingen, begann der kommerzielle Einsatz von passiver Neigetechnik 1980 mit den spanischen Talgo-Pendular-Zügen.[9]
Seit 1997 ist auch die aktive Neigetechnik in den RENFE-Serie 594 im Einsatz.
Frankreich
In Frankreich und in 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 SJ X2 erstmals kommerziell eingesetzt.
Deutschland
Ab 1965 in Deutschland durchgeführte Versuche mit einer aktiven pneumatischen Steuerung auf Basis der Luftfederung scheiterten an noch nicht ausgereifter Regelungstechnik.[9] 1968 wurde ein deutscher Dieseltriebwagen mit Neigetechnik zwischen Ingolstadt und Treuchtlingen erprobt.[14]
In Deutschland bewährten sich die ersten für den kommerziellen Einsatz gebauten Triebwagenbaureihen mit Neigetechnik aus deutscher Entwicklung nicht. Dies waren 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 Lösung war nicht hinreichend standfest, 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 erhielt versuchsweise ebenfalls eine gleisbogenabhängige Neigetechnik. Der Wagenkasten konnte in Kurven um bis zu vier Grad geneigt werden; aufgrund fest am Dach montierter Stromabnehmer war nur eine Neigung von maximal zwei Grad praktikabel. Da zudem die Wankachse zu niedrig lag, litt jedoch der Fahrkomfort erheblich, weshalb die Neigetechnik im Regelbetrieb vollständig deaktiviert wurde.
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. 1988 erfolgte unter anderem am 11. April eine Testfahrt mit Bundesverkehrsminister Jürgen Warnke und Bayerns Verkehrsminister Anton Jaumann.[15] 1989 folgten mehrere Mess- und Demonstrationsfahrten mit dem spanischen Talgo Pendular.[16]
Ende 1989 erfolgte eine Präsentationsfahrt des italienischen Pendolino-Prototyps von Kaiserslautern über Neustadt nach Wörth. In der Folge wurde zwischen Bundesbahn und Land über die Finanzierung von bis zu 25 Fahrzeugen für den Einsatz im Saarland ab 1991 gesprochen.[14]
Erste Überlegungen, Neigetechnik im deutschen Fernverkehr einzusetzen, stellte die damalige Bundesbahn ab 1988 an.[17] Der erste deutsche Neitech-Zug Baureihe 610 verkehrte 1992 zwischen Nürnberg und Hof.
Nach dem Erfolg der Baureihe 610 wurden zwischen 1997 und 2003 über zweihundert Züge der Baureihen 611 und 612 beschafft, welche im schnellen Regionalverkehr in Baden-Württemberg, Bayern, Niedersachsen (Harzregion), Rheinland-Pfalz, Sachsen, Sachsen-Anhalt (Harzregion) und Thüringen zum Einsatz kamen. Diese Diesel-Triebzüge wurden jedoch in den 2010er Jahren aufgrund von Elektrifizierungsprogrammen (Beispiel Dresden–Hof) und Neuausschreibungen (Beispiel Halle–Goslar–Hannover) von etlichen Einsatzstrecken verdrängt. Die Neigetechnik erwies sich zudem insbesondere im Winter durch Vereisung als störanfällig und die Fahrzeuge waren aufgrund der Wagenkastenneigung nicht barrierefrei. In den Jahren 2018 sowie 2019 wurden alle Fahrzeuge der Baureihe 611 ausgemustert und die Fahrzeuge der Baureihe 612 nur noch auf einigen kurvenreichen Gebirgsstrecken im Allgäu sowie zwischen Nürnberg und Hof und auf nicht elektrifizierten Hauptstrecken in Thüringen eingesetzt. In Niedersachsen, Sachsen-Anhalt, Sachsen und Rheinland-Pfalz wurde der Betrieb komplett eingestellt und die übrig gebliebenen Fahrzeuge teils dem Stillstandsmanagement übergeben, teils für den Einsatz in Baden-Württemberg einem Redesign unterzogen.
Im Fernverkehr wurden erstmals im Jahr 1999 ICE-Züge mit aktiver Neigetechnik zwischen Stuttgart und Singen, später zwischen Stuttgart und Zürich eingesetzt. Weitere Einsatzgebiete der bis 2005 insgesamt 70 beschafften elektrischen Triebzüge waren München–Nürnberg–Jena–Leipzig–Berlin, Wiesbaden–Frankfurt–Leipzig–Dresden sowie Dortmund–Frankfurt–Nürnberg–Passau–Wien. Bis ins Jahr 2008 liefen die Züge weitgehend zuverlässig. Im Oktober 2008 wurde bei einem Triebzug der zweiten Serie ein Riss an einem Radsatz entdeckt, was zur vorübergehenden Stilllegung der gesamten Fahrzeugflotte führte. Bis zur Neuentwicklung neuer Achsen durfte die aktive Neigetechnik im bogenschnellen Betrieb, aufgrund der erhöhten Belastung der Achsen, nicht mehr eingesetzt werden. Erst im Jahr 2018, 10 Jahre nach der Stilllegung, wurde die Neigetechnik auf der Strecke Nürnberg–Passau zur Fahrzeitverkürzung wieder freigegeben.
Laut Angaben der Bundesregierung von 2019 sollen im Fernverkehr in Deutschland zukünftig keine Fahrzeuge mit Neigetechnik mehr beschafft werden, da die Technologie nicht zukunftsfähig und die Zahl der entsprechenden Fahrzeughersteller rückläufig sei.[18][6] Die Bayerische Eisenbahngesellschaft beabsichtigt dagegen, langfristig neue Neigetechnik-Triebzüge einzusetzen.[19]
Schweiz
Vier verschiedene Zugtypen sind bzw. waren in der Schweiz mit Neigetechnik unterwegs.
Erste Neigetechnikzüge waren die ETR 470, die von Mailand aus über den Lötschberg oder Gotthard in die Schweiz kamen. Diese fuhren teilweise bis nach Stuttgart. Sie fuhren von 1996 bis Ende 2009 im Auftrag von Cisalpino. Seitdem fahren sie im Auftrag der FS und SBB.
Seit dem Jahre 1999 verfügen die SBB mit dem InterCity-Neigezug (ICN) über eigene Neigezüge, wobei bislang 44 Zuggarnituren der Gattung SBB RABDe 500 mit jeweils 477 Sitzplätzen in Verkehr gesetzt wurden. Beim RABDe 500 handelt es sich um einen elektrischen Triebzug mit aktiver gleisbogengesteuerter Neigetechnik, der im Personenfernverkehr auf den folgenden Strecken eingesetzt wird:
- St. Gallen – Zürich HB – Biel/Bienne – Lausanne/Genf
- Basel SBB – Delsberg – Biel/Bienne – Neuenburg – Lausanne/Genf
- Basel SBB/Zürich HB – Luzern – Bellinzona – Lugano – Chiasso
- Basel SBB/Zürich HB – Sargans – Chur
Zwischen Stuttgart und Zürich verkehrte von 2001 bis 2010 der ICE T der DB AG mit Neigetechnik.
Seit 2009 wird mit dem ETR 610 ein weiterer Zug mit Neigetechnik in der Schweiz eingesetzt.
Ab 2018 sollen die Doppelstocktriebwagen Bombardier Twindexx Swiss Express mit Wank-Kompensation zur Fahrzeitbeschleunigung eingesetzt werden.
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 geplant, die kurvenreiche Strecke Passau–Wels für Neigetechnik zu ertüchtigen und danach die Fahrzeit zwischen Frankfurt und Wien entsprechend zu senken.
Japan
Der Shinkansen-Prototyp Alfa-X, der ab 2019 einem dreijährigen Testprogramm unterzogen wird, soll eine aktive Wagenkastenneigung von bis zu zwei Grad erhalten.[20]
Anwendungen bei Nicht-Schienenfahrzeugen
Auch bei Straßenfahrzeugen wurde schon die Neigetechnik angewandt. So verfügt der Kabinenroller Carver über eine entsprechende Fähigkeit. Der Automobilhersteller Mercedes-Benz stellte 1997 das dreirädrige Versuchsfahrzeug F 300 Life-Jet vor, welches aktive Neigetechnik anwendete. 1998 stellte Mercedes mit dem F 400 Carving Concept ein vierrädriges Auto vor, dessen Radsturz sich kurvenabhängig verändert. Im Oktober 2001 folgte die Studie F 400.[21]
2009 präsentierte Nissan auf der Tokyo Motor Show die Studie eines Stadtautos mit Neigetechnik.[22]
Audi stellte 2011 im Rahmen seines Forschungsprojekts „Autonomes Fahren“ einen umgebauten Audi-A5-Prototypen vor. Dieser erfasst Kurven mittels einer Kamera und neigt daraufhin entsprechend das Fahrzeug, um die Fliehkraft auszugleichen. So soll Reisekrankheit vermieden werden[23].
Das 2014 erschienene S-Klasse-Coupé von Mercedes-Benz hat – erstmals serienmäßig in einem Auto – ein Fahrwerk mit Neigetechnik.
Fahrzeuge mit verstellbaren Stoßdämpfern, sogenannte Lowrider, könnten theoretisch ebenso so umgebaut werden, dass sie Neigetechnik nutzen können.
Neben diesen motorisierten Fahrzeugen existieren verschiedene Modelle von muskelbetriebenen Liegedreirädern, die einen vom Fahrer verstellbaren Radsturz haben.
2012 wurde von einem Berliner Ingenieurbüro mit dem Veleon ein neues neigefähiges (Lasten-)Dreirad präsentiert. Die Neigetechnik funktioniert mit einer Doppelquerlenkerachse, welche in einem zentralen Vorbau eingebunden ist. Die beiden Vorderräder sind mit Achsschenkeln an den Querlenkerpaaren angebunden. Eine Neigebegrenzung begrenzt den möglichen Neigungswinkel auf 30°. Damit die Lenkwinkel der Vorderräder auch bei voller Neigung korrekt zueinander stehen können, wurde statt eines üblichen Lenkgestänges eine Seillenkung entwickelt. Der Neigewinkel wird durch die Gewichtsverlagerung des Fahrers bestimmt. Dadurch ähnelt das Fahrverhalten des Veleon sehr stark dem von normalen Fahrrädern.
An den Laufrädern einspuriger Zweiräder tritt am Radaufstandspunkt eine Belastung weitgehend in Richtung des Radradius auf – etwa innerhalb des Winkels der abgehenden Speichen. Kurvenbeschleunigungskräfte werden durch Neigen erzeugt. Nur ab seitlichem Wegrutschen des geneigten Rads und dem Wieder-Fangen, also dem Wieder-Erreichen der seitlichen Haftung treten große Querkräfte auf, die von der Fahrbahn in Laufradachsenrichtung auf Reifen und Felge wirken. Beim mehrspurigen Rad, etwa dreirädrigem Einkaufs- oder Lastenrad, dem Sociable oder Dicyclet, verhält es sich anders: Kurvenkräfte wirken auf Räder am Aufstandspunkt genau quer, also parallel zur Radachse. Erst durch aufwendige Neigetechnik kann diese die Speichen und Felgen sehr belastende Kraft reduziert werden. Gleiches gilt für den aufrecht sitzenden Fahrer, der sich nur mit einem Teil des Oberkörpers „in die Kurve legen“ kann und auf einem waagrechten Sattel von der Fliehkraft nach außen gezogen wird. Mit einem etwas artistischen Trick lässt sich ein vorne gelenktes und vorne zweispuriges Dreirad in der Kurve aufstellen, also als Gesamtfahrzeug in die Kurve neigen; dazu wird mit einem kräftigen Schlenkerer nach rechts gelenkt, dann mit einem Schubser (Impuls) an Lenker (und Sattel) das Rad oben nach links gedrückt und so das Rad soweit zum Kippen nach links gebracht, dass der Gesamtschwerpunkt über der Linie linkes Vorderrad–Hinterrad liegt. In dieser Lage lassen sich auf diesen zwei Laufrädern auch schnellere Linkskurven fahren; der Fahrer erfährt durch den geneigten Sattel und die besser passende Ausrichtung der Achse Sattel-Pedale einen Komfortgewinn (nur) in dieser Kurvenrichtung, auch die Räder erfahren (radbezogen) weniger Querkräfte. Dafür treten bei Geradeausfahrt hohe Querkräfte auf, weshalb man dabei gerne wieder das Fahrzeug in die Waagrechte kippt.
Literatur
- Karl-Heinz Linke, Hubert Kügler, Reinhard Immisch: Pro und Contra Neigetechnik / Über 25 Jahre Erfahrungen mit der Neigetechnik im Streckennetz der Deutschen Bahn. In: Verkehrsgeschichtliche Blätter, 46. Jg., Heft 4 (Juli/August 2019), S. 89–98.
- Rolf Syrigos: Zur Zukunft der Neigetechnik. Wachsende Abneigung. In: eisenbahn magazin. Nr. 5/2010. Alba Publikation, Mai 2010, ISSN 0342-1902, S. 16–18 (mit einer Chronologie unter der Überschrift „Pannen-Statistik“).
Weblinks
- Grundsätze der Trassierung: Neigetechnik (von der TU Wien)
- Informationen über Neigetechnik (mit Bildern)
- Berechnung der maximalen Zuggeschwindigkeit mit Neigetechnik (Memento vom 15. September 2012 im Internet Archive) 2001, Railway Safety, Großbritannien, (Englisch)
Einzelnachweise
- Gemeint ist hier die Zentripetalbeschleunigung ohne den Anteil der Erdbeschleunigung aus der Überhöhung des Gleises.
- Current Biology 11/2001 (24. Juli 2001), Seiten R549-50
- Influence of different conditions for tilt compensation on symptoms of motion sickness in tilting trains. In: Brain Research Bulletin 47/1998, S. 525–535
- J. Förstberg et al. In: Brain Research Bulletin 47/1998, S. 525–535
- Swedish National Road and Transport Research Institute (Hrsg.): Motion-related comfort in tilting trains: Human responses and motion environments in a train experiment (SJ X 2000). Verlag, Linköping 2000, ISSN 0347-6030 (Statens Väg- och Transportforskningsinstitut: VTI rapport), S. 32.
- Neigetechnik in Deutschland in der Sackgasse. In: Eisenbahn-Revue International. Nr. 8, August 2019, ISSN 1421-2811, S. 438 f.
- Tilting TRDs arrive - Railway Gazette
- ERTMS OPERATIONAL PRINCIPLES AND RULES
- Reinhard Immisch, Karl-Heinz Linke, Hubert Kügler: Pro und Contra Neigetechnik. In: Der Eisenbahningenieur. November 2007, ISSN 0013-2810, S. 10–17.
- Patentanmeldung DE000000609415A: Standschnellbahnfahrzeug mit quer schwenkbar auf dem Laufwerk ruhendem Wagenkoerper Angemeldet am 9. September 1928, veröffentlicht am 14. Februar 1935, Anmelder: DIPL.-ING. FRANZ KRUCKENBERG, ; DIPL.-ING. CURT STEDEFELD (online auf depatisnet.com)
- Empire Builder Hill’s Grandson Builds a Jounceless Railroad Car In: Life magazine, 20. Mai 1940, (PDF-Datei auf der Website Streamliner Memories)
- Karl Zimmermann: Burlington’s Zephyrs, MBI, St. Paul 2004, ISBN 0-7603-1856-5, Seite 139
- R G Latham: Driver Aid System (C-APT). 1999, abgerufen am 8. Januar 2017 (englisch).
- Meldung Mit dem „Pendolino“ schneller und komfortabler durch die Pfalz. In: Die Bundesbahn. Nr. 12, 1989, S. 1115
- Meldung Schneller in die Kurve. In: Die Bundesbahn. 1988, Nr. 9, S. 474 f.
- Bildunterschrift. In: Eisenbahn-Kurier, Nr. 196, 1, 1989, ISSN 0170-5288, S. 9.
- Jahresrückblick 1988. In: Die Bundesbahn 1/1989, S. 64
- Deutscher Bundestag (Hrsg.): Antwort der Bundesregierung auf die Kleine Anfrage der Abgeordneten Matthias Gastel, Stefan Gelbhaar, Stephan Kühn (Dresden), weiterer Abgeordneter und der Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN – Drucksache 19/8818. Künftige Einsatzbereiche von Schienenfahrzeugen mit gleisbogenabhängiger Wagenkastensteuerung – Zukunft der „Neigetechnik“ in Deutschland. Band 19, Nr. 9802, 29. April 2019, ISSN 0722-8333. BT-Drs. 19/9802
- Dialog zum künftigen SPNV-Angebot. In: beg.bahnland-bayern.de. Bayerische Eisenbahngesellschaft, 18. Dezember 2019, abgerufen am 29. Dezember 2019.
- Fumio Kurosaki: Alfa-X starts three-year test programme. In: Railway Gazette International. Band 175, Nr. 7, 2019, ISSN 0373-5346, S. 30–32.
- Nachrichten - BerlinOnline.de
- Tokyo Motor Show: Nissan präsentiert Stadtauto mit Neigetechnik (Memento vom 18. Oktober 2009 im Internet Archive)
- RP online: „Querkraftfreies Fahren mit Audi“ (Memento vom 17. März 2011 im Internet Archive)