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Am 16. November 2023 fand im Verkehrshaus der Schweiz in Luzern die 12. IHRUS-Fachtagung statt. Die vom Verein IHRUS durchgeführte Tagung «Bessere Technik durch neue Rahmenbedingungen» war der Wirkung von verschleissabhängigen Trassenpreisen gewidmet.

An der von rund 180 Teilnehmenden besuchten gehaltvollen Veranstaltung diskutierten Fachleute von Eisenbahnverkehrs- und Infrastrukturunternehmen mit Vertretern von Industrie und der Fachpresse, wie und mit welchen technischen und organisatorischen Mitteln sich der Verschleiss des Rollmaterials und des Gleisoberbaus reduzieren lässt.

Gerne fassen wir in diesem Bericht nach einer kurzen Vorstellung von IHRUS den Inhalt der spannenden Vorträge und Präsentationen zusammen. Die Darstellungen wurden mit dem besten Dank dem Internet oder den Präsentationen entnommen.

IHRUS

Unter dem Kürzel IHRUS – es steht für «Instandhaltung Rad und Schiene» – besteht seit einigen Jahren ein nicht kommerziell ausgerichteter Verein von Fachleuten aus der Eisenbahnbranche. 

IHRUS vereinigt Fachkompetenz, Engagement und Idealismus und verfolgt gemäss der Website des Vereins folgende Ziele:

• Sicherstellen eines branchen- und unternehmensübergreifenden Austausches zwischen Fachleuten von Eisenbahnunternehmen, Behörden, Verbänden, Forschung und Industrie.
• Offener Austausch zwischen Praktikern und Entscheidungsträgern im Hinblick auf die Erarbeitung von praxistauglichen und innovativen Lösungsansätzen.
• Optimierung von Lebenszyklen im Verkehrssystem Eisenbahn.
• Ausbau und Verstärkung der Kompetenz bei der Instandhaltung von Fahrzeugen und der Infrastruktur.
• Schaffung von Kernkompetenzen im Hinblick auf die Trennung von Infrastruktur und Verkehr.

An den Fachtagungen führt IHRUS Fachvorträge durch und fördert den Austausch unter den Mitgliedern. Seit der Gründung hat sich IHRUS zu einer wirkungsmächtigen und allgemein anerkannten Plattform entwickelt. Durch Kompetenz und Sachlichkeit hat IHRUS wirkungsvoll auf die Wechselwirkung zwischen Schiene und Rad hingewiesen und das Problemverständnis für eine bessere Abstimmung gefördert.

Fachvorträge der IHRUS-Fachtagung 2023

Die Teilnehmenden an der 12. IHRUS-Fachtagung kamen in den Genuss von acht spannenden Fachvorträgen. Längere Pausen zwischen jeweils zwei Vorträgen boten die Möglichkeit zum Austausch mit den Referentinnen und Referenten. Die Unterlagen der Präsentationen, über die wir anschliessend kurz berichten, stehen über die Website von IHRUS zur Verfügung.

1.  Systemführerschaft Interaktion Fahrzeug/Fahrweg Meterspur

In Vertretung von Gilbert Zimmermann von der RhB hält Gerhard Züger (Leiter Produktion und Rollmaterial der Zentralbahn) das einführende Referat. Züger führt aus, dass das Bundesamt für Verkehr (BAV) die Systemführerschaft für die Abklärungen der Interaktion zwischen Fahrzeug und Schiene RAILplus übertragen hat. RAILplus hat als Grundlage ein 400-seitigen Dokument über die bisher gewonnenen Erkenntnisse erstellt. Dieses Dokument wird im nächsten Jahr durch eine VöV-Arbeitsgruppe in eine RTE überführt.

Das BAV unterstützt die von 2022 bis 2026 laufende Untersuchung mit einem Beitrag von rund CHF 20 Millionen. Die Abklärungen erfolgen in acht Teilprojekten. Mitberücksichtigt werden auch die Erkenntnisse der unter der Systemführerschaft der SBB erfolgten Abklärungen im Arbeitskreis «Allianz Fahrweg» für die normalspurigen Bahnen.

Die bisherigen Untersuchungen zeigen, dass der stark angestiegene Verschleiss beim Fahrweg und beim Rollmaterial bei Bahnen mit engen Bogenradien unter 250 Metern und bei Fahrzeugen mit erhöhten Achslasten auftritt. Das gilt sowohl bei angetriebenen als auch bei nicht angetriebenen Achsen. Auch die stärkere Motorisierung und die höheren Geschwindigkeiten führen zu einem erhöhten Verschleiss.

Die Reduktion des Verschleisses erfordert ein abgestimmtes Vorgehen, da sich Fahrweg und Fahrzeug während dem gesamten Lebenszyklus gegenseitig stark beeinflussen. Bei dieser fortlaufenden Abstimmung der Massnahmen (Konzeption, Beschaffung, Betrieb, Unterhalt) wird die Methode des Life-Cycle-Managements (LCM) angewendet.

Die heutigen Fahrwerke bei den Meterspurbahnen sind abgesehen von einer einzigen Ausnahme mit einer steifen Radsatzführung ausgestattet. Auch die Werkstoffbeanspruchung der heute verwendeten Stähle von Rad und Schiene hat die Belastungsgrenze erreicht und erfordert neue Legierungen. Angestrebt wäre für Meterspurbahnen eine gemeinsame Fahrwerkplattform mit radial einstellbaren Achsen. Auch die Berührgeometrie zwischen Rad und Schiene sowie die Schmierung der Innenseite der Schienen in Bögen haben ein grosses Potential zur Reduktion des Verschleisses. Die Spurweite von 1’000 Millimetern sollte auf keinen Fall unterschritten werden. Auf geraden und mit höheren Geschwindigkeiten befahrenen Strecken empfiehlt sich eine Spurweite zwischen 1’002 und 1’004 Millimetern.

Gilbert Zimmermann von der RhB postuliert in seinen Unterlagen bei den Meterspurbahnen ein Kompetenzzentrum Rad/Schiene, das die Abklärungen weiterführt und den Informationsaustausch unter den Bahnen sicherstellt.

2.  Möglichkeiten optimierter Fahrwerkkonstruktionen im Normal- und Meterspurbereich für eine Reduktion der Rad- und Gleisbelastung

Bruno Meier, Leiter Produktentwicklung Fahrwerke bei Stadler Rail AG, und Roman Assfalg, Teamleiter Fahrwerke für Schmalspur-, Zahnrad- und Spezialfahrzeuge bei Stadler Rail AG, dokumentieren in ihrer Präsentation, dass Stadler auf die Anforderungen der Eisenbahnen reagiert – und zwar sowohl im Meterspurbereich als auch bei der Normalspur.

Die Massnahmen von Stadler werden anhand der Fahrwerke beim Flirt erläutert. So wurde der Drehgestellrahmen seit dem ersten Flirt neu konzipiert. Das Gewicht des heute verwendeten verkürzten und offenen Rahmens wurde um 16 Prozent reduziert. Noch drastischer ist die Gewichtsreduktion des heute teilweise abgefederten Antriebs der Flirt von 4’000 Kilogramm auf 2’670 Kilogramm. Auch die Vergrösserung der Hohlbohrung in der Radsatzwelle auf 90 mm reduziert das Gewicht der Achse um 100 Kilogramm. Verbesserungen wurden auch bei der Schnittstelle zwischen dem Achslager und dem Drehgestell durch neu konzipierte Achslenkerlager erreicht. Bei Strecken mit engen Radien, so Roman Assfalg, lässt sich der Verschleiss durch radial einstellbare Achsen substantiell reduzieren. Die im Vergleich zur Normalspur kleineren Fahrwerke erschweren verschleissmindernde Massnahmen bei Meterspurbahnen. Zudem werden Fahrzeuge für Meterspurbahnen im Vergleich zu denjenigen bei der Normalspur in kleineren Stückzahlen bestellt, was die Kosten für verschleissmindernde Massnahmen pro Fahrzeug verteuert.

Trotz diesen Optimierungen am Fahrwerk braucht eine gute Radialeinstellung immer auch eine geeignete Profilpaarung zwischen Rad und Schiene. Der Verschleiss kann zudem durch gefühlvolles Fahren sowie durch eine gute Adhäsionsregelung spürbar reduziert werden.

Mit der von RAILplus entwickelten «FIMO-Formel» wurde eine in der Branche allgemein akzeptierte Regel zur Ermittlung der Korrelation zwischen dem Verschleisskoeffizienten und dem Produkt aus Radstand und Achslast entwickelt. Generell werden ein möglichst kurzer Radstand und tiefe Achslasten angestrebt. Letztere sind bei gleicher Fahrzeuggrösse nur mit mehr Achsen erreichbar.

Mit einem Überblick über Massnahmen von Stadler zur Reduktion des Verschleisses bei Normal- und Meterspurbahnen schliesst Roman Assfalg seine Ausführungen. Offensichtlich hat Stadler auf die Anliegen der Meterspurbahnen reagiert.

3.  Optimierte Fahrzeugkonstruktion bei Siemens

Martin Teichmann, Siemens Mobility, beschäftigt sich seit 35 Jahren mit der Interaktion zwischen Rad und Schiene. Seit vielen Jahren untersucht Teichmann die Wirkung von verschleissabhängigen Trassenpreise auf die Fahrzeugentwicklung. Er stellt fest, dass der Verschleiss im Trassenpreissystem der EU unzureichend berücksichtigt wird. Die Schweiz, so Teichmann, nehme in Europa eine Vorreiterrolle ein. Viele Kurven und hohe Geschwindigkeit haben einen hohen Einfluss auf den Verschleiss.

Minderkosten durch die Reduktion des Verschleisses stehen Mehrkosten bei der Fahrzeugentwicklung und -beschaffung gegenüber. Der Zielkonflikt muss durch das Konzept der Lebenszykluskosten gelöst werden. Wichtig ist auch der interne Zinssatz, mit dem die Einsparungen und die Zusatzaufwendungen auf die Gegenwart diskontiert werden.

Am Beispiel des mit dem Flirt vergleichbaren Mireo-Triebwagenzuges erläutert Teichmann die Massnahmen von Siemens zur Reduktion des Verschleisses. Die Massnahmen zielen in die gleiche Richtung wie bei Stadler, nämlich konsequenter Leichtbau, weiche Fahrwerksrahmen und möglichst kurze Radabstände. Die koordinierten Massnahmen zur Reduktion des Verschleisses haben die Anschaffungskosten pro Fahrzeug zudem um rund EUR 500’000.- gesenkt.

Auch bei den Lokomotiven, so Teichmann, wurden Fortschritte für die Verschleissreduktion erzielt. Bei den weit verbreiteten Vectron-Lokomotiven wurden aktive Drehdämpfer (ADD) eingesetzt. Während der gesamten Lebensdauer der Lokomotive lassen sich dadurch erhebliche Kosteneinsparungen realisieren. Zusammenfassend hält Teichmann fest, dass im Normalspurbereich der Nutzen von verschleissabhängigen Trassenpreisen nicht überbewertet werden darf. Massgebend seien, wie bereits ausgeführt, sei die Geometrie der Strecke (Kurven, Adhäsion, etc.) und die Fahrgeschwindigkeit.

4.  Einfluss von Trassenpreis auf die Gleis- und Weichenbelastung bei den SBB

In ihrer Präsentation informieren Claudia Kossmann, Ingo Nerlich und Oliver Schwery über die Auswirkungen des verschleissabhängigen Trassenpreissystems in der Schweiz. Zusammenfassend wird das in der Schweiz applizierte verschleissabhängige Trassenpreissystem als grosser Erfolg bezeichnet. Eine Weiterentwicklung und Verfeinerung des Systems könnten sich lohnen.

Ab 2010 ist die Anzahl der Schienenfehler substantiell gestiegen. Das führte ab 2013 zu einem massiven Anstieg des Aufwandes für die Schienenbearbeitung – seit 2020 wird dreimal mehr gepflegt, um die tiefe Fehlerquote von 2004 zu erreichen.

Eindrücklich, aber auch nachdenklich stimmend, ist die Entwicklung des Substanzerhalts für die Fahrbahn seit 2017. Die Aufwendungen für die Erneuerung und den präventiven Unterhalt haben sich gegenüber dem kurativen Unterhalt relativ zurückgebildet.

5.  Berücksichtigung der Trassenpreise bei der Beschaffung von Streckenlokomotiven

Thorsten Teigeler, verantwortlich bei SBB Cargo AG für die Beschaffung von neuen Streckenlokomotiven für den Güterverkehr, erläutert die Kriterien für die Selektion der neuen Lokomotiven. Dabei kommt den Kosten für die Trassen und die Energie eine hohe Bedeutung zu, betragen diese Kosten doch mehr als die Hälfte der Lebenszykluskosten eines Fahrzeuges aus. Der Anteil der Trassenkosten macht rund dreissig Prozent der gesamten Lebenszykluskosten aus. Diesem Sachverhalt wurde bei den bisherigen Beschaffungen kaum Beachtung geschenkt. Unterschiedliche Kosten für den Verschleiss fallen dabei deutlich ins Gewicht, wie die folgende Übersicht zeigt. Bei 120’000 Kilometer Laufleistung pro Jahr und bei 30 Betriebsjahren können unterschiedliche Kosten für den Verschleiss im Trassenpreis sehr wohl CHF 500’000.- ausmachen.

Im Zeitraum von 2027 bis 2035 besteht bei SBB Cargo AG ein Ersatzbedarf von rund 130 Streckenlokomotiven. Dabei fällt die Reduktion der Lebenszykluskosten von CHF 500’000.- pro Lokomotive sehr wohl ins Gewicht.

Problematisch fällt bei der Beschaffung ins Gewicht, dass die Schweiz gemäss Teigeler das einzige Land in Europa ist, bei dem Verschleisskomponenten im Trassenpreis berücksichtigt werden. In Europa wird nur das Gewicht der Lokomotive bei der Festlegung der Trassenpreise berücksichtigt. Die europäischen Hersteller legen deshalb geringes Gewicht auf verschleissarme Lokomotiven, sondern konzentrieren sich auf den Energieverbrauch und – wie erwähnt – auf das Gewicht der Lokomotiven.

Angesprochen auf die Möglichkeit, dass verschleissarme Lokomotiven möglicherweise nicht erhältlich sind und auf Standardprodukte ausgewichen werden muss, reagiert Teigeler mit einem resignierten Achselzucken.

6.  Berücksichtigung der Trassenpreise bei der Beschaffung von Triebfahrzeugen

Reto Wagner und Stephan Maurer, bei der BLS AG verantwortlich für die Beschaffung von Triebfahrzeugen, informieren, wie die BLS die Verschleisskomponente im Trassenpreis für Triebfahrzeuge berücksichtigen. Dieser Aspekt wurde nicht nur bei der Neubeschaffung von Triebfahrzeugen berücksichtigt, sondern auch durch die erwogene Anpassungen bei der bestehenden Fahrzeugflotte. Bei einer Restlebensdauer von zehn Jahren wurden Anpassungen an den Fahrzeugen geprüft. Bei kürzeren Restlebensdauer wurden Anpassungen ausgeschlossen.

Bei bestehenden Fahrzeugen wurden als einzige Optimierungsmöglichkeiten a) die aktive Ansteuerung der Radsätze und b) hydraulische Achslenklager in Erwägung gezogen. Bei den «Lötschbergern» führten die Abklärungen zu einem negativen Ergebnis. Bei den in den letzten Jahren bei der Firma Stadler Rail AG beschafften Mutz-Triebwagenzüge ergaben die Abklärungen hingegen ein positives Ergebnis, weshalb in den kommenden Jahren hydraulische Achslenklager eingebaut werden, und zwar im Rahmen der laufenden Revisionen. Je nach der befahrenen Strecke ergeben sich beträchtliche Einsparungen, im Durchschnitt CHF 390’000.- pro Jahr und Fahrzeug.

Bei den vor der Beschaffung stehenden Flirt-Triebwagenzügen «MIKA» floss der Verschleiss als Kriterium ein. Die Einhaltung der Zusicherungen durch den Lieferanten wird regelmässig geprüft. Dabei wird ein über den Vereinbarungen liegender Verschleiss mit Pönalen geahndet. Im Gegenzug werden bei geringerem Verschleiss Bonuszahlungen an den Lieferanten fällig. Dieses einvernehmliche Konstrukt hat den Lieferanten dazu bewogen, besonderes Augenmerk auf verschleissarme Fahrzeuge zu legen.

7.  Belastung der Strasseninfrastruktur durch den Schwerverkehr

In einem spannenden Referat stellt Cédric Vuilleumier vom Bundesamt für Strassen ASTRA nach einem Überblick über das schweizerische Nationalstrassennetz die Bestimmungen und die Prozesse bei überschweren Strassentransporten vor. Beeindruckt nehmen die Anwesenden von den komplexen und teilweise wenig systematischen Verfahren für die Genehmigung und die Durchführung von überschweren Strassentransporten Kenntnis. Dabei zeigen sich die Grenzen unserer föderalen Strukturen. Nicht nur der Schienenverkehr, sondern auch der Güterverkehr auf der Strasse ist mit komplexen Genehmigungsverfahren konfrontiert.

Anhand von Fallbeispielen erläutert Vuilleumier die geschilderten Probleme. Besonders geregelt sind Sondertransporte durch die grossen Strassentunnels durch die Alpen. Das Bundesamt für Strassen ist bestrebt, die Transparenz des Verfahrens für Antragsteller mit einem Onlineportal zu erhöhen. Immerhin ist darauf hinzuweisen, dass besonders schwere Transporte umfangreicher Vorabklärungen bedürfen und Einhaltung der Fahrroute beispielsweise auf Kunstbauten wie Brücken minutiös festzulegen und einzuhalten ist. Durchschnittlich erfolgen schweizweit pro Werktag zwischen 120 bis 150 Sondertransporte.

8.  Rollmaterial Instandhaltung von Übermorgen

Dr. Joël Luc Cachelin, Zukunftsforscher bei wissensfabrik.ch, und Frieder Tallafuss von PROSE, skizzieren Szenarien für die zukünftige Entwicklung der Instandhaltung von Rollmaterial. Mehrere Faktoren wie Standardisierung des Rollmaterials, Fachkräftemangel und komplexere Fahrzeuge könnten den Prozess der Instandhaltung tiefgreifend und wie folgt verändern:

• Trennung von Betrieb und Wartung, unter anderem durch die Shared Economy.
• Vereinheitlichung und Standardisierung der Fahrzeugflotten.
• Nutzung des Potentials für Effizienzsteigerungen bei der Wartung und beim Unterhalt.
• Optimierung bzw. Reduktion der Standzeiten von Fahrzeugen.
• Dezentralisation von Wartung und Unterhalt.
• Sich selbst überwachende und Störungen unmittelbar kommunizierende Fahrzeuge, welche im Anschluss auch den notwendigen Reparaturbedarf automatisch anfordern.

Voraussetzungen für diese Veränderung ist ein verstärkter Einsatz von IT-Instrumenten und die Entstehung von adäquaten Servicefirmen. Effiziente Prozesse bei der Wartung und beim Unterhalt sind zudem auch kostengünstiger und ökologisch nachhaltiger.

Zusammenfassung und Abschluss

Gerhard Züger fasst abschliessend den Verlauf und die Ergebnisse der interessanten Fachtagung kurz zusammen. Die diskutierten Probleme sind komplex. Zwischen der Normalspur und der Schmalspur bestehen in verschiedener Hinsicht beträchtliche Unterschiede. Die Erfahrungen lassen sich nicht ohne weiteres übertragen.

Bei der weiteren Entwicklung sind auch die Trends in der EU zu berücksichtigen. Wie auf anderen Gebieten unterliegen Massnahmen für Verbesserungen bei der Wechselwirkung zwischen Schiene und Rad wirtschaftlichen Sachzwängen – angezeigt ist nur, was sich wirtschaftlich lohnt. Und nicht nur die Eisenbahnindustrie, sondern auch der Strassenverkehr ist mit verworrenen Prozessen konfrontiert.

Die nächste Tagung findet am 14. November 2024 wiederum im Verkehrshaus der Schweiz in Luzern statt.