FACHHOCHSCHULE BRAUNSCHWEIG / WOLFENBÜTTEL. Karl Scharfenberg Fakultät Salzgitter Verkehr Sport Tourismus Medien. Diplomarbeit

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1 FACHHOCHSCHULE BRAUNSCHWEIG / WOLFENBÜTTEL Karl Scharfenberg Fakultät Salzgitter Verkehr Sport Tourismus Medien Diplomarbeit Leistungsfähigkeitsuntersuchung an der öffentlichen Eisenbahninfrastruktur der Verkehrsbetriebe Peine-Salzgitter GmbH Eingereicht bei: Prof. Dr.-Ing. Wolf-Rüdiger Runge Dipl. Wirtsch. Ing. (FH) Uwe Harder Eingereicht von: Jens Hildmann Nebelflucht Salzgitter Matr.-Nr.: Abgabedatum:

2 Vorwort Vorwort Ein funktionierendes Eisenbahnsystem setzt eine Gestaltung der Infrastruktur voraus, die den Anforderungen des Betriebsprogramms gewachsen ist. So stellt sich auch für ein Unternehmen wie der Verkehrsbetriebe Peine-Salzgitter GmbH (VPS) stets die Frage nach der richtigen Bemessung der Gleisanlagen, bei der allerdings ein Interessenskonflikt besteht: Der Kunde erwartet eine preiswerte, zuverlässige und flexible Realisierung der Transportdienstleistung, der Unternehmer hingegen muss die Wirtschaftlichkeit im Auge behalten, denn der Bau und die Unterhaltung von Eisenbahninfrastruktur ist mit großem planerischen, zeitlichen und insbesondere finanziellen Aufwand verbunden. Gerade in Zeiten steigenden Wettbewerbs sei es intra- oder intermodal gewinnt diese Fragestellung stetig an Bedeutung. Um hier eine fundierte Antwort geben zu können, wird im Rahmen dieser Arbeit mit Hilfe von EDV-Tools überprüft, wie die öffentliche Eisenbahninfrastruktur der VPS momentan bemessen ist. Dabei werden nicht nur eventuelle Schwachpunkte aufgezeigt, sondern auch versucht, anhand unterstellter Szenarien eine Aussage für die Zukunft zu treffen. Für die Betreuung während der Entstehungszeit dieser vorliegenden Arbeit möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr. Ing. Wolf-Rüdiger Runge von der Fakultät Karl-Scharfenberg der Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel bedanken. Weiterhin geht mein besonderer Dank an Frau Dipl. Ing. Birgit Franke und Herrn Dipl. Ing. Nils Nießen vom Verkehrswissenschaftlichen Institut Aachen für die gute Einarbeitung in die EDV-Tools und der Betreuung während der Bearbeitungszeit. Dankbar bin ich auch Herrn Dipl. Wirtsch. Ing. (FH) Uwe Harder, der als Abteilungsleiter Fernverkehre im Eisenbahnfahrbetrieb und Zweitprüfer dieser Arbeit immer ein offenes Ohr hatte, um geduldig und sachkundig alle Fragen zu beantworten. Nicht vergessen möchte ich Frau S. Eyermann, die mir in allen organisatorischen Fragen hilfreich zur Seite stand. Zu guter letzt gilt mein Dank allen Mitarbeitern der VPS, die mich und meine Arbeit akzeptiert und nach Möglichkeit unterstützt haben. Salzgitter, im September 2007

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Seite 1. Einleitung Das Unternehmen VPS Allgemeiner Überblick Eisenbahninfrastruktur Stellwerke Selbststellbetriebsanlagen Elektrisch ortsbediente Weichen Betriebsverfahren Rangierfahrten Rangierstreckenfahrten Zugfahrten Betriebsdurchführung Transportabläufe Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Grundlagen Ortsbezogene Kenngrößen Prozessbezogene Kenngrößen Leistungsbezogene Kenngrößen Qualitätsbezogene Kenngrößen Arten von Leistungsuntersuchungen Analytische Verfahren Simulationsverfahren Verfahrensauswahl Optimaler Leistungsbereich Vorstellung der verwendeten Software-Tools Programm SPURPLAN Infrastruktur Fahrwege Programm ANKE Seite 3

4 Inhaltsverzeichnis Teilfahrstraßenknoten Modellzüge Laufwege Mindestzugfolgezeiten Leistungsfähigkeitsrechnung Programm BABSI Zugfahrten Fahrplankonstruktion Simulation Simulationsstrategie Simulationsmodi Simulationsergebnisse Durchführung der Leistungsfähigkeitsuntersuchung Umfang VPS-Besonderheiten Besonderheiten bei der Anwendung von SPURPLAN Besonderheiten bei der Anwendung von ANKE und BABSI Ergebnisse des Ist-Zustands Ergebnisse Frühschicht Ergebnisse Spätschicht Szenarien Szenarien zur Verschlechterung der Betriebsqualität Szenario Höheres Transportaufkommen Szenario Keine Durchfahrmöglichkeit Werkshafen Szenarien zur Verbesserung der Betriebsqualität Szenario Einschränkung Rangierstreckenfahrten Szenario Richtungsbezogene Regelfahrwege Szenario Zweiter Blockabschnitt Gla Gegenüberstellung der Qualitätsverbesserungen Schlussfolgerungen Zusammenfassung und Ausblick Seite 4

5 Inhaltsverzeichnis 8. Anhänge Lageplan der VPS-Infrastruktur Verzeichnis der Strecken und Anschlüsse Makroskopische Ansicht der nachgebildeten VPS-Infrastruktur Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen Abbildungs- und Tabellenverzeichnis Quellen und Literaturverzeichnis Eidesstattliche Erklärung Mikroskopische Ansicht der nachgebildeten VPS-Infrastruktur* Auszählungsergebnisse der momentanen Netzbelastung* Eingangsdaten für die Modellzugcharakteristik* Detaillierte Ergebnisse der untersuchten Szenarien* Hinweis: Die mit einem Stern * gekennzeichneten Anhänge befinden sich auf einem separaten elektronischen Datenträger (CD), welcher dieser Arbeit auf der entsprechenden Seite beigelegt ist. Zum Titelbild: Das Titelbild zeigt die Ausfahrt einer VPS-Lokomotive der BR 1100 aus dem westlichen Teil des Übergabebahnhofes Beddingen der Verkehrsbetriebe Peine- Salzgitter GmbH (VPS) im August Der Bahnhof Beddingen ist Bestandteil der öffentlichen Eisenbahninfrastruktur der VPS. Seite 5

6 1. Einleitung 1. Einleitung Wie jedes andere Verkehrsmittel hat auch die Eisenbahn spezifische Systemmerkmale. Die beiden wesentlichen Charakteristika sind zum einen der geringe Rollwiderstand zwischen Rad und Schiene und zum anderen die Spurführung. Aufgrund der geringen Rollreibung zwischen Stahlrad und Stahlschiene resultiert ein niedriger Energieverbrauch, was sich günstig auf den Transport großer Massen auswirkt. Genau diese Eigenschaft hat allerdings auch den Nachteil, dass nur relativ geringe Bremskräfte von den Fahrzeugen auf den Fahrweg übertragen werden können. Der Haftreibungsbeiwert zwischen Rad und Schiene eines Eisenbahnfahrzeuges (System Stahl auf Stahl ) ist ca. acht Mal kleiner, als zwischen Rad und Straße eines Straßenfahrzeuges (System Gummi auf Asphalt/Beton ) [1]. Das hat zur Folge, dass im Eisenbahnverkehr schon bei verhältnismäßig geringen Fahrgeschwindigkeiten der Anhalteweg größer als der Sichtweg des Triebfahrzeugführers sein kann. Aus diesem Grund ist für einen sicheren Eisenbahnbetrieb eine externe Abstandshaltung notwendig. Aber auch die zweite Systemeigenschaft macht zusätzliche Sicherungstechniken notwendig. Die Spurführung bringt einen vorgegebenen Fahrweg mit infrastrukturseitigen Einrichtungen für einen Gleiswechsel mit sich. Daraus resultiert, dass bspw. Flankenfahrten auf Abzweigstellen, Gegenfahrten auf eingleisigen Strecken oder aber Entgleisungen im Bereich der unterbrochenen Spurführung verhindert werden müssen. Allen Systemmerkmalen gemein ist, dass Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Zugfahrten bestehen. Damit der Eisenbahnbetrieb aber nicht nur sicher, sondern auch wirtschaftlich abgewickelt werden kann, ist eine entsprechende Gestaltung der Gleisinfrastruktur notwendig, die den Anforderungen des Betriebsprogramms gerecht werden kann. Beispielhaft sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Verkehrsbetriebe Peine-Salzgitter GmbH im Jahr 2006 auf ihrem Gleisnetz pro Monat durchschnittlich etwa 2,7 Mio. t Güter allein im Betriebsteil Salzgitter transportierte. Dazu waren im Schnitt rund Lokstunden und der Einsatz von Güterwagen nötig [2]. Dabei stellt sich natürlich auch die Frage nach einer angemessenen Gestaltung der Seite 6

7 1. Einleitung Eisenbahnbetriebsanlagen. Während dessen es noch möglich ist, die alleinigen Bahnhofs- und Abstellgleisanlagen durch Abgleich der vorhandenen Kapazitäten mit den tatsächlichen Anforderungen ohne Software-Werkzeuge hinreichend zu überprüfen, sieht die Situation beim Zusammenspiel von freier Strecke und Bahnhofsanlage oder allgemeiner ausgedrückt von Kanten und Knoten anders aus. Bedingt durch die vielen Eingangsparameter (wie beispielsweise der Zugartenmix oder die Zugreihenfolge) bei solch einer Betrachtung, ist eine optimale betriebliche Infrastrukturplanung ohne weitere Hilfsmittel sehr schwierig. Doch bereits in der Planungsphase wird maßgeblich über die Wirtschaftlichkeit einer Bahnanlage entschieden: Eine unterdimensionierte Anlage stellt im Betrieb einen Engpass dar, erzeugt eine mangelhafte Betriebsdurchführung und verhindert unter Umständen sogar die Akquisition zusätzlicher und/oder neuer Verkehre. Andererseits ist auch eine überdimensionierte Anlage nachteilig. Sie erzeugt erhöhte laufende Kosten und Abschreibungen, denen keine oder nur geringe Einnahmen gegenüber stehen. Zur optimalen Bemessung gibt es zahlreiche eisenbahnbetriebswissenschaftliche Verfahren, die eine leistungsgerechte Dimensionierung der Anlagen erlauben. Vorausschauend können Überlastungen von Anlagen und Anlagenteilen erkannt werden, die zu Stauerscheinungen führen. Aber auch schwach ausgelastete Segmente werden aufgezeigt, dessen Nutzen/Kosten-Verhältnis kritisch hinterfragt werden muss. Erstmals in der Geschichte der VPS wird deshalb deren öffentliche Eisenbahninfrastruktur hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit mit Hilfe von EDV- Tools überprüft. Vor dem Hintergrund, dass ca. 80 % der jährlich von VPS transportierten Mengen allein auf den Betriebsteil Salzgitter entfallen [2], wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit zunächst auch nur dieser betrachtet. Ziel ist nicht nur die Beurteilung der momentanen Situation, sondern auch die Analyse des zukünftigen Leistungsverhaltens durch Unterstellung bestimmter Szenarien. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Fragestellung nach einer leistungsfähigen Infrastruktur nicht nur dazu dient, den eigenen Eisenbahnbetrieb optimal abzuwickeln. Die Liberalisierung des Bahnwesens in Europa und die damit verbundene Neuordnung des Eisenbahnwesens in Deutschland brachte es mit sich, dass das alleinige Infrastrukturnutzungsrecht wegfiel. Seither müssen auch andere Eisenbahnverkehrsunternehmen auf den eigenen Strecken zugelassen werden. Seite 7

8 1. Einleitung Dazu heißt es im Allgemeinen Eisenbahngesetz (AEG) in 14 (Zugang zur Infrastruktur) [3]: (2) Betreiber der Schienenwege sind [ ] verpflichtet, einen Mindestumfang an Leistungen zu erbringen und die von ihnen betriebenen Schienenwege sowie die Steuerungs- und Sicherungssysteme zur Nutzung bereitzustellen. [ ]. Da dieser Mindestumfang nicht näher definiert ist, stellt sich die Frage, in wie weit eine hoch belastete oder gar überlastete Infrastruktur noch diskriminierungsfrei von Dritten genutzt werden kann, ohne gegen die Verpflichtungen nach diesem Gesetz zu verstoßen. Auch hier bedarf es zunächst grundlegender Informationen zur Leistungsfähigkeit der Infrastruktur, um ggf. die Notwendigkeit einer Klärung dieser Problematik ins Auge zu fassen. Auf den nächsten Seiten wird das Unternehmen VPS mit seinen Besonderheiten kurz vorgestellt. Anschließend werden die Grundlagen von Leistungsuntersuchungen erläutert und dann die verwendeten EDV-Tools vorgestellt. Konkret handelt es sich bei diesen um die RUT-0 Programmfamilie, welche am Verkehrswissenschaftlichen Institut Aachen entwickelt wurde. Die Programmfamilie besteht dabei aus den Komponenten SPURPLAN, ANKE und BABSI. Grundbaustein ist das Programm SPURPLAN, mit dessen Hilfe die Modellierung von Eisenbahnnetzen bzw. -strecken erfolgt. Dabei wird die betrachtete VPS- Infrastruktur mit Hilfe des SPURPLAN-Graphen in Knoten und Kanten mit den jeweiligen Eigenschaften nachgebildet und steht damit den anderen Tools der Programmfamilie für Untersuchungen und Berechnungen zur Verfügung. ANKE (Analytische Netzkapazitätsermittlung) unterteilt die gegebene Eisenbahninfrastruktur in sog. Teilfahrstraßenknoten (TFK) und untersucht diese hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und Kapazität. BABSI (Bahnbetriebssimulation) ist hingegen ein asynchrones Simulationsprogramm, das für die Simulation der Fahrplanerstellung und des Bahnbetriebes eingesetzt werden kann. Konflikte werden vom Programm selbstständig erkannt und Lösungsvorschläge angeboten. Nachdem mit Hilfe dieser Programme Ergebnisse für den Ist-Zustand generiert und vorgestellt worden sind, werden einige Szenarien betrachtet und am Ende entsprechende Schlussfolgerungen abgeleitet. Seite 8

9 2. Das Unternehmen VPS 2. Das Unternehmen VPS 2.1 Allgemeiner Überblick Die Verkehrsbetriebe Peine-Salzgitter GmbH ist ein Tochterunternehmen der Salzgitter AG und unter der Holdingstruktur dem Unternehmensbereich Dienstleistungen angesiedelt. Das in heutiger Form bestehende Eisenbahnverkehrsunternehmen (EVU) ist im Jahr 1971 durch den Zusammenschluss der Verkehrsbetriebe Salzgitter (VBS) und der Peine-Ilseder Eisenbahn (PIE) hervorgegangen. Im Jahr 1996 kam dann der Betriebsteil Ilsenburg als dritter Standort hinzu. Wie bereits in Kapitel 1 erwähnt, brachte die Umstrukturierung des Eisenbahnwesens Veränderungen mit sich. Vor dem Hintergrund des diskriminierungsfreien Netzzugangs zur Eisenbahninfrastruktur für andere Eisenbahnverkehrsunternehmen, war die Gründung eines eigenen Eisenbahninfrastrukturunternehmens (EIU), der Verkehrsbetriebe Peine- Salzgitter Infrastruktur GmbH (VPSI) notwendig, wie es nach dem AEG 6 (getrennte Rechnungslegung, organisatorische Trennung, unabhängige Entscheidungen) gefordert wird. Gemessen am Beförderungsvolumen von rund 40 Mio. t ist VPS schon eines der größeren von derzeit 264 Eisenbahngüterverkehrsunternehmen bzw. 159 Eisenbahninfrastrukturunternehmen in Deutschland [4]. Die Unternehmensschwerpunkte liegen in den nachfolgend erläuterten Bereichen: Schienengebundene Gütertransporte Zentrale Aufgabe der Abteilung Eisenbahnfahrbetriebe sind die innerwerklichen und zwischenwerklichen Transporte für den Unternehmensbereich Stahl an bzw. zwischen den Standorten Salzgitter, Peine und Ilsenburg sowie der Transport von und zu den Übergabebahnhöfen der DB-Netz AG. Seit 1987 erbringt VPS Eisenbahnverkehrsleistungen auch außerhalb des eigenen Streckennetzes. War dies bis 1993 nur in Kooperation mit der damaligen Deutschen Bundesbahn durchführbar, so ist es mit dem in Kraft treten des Eisenbahnneuordnungsgesetzes am 27. Dezember 1993 auch möglich, eigenständig und im Wettbewerb zu anderen Eisenbahnverkehrsunternehmen Transportleistungen zu erbringen. Wie bereits erwähnt, regelt dazu das Allgemeine Eisenbahngesetz (AEG) den Zugang zur Infrastruktur anderer Eisenbahninfrastrukturunternehmen. Seite 9

10 2. Das Unternehmen VPS Einige Transportleistungen, die VPS eigenständig außerhalb des eigenen Streckennetzes erbringt, sind derzeit beispielsweise: Düngekalktransporte Scharzfeld/Salzhemmendorf Schleswig Holstein/ Mecklenburg-Vorpommern Containertransporte Salzgitter Bremerhaven / Hamburg-Waltershof Kühlerztransporte Hamburg-Hansaport Salzgitter Salzverkehr Graßleben Asse Wolfenbüttel Güterumschlag in den öffentlichen Binnenhäfen in Salzgitter und Peine An den Standorten Peine und Salzgitter werden zwei öffentliche Binnenhäfen betrieben. Beide haben Anschluss an den Mittellandkanal und bieten damit einen hervorragenden Zugang zum europäischen Wasserstraßennetz. Es findet ein Güterumschlag zwischen den Verkehrsträgern Binnenschiff, Eisenbahn und Straße statt. Neben den Unternehmen der Salzgitter AG schlagen hier auch Drittkunden ihre Waren um, welchen bei Bedarf auch Lagerflächen angeboten werden. Betrieb der KLV-Anlage im GVZ Salzgitter Im Jahr 2002 wurde die Umschlagsanlage für den kombinierten Ladungsverkehr (KLV-Anlage) im Güterverkehrszentrum (GVZ) Salzgitter in Betrieb genommen. Seitdem ist es möglich, Züge und Lastkraftwagen gleichzeitig zu Be- und Entladen. Seit eineinhalb Jahren finden regelmäßige Containerzugverbindungen nach Bremerhaven und Hamburg statt. Wartung und Instandhaltung von schienengebundenen Fahrzeugen In der VPS-Zentralwerkstatt werden sowohl die eigenen als auch die Schienenfahrzeuge anderer Betreiber (z. B. Railion Deutschland, AngelTrains Cargo, VTG) instand gesetzt. Hierzu gehört auch die Durchführung gesetzlich vorgeschriebener Untersuchungen und die Sanierung bzw. Modernisierung von Eisenbahnfahrzeugen. Entwicklung und Vertrieb von Eisenbahntechnik Die Hauptabteilung Erhaltung bietet ihre Leistungen als zusätzliches Geschäftsfeld auch Drittkunden an. Dazu zählt vorwiegend der Vertrieb von Seite 10

11 2. Das Unternehmen VPS VPS-eigenen Entwicklungen, wie beispielsweise elektrisch ortsbediente Weichen (EOW) oder mobile Tritt-Griff-Einheiten für Güterwagen ohne Rangierertritt. Logistikdienstleistungen VPS plant, konstruiert und projektiert Gütertransporte nach den Bedürfnissen des Materialflusses und den speziellen Anforderungen des Be- oder Entladers. Beispielhaft seien hier das Versandhallenkonzept U1 und VH 400 oder die Feinblechlogistik für die Salzgitter Flachstahl GmbH (SZFG) genannt. Für alle zu bewältigenden Aufgaben stehen verschiedene Triebfahrzeuge in unterschiedlichen Leistungsklassen zur Verfügung. Abschließend folgen zu diesem Kapitel noch einige Kennzahlen des Eisenbahnfahrbetriebes aus dem Geschäftsjahr 2006 [2]: I) Anlagen (Stand: ) Gesamtlänge Gleisnetz: davon in Salzgitter: davon in Peine: davon in Ilsenburg: 361,32 km 259,99 km 87,26 km 14,07 km Gesamtanzahl Triebfahrzeuge: davon Rangierlokomotiven: davon Streckendiesellokomotiven: davon Elektrolokomotiven: 63 Stück 46 Stück 15 Stück 2 Stück Gesamtanzahl Güterwagen davon im Einsatz: davon abgestellt: davon angemietet: Stück* Stück 115 Stück 297 Stück * Stand: März 2007 Seite 11

12 2. Das Unternehmen VPS II) Verkehrsleistungen (Januar - Dezember 2006) Beförderte Gesamtmenge: davon im Betriebsteil Salzgitter: davon im Betriebsteil Peine: davon im Betriebsteil Ilsenburg: davon im Fernverkehr: Tt Tt Tt Tt Tt Beförderte Güter auf eigener Infrastruktur: davon Brennstoffe (flüssig/fest): davon Erze: davon Sinter: davon Kalk: davon Roheisen: davon Schlacken: davon Schutt/Schlämme/Stäube: davon Schrott: davon Brammen/Riegel: davon Eisen- u. Stahlfertigprodukte: davon sonstige Güter: Tt Tt Tt Tt 911 Tt Tt Tt 276 Tt Tt Tt Tt 320 Tt Geleistete Lokbetriebsstunden: davon im Güterverkehr Salzgitter: davon im Güterverkehr Peine: davon im Güterverkehr Ilsenburg: davon im Fernverkehr: h h h h h Nettotonnenkilometer in Salzgitter: Mittlere Beförderungsweite je Tonne im Betriebsteil Salzgitter: Bewegte Güterwagen in Salzgitter: Mittleres Ladegewicht je Wagen: TNtkm 7,03 km Stück 80,8 t/wagen Seite 12

13 2. Das Unternehmen VPS 2.2 Eisenbahninfrastruktur Das Gleisnetz im Bereich Salzgitter hat eine Länge von rund 260 km. Die Grundstruktur gliedert sich dabei folgendermaßen auf: 110 km Gleis entfallen auf die öffentlichen Gleisanlagen einschließlich 240 Weichen unterschiedlichster Bauarten. 150 km Gleis entfallen auf die Anschlussbahnen einschließlich 499 Weichen unterschiedlichster Bauarten. Im Anhang 8.1 findet sich ein Übersichtsplan über die gesamte VPS Eisenbahninfrastruktur. Die öffentliche Infrastruktur wird am Standort Salzgitter in acht Strecken eingeteilt, die auf diesem Plan durch rote Linien dargestellt werden. Die Anschlussbahnen gliedern sich in zwei Grubenanschlussbahnen (GAB) und 16 Privaten Anschlussbahnen (PAB bzw. AB) auf. Diese sind auf dem Lageplan durch die grünen Linien kenntlich gemacht. Im Anhang 8.2 findet sich dazu ein detailliertes Verzeichnis aller Strecken und Anschlüsse. Als Besonderheit sei an dieser Stelle erwähnt, dass VPS Betreiber aller Anschlussbahnen ist. Die Infrastruktur im Betriebsteil Salzgitter ist weiterhin durch folgende Merkmale gekennzeichnet: 5 Stellwerke 4 Selbststellbetriebsanlagen (Sba) 33 technisch gesicherte Bahnübergänge 128 Stellwerksweichen 195 Elektrisch ortsbediente Weichen (EOW) 416 Handweichen 2 öffentliche, 1 nichtöffentliche Tankstelle 1 öffentliche Werkstatt 1 öffentliche KLV-Anlage 1 öffentliche, 3 nichtöffentliche Gleiswaagen 8 öffentliche Bahnhofsanlagen Seite 13

14 2. Das Unternehmen VPS Stellwerke Im Bereich Salzgitter gibt es insgesamt fünf Stellwerke, wovon jedoch nur drei mit örtlichem Personal besetzt sind. Da diese Anlagen einige Besonderheiten aufweisen, sollen sie im Folgenden kurz erläutert werden. Stellwerk HS (Hütte-Süd) Hierbei handelt es sich um ein Spurplanstellwerk der Bauart Sp Dr S60 der Firma Siemens. Das Stellwerk ist ständig im Dreischichtbetrieb besetzt, wobei für die Bedienung zwei Mitarbeiter vorgesehen sind. Dies ist notwendig, da von hier aus sowohl alle bereichsübergreifenden Fahrten (auf den Strecken) als auch die meisten bereichsinternen Fahrten (innerhalb von Bahnhöfen und Anschlussbahnen) abgewickelt werden. Hinzu kommen die Rangierarbeiten in den Anschlüssen und Bahnhöfen und das Zugleitverfahren v.u.n. Peine. Somit fungieren die Mitarbeiter als Fahrdienstleiter, Fahrtenleiter, Weichenwärter und Zugleiter. Dazu werden auch Teile der Stellwerke BV (Bf Beddingen VPS) und Wf (Bfu Walzwerke) ferngesteuert. Stellwerk BV (Beddingen VPS) Das Stellwerk BV ist ein Drucktastenstellwerk der Bauart Dr S2 der Firma Siemens. Der zu dem Stellwerk gehörige Stellbereich wird im Regelfall vom Stellwerk HS aus ferngesteuert. Davon ausgenommen ist die Ablaufanlage samt der Weichen im nördlichen Teil der Richtungsgruppe. Das Stellwerk ist werktags zweischichtig (Früh- und Spätschicht) besetzt. Zu diesen Zeiten können die ferngesteuerten Elemente bei Bedarf auch vor Ort durch BV bedient werden. Stellwerk Wf (Walzwerke) Das Stellwerk Wf ist ein Drucktastenstellwerk der Bauart Dr S2 der Firma Siemens. Wie auch beim Stellwerk BV wird ein Großteil vom Stellwerk HS aus ferngesteuert. Für einen weiteren Bereich ist es jedoch möglich, zwischen einem Fernsteuerbetrieb und einem Selbststellbetrieb (ortsbedientes Signalsystem) zu wechseln. Dieser wird weiter unten noch genauer erläutert. Das Stellwerk Wf ist im Regelfall nicht besetzt. Bei Störungen des Fernsteuerbetriebes ist aber eine Ortsbedienung möglich, in dem die vorhandene Stelltafel aktiviert und vor Ort bedient wird. Seite 14

15 2. Das Unternehmen VPS Stellwerk Stw (Stahlwerk West) Das Stellwerk Stw ist ein Drucktastenstellwerk der Bauart Dr S2 der Firma Siemens. Der Mitarbeiter, welcher die Anlage täglich im Dreischichtbetrieb bedient, hat aber lediglich die Funktion eines Fahrtenleiters. Vor dem Hintergrund, dass keine Weichen und damit verbunden auch keine Fahrwege mehr gestellt werden können, ist der Fahrtenleiter kein Weichenwärter im Sinne der FV-NE, sondern eine VPS-eigene Erfindung, da er lediglich für die Disposition der Fahrten verantwortlich ist. Die in dem betreffenden Bereich vorhandenen Weichen sind als Handweichen bzw. elektrisch ortsbediente Weichen (EOW) ausgeführt und werden vom Lokrangierführer selbst gestellt. Lediglich die Lichtsperrsignale können noch bedient - und damit die Fahrten in diesem Bereich koordiniert - werden. Stellwerk Sto (Stahlwerk Ost) Das Stellwerk Sto ist ein Drucktastenstellwerk der Bauart Dr S2 der Firma Siemens. Weichen können analog dem Stellwerk Sto nicht mehr gestellt werden. Die Bedienung erfolgt ferngesteuert von der zentralen Leitstelle (vom Rangiermeister bzw. Auftragsannehmer Stahlwerk) aus. Die Fernsteuerung der Bauart COMPEX der Firma Tiefenbach ist dabei rechnergestützt und beschränkt sich auf das Stellen von Lichtsperrsignalen Selbststellbetriebsanlagen Selbststellbetriebsanlagen (Sba) kommen in der Regel in räumlich unübersichtlichen Bereichen zum Einsatz. Hintergrund solcher Anlagen ist der, dass sich eine Fahreinheit ohne Mitwirkung eines Stellwerkes selbst den Fahrweg an einer Bedieneinrichtung einstellen kann (z. B. durch Wippschalter oder Grobhandtaster) und die Fahrt trotzdem auf signaltechnisch gesicherten Fahrwegen durchgeführt wird. Alle Einmündungen in diesen Gleisbereich sind durch Signale abgesichert und lassen jeweils nur eine Fahrt gleichzeitig hindurch. Die Art der dabei zum Einsatz kommenden Signale hängt von der Weichenabhängigkeit der jeweiligen Anlage ab. Laufen die betroffenen Weichen bei einer Fahrweganforderung mit in die richtige Lage und werden entsprechend verschlossen, so kommen Lichtsperrsignale (Ls) zum Einsatz. Wird hingegen nur der zu befahrende Gleisabschnitt auf Freisein geprüft, finden sich Seite 15

16 2. Das Unternehmen VPS Dispositionssignale (Ds). Die dazugehörigen Weichen müssen dabei ggf. noch zusätzlich in die richtige Lage gebracht werden. Manche Anlagen haben einen Anforderungsspeicher, mit dessen Hilfe kurz hintereinander eingehende Fahrtanforderungen gespeichert und der Reihe nach abgearbeitet werden können. Insgesamt finden sich im Bereich Salzgitter vier Selbststellbetriebsanlagen unterschiedlichster Bauart und Funktionsweise: Sba Hütte Nord Sba Bfu Walzwerke Sba Hochofen A/B Sba Hochofen Hoch Elektrisch ortsbediente Weichen (EOW) Eine elektrisch ortsbediente Weiche ist ein selbstständiges dezentrales Fahrwegelement, das für sich betrachtet sicher ist. Achszähleinrichtungen registrieren eine Belegung des Weichenbereiches und verhindern währenddessen eine Regelbedienung. Diese Kontakte lösen weiterhin einen Stellbefehl aus, sollte die unbesetzte Weiche stumpf befahren werden und dabei in der falschen Lage liegen. Wird die Weiche hingegen spitz befahren und muss in eine andere Lage gebracht werden, so geschieht dies in der Regel über eine vorgezogene Bedienstelle via Grobhandtaster. Ist eine Hauptfahrrelation definiert, so ist es möglich, dass in dieser Weiche eine Grundstellung implementiert ist, die sie nach einem Umstellvorgang und anschließender Belegung selbstständig wieder einnimmt. Für eventuelle Störungen sind Grundstellungstasten vorhanden, mit dessen Hilfe die Achszähleinrichtungen genullt werden können. 2.3 Betriebsverfahren Bei VPS werden Fahrten nach unterschiedlichen Betriebsverfahren abgewickelt. Die Eisenbahn- Bau- und Betriebsordnung (EBO) bzw. die Fahrdienstvorschrift für Nichtbundeseigene Eisenbahnen (FV-NE) unterscheidet nach Rangier- und Zugfahrten. Beide kommen bei VPS zum Einsatz, wobei es eine Besonderheit bei den Rangierfahrten gibt, welche noch genauer erläutert wird. Da die Infrastruktur unterschiedlich ausgelastet ist, unterscheidet sich auch die eingesetzte Seite 16

17 2. Das Unternehmen VPS Sicherungstechnik für die Durchführung der Fahrten Rangierfahrten Der Ablauf der Rangierfahrten gestaltet sich je nach Örtlichkeit recht unterschiedlich. In Bereichen in denen Rangierfahrstraßen vom Stellwerk HS eingestellt werden können, obliegt dem Stellwerksbediener die Verantwortung zur korrekten Fahrwegeinstellung. Hier verständigt sich der Lokrangierführer oder Rangierbegleiter über das genaue Start- und Zielgleis. Anders sieht es in Bereichen aus, in denen der Fahrweg vom Betriebsdienstmitarbeiter vor Ort selbst eingestellt werden muss, was mit Hilfe von Handweichen oder elektrisch ortsbedienten Weichen geschieht. Hier erteilt ein Fahrtenleiter dem Lokeinsatz lediglich die Zustimmung, in einen Bereich einzufahren. Dies kann sowohl mündlich, fernmündlich als auch durch Lichtsignale geschehen. Weiterhin gibt es Anschlüsse, in den so genanntes freies Rangieren stattfindet. Hier gibt es auch keinen Fahrtenleiter mehr, welcher die Fahrten disponiert. Die Lokeinsätze sind durch Absprachen untereinander dafür verantwortlich, dass sie sich nicht gegenseitig gefährden Rangierstreckenfahrten Eine bereits erwähnte Besonderheit der Rangierfahrten stellen bei VPS die so genannten Rangierstreckenfahrten dar. Es sind Fahrten die nach den Regeln für Rangierfahrten gebildet werden, aber auf die freie Strecke übergehen. Die zulässige Höchstgeschwindigkeit bleibt unverändert bei 25 km/h. Der Grund für die Einführung eines solchen Verfahrens ist das zeitliche Einsparpotential bei Zugbildung und Bremsprobe gewesen. Nach den einschlägigen Vorschriften sind alle Wagen eines Zuges an die durchgehende Hauptluftleitung anzuschließen und die richtige Funktion aller eingeschalteten Bremsen ist festzustellen. Dazu muss zunächst jedoch die Hauptluftleitung zwischen den einzelnen Wagen gekuppelt werden. Pro Wagen kann dabei von einem Gesamtzeitbedarf in Höhe von ca. 90 Sekunden ausgegangen werden. Bei einer Rangierstreckenfahrt müssen im Gegensatz zu einer Zugfahrt aber nicht alle, sondern nur so viele Wagen an die Hauptluftleitung angeschlossen werden, wie es die Bremslastentafel in der Sammlung betrieblicher Vorschriften (SbV) fordert. Sie schreibt vor, wie viel Wagenzuggewicht eine Triebfahrzeugbaureihe auf einer Seite 17

18 2. Das Unternehmen VPS bestimmten Strecke allein abbremsen darf und wie viel Fahrzeuge in Abhängigkeit vom verbleibenden Wagenzuggewicht ggf. noch an die Hauptluftleitung anzuschließen sind. Voraussetzung, dass die damit verbundene Zeiteinsparung nicht durch die schnellere Beförderungsgeschwindigkeit einer Zugfahrt wieder kompensiert wird, sind allerdings drei Faktoren: Eine geringe Transportentfernung, eine große Anzahl von Wagen und eine Relation, die keine großen Neigungen aufweist. Sollte letzteres der Fall sein, so sind selbst für Rangierstreckenfahrten hohe Bremsgewichte und damit verbunden wieder eine hohe Anzahl gebremster Fahrzeuge erforderlich. Nachfolgendes Rechenbeispiel soll zwei Zug- und Rangierstreckenfahrten vergleichen und damit die Diskrepanz dieses Betriebsverfahrens verdeutlichen. Parameter Zugfahrt 1 Rangierstreckenfahrt 1 Entfernung: 8 km 8 km Wagenzuggewicht 950 t 950 t Wagenzuggewicht das die Lok allein abbremsen darf: t Wagenanzahl: Anzahl gebremster Fahrzeuge: Zeitbedarf Fahrtvorbereitung: 27 min 5 min Zeitbedarf Fahrt: 12 min 19,2 min Gesamtzeitbedarf: 39 min 34,2 min Parameter Zugfahrt 2 Rangierstreckenfahrt 2 Entfernung: 6 km 6 km Wagenzuggewicht t t Wagenzuggewicht das die Lok allein abbremsen darf: t Wagenanzahl: Anzahl gebremster Fahrzeuge: Zeitbedarf Fahrtvorbereitung: 75 min 16,5 min Zeitbedarf Fahrt: 9 min 14,4 min Gesamtzeitbedarf: 84 min 30,9 min Tabelle 2-1: Vergleich von Zug- und Rangierstreckenfahrten Der Einfachheit halber sind den Fahrzeitrechnungen gleichförmige Bewegungen zu Grunde gelegt worden. Trotzdem zeigen die Ergebnisse eine eindeutige Tendenz. Liegt der Gesamtzeitbedarf der Fahrtenpaare 1 noch relativ dicht beieinander, so zeigen die Werte der Fahrtenpaare 2 schon erhebliche Seite 18

19 2. Das Unternehmen VPS Abweichungen. Wie bereits angedeutet ist hier die meiste Zeit für die Fahrtvorbereitung, also hauptsächlich der Bremsprobe, notwendig Zugfahrten Für die Abwicklung der Zugfahrten ist das Zentralstellwerk HS zuständig. Dabei sind für viele Relationen signaltechnisch gesicherte Zugfahrstraßen vorgesehen, mit denen die Zugfahrten durchgeführt werden. Die Züge zu den Übergabebahnhöfen Beddingen und Salzgitter Bad werden im Zugmeldebetrieb nach FV-NE übergeben. Auf der zwischenwerklichen Strecke D von Salzgitter nach Peine finden die Zugfahrten ab dem Bfu Engelnstedt bis zum Bfu Peine West im Zugleitverfahren statt. Die ca. 30 km lange Strecke ist dabei in zwei Zugleitstrecken eingeteilt. Die Strecke vom Bfu Engelnstedt bis kurz vor dem Bfu Broistedt obliegt dem Zugleiter HS, die restliche Strecke dem Zugleiter Peine West. Bis 1995 war diese Relation gut frequentiert, da Züge mit flüssigem Roheisen in einem Taktfahrplan zwischen den Hochöfen in Salzgitter und dem Stahlwerk in Peine verkehrten. Nachdem am Standort Peine jedoch das Blasstahlwerk durch ein Elektrostahlwerk ersetzt wurde, ist das Verkehrsaufkommen drastisch zurückgegangen. Derzeit verkehren nur noch etwa zwei Züge täglich auf dieser Relation, um Schrott und gelegentlich Vormaterial (Brammen) nach Peine zu transportieren. Der Abschnitt zwischen den Bahnhöfen Calbecht und Salzgitter-Bad hat keine Sicherungstechnik, weshalb zur Zugübergabe das Zugmeldeverfahren für eingleisige Strecken ohne Streckenblock (Zugschlussfeststellung und Rückmeldung erforderlich) zwischen den Fahrdienstleitern Sof (Salzgitter-Bad, DBAG) und HS (Hütte-Süd, VPS) zum Einsatz kommt. Die Höchstgeschwindigkeit für Zugfahrten beträgt auf dem Abschnitt zwischen Salzgitter-Bad und Hütte-Süd 60 km/h und im übrigen Netz 40 km/h. Auf einem Teilabschnitt der Strecke A sind davon abweichend auch 45 km/h zugelassen, um mit schweren Zügen eine Steigung von bis zu 16,3 zu überwinden. Seite 19

20 2. Das Unternehmen VPS 2.4 Betriebsdurchführung Die Durchführung der nach Kapitel 2.3 beschriebenen Betriebsverfahren ist an keinen festen Fahrplan geknüpft. Lediglich die Zugfahrten, welche im Wechselverkehr mit der DB AG stattfinden, haben Zeitfenster in denen sie abgewickelt werden, da die Übergabezeiten festgelegt sind. Alle internen Fahrten fallen somit nach den Wünschen bzw. Anforderungen der Kunden an. In der seit 1995 bestehenden zentralen Leitstelle treffen die Aufträge der Kunden via Telefon oder Fax ein und werden dann von den Auftragsannehmern bearbeitet. Diese bilden Rangieraufträge, welche von den Rangiermeistern unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten abgearbeitet werden. Damit diese Handlungen geordnet ablaufen, sind die Kunden im Salzgitteraner Werk in fünf Bereiche gegliedert, die jeweils einem Rangiermeister und einer unterschiedlichen Anzahl von Auftragsannehmern zugeordnet sind. Im Einzelnen sind das folgende Leitstellenbereiche: Leitstelle Süd (ein Rangiermeister/ein Auftragsannehmer) Leitstelle Walzwerke (ein Rangiermeister/ein Auftragsannehmer) Leitstelle Stahlwerk (ein Rangiermeister/zwei Auftragsannehmer) Leitstelle Hochofen (ein Rangiermeister) Leitstelle Überregionale Verkehre (ÜV) (ein Rangiermeister) Wie viele Auftragsannehmer einen Rangiermeister unterstützen, richtet sich sowohl nach der Anzahl der Rangieraufträge, die in einer Schicht auflaufen, als auch nach der Auftragsdauer. Danach orientiert sich weiterhin auch die Anzahl der Lokomotiven die jeder Rangiermeister zur Verfügung hat, um die Wünsche der Kunden zu befriedigen. Eine Besonderheit stellt der Rangiermeister ÜV dar. Dieser steht nicht im direkten Kundenkontakt, sondern ist für die Abwicklung der leitstellenübergreifenden Verkehre und der Wechselverkehre von und zu den Übergabebahnhöfen der DB AG zuständig. Weiterhin liegen die Lokeinsätze des Fernverkehrs - also die Abwicklung aller Verkehre außerhalb des eigenen Gleisnetzes der VPS - in seinem Verantwortungsbereich. Ein wichtiges Hilfsmittel für die Betriebsdurchführung stellt das Betriebsinformationssystem (BIS) dar. Dieses rechnergestützte Dispositionssystem gibt Auskunft über Lok- und Wagenstandorte, wobei momentan aber Seite 20

21 2. Das Unternehmen VPS noch keine Verfolgung der Fahrzeuge in Echtzeit implementiert ist. Das System ist weiterhin Abrechnungsgrundlage über die erbrachten Leistungen der VPS gegenüber ihren Kunden. 2.5 Transportabläufe Nachfolgend sollen kurz die Funktionen der bedeutendsten Bahnanlagen im Werk Salzgitter erläutert werden, um die damit verbundenen Transportströme zu veranschaulichen. Übergabebahnhof Beddingen Der Übergabebahnhof Beddingen teilt sich in zwei Bahnhofsteile: Im Westen befindet sich der Bahnhofsteil der VPS, welcher aus einer Einfahrgruppe und einer Richtungsgruppe besteht und weiter östlich findet sich der Bahnhofsteil der DB AG. In die VPS-Einfahrgruppe fahren sowohl Ganzzüge als auch sog. bunte Züge ein. Bei letzterem handelt es sich um Züge mit unterschiedlichen Wagengattungen für unterschiedliche Empfänger. Die Ganzzüge sind mit Rohstoffen, wie z. B. Erz, Kohle, Koks oder Kalk für die Stahlproduktion in Salzgitter beladen und werden nicht weiter behandelt. Es findet lediglich ein Lokwechsel statt, nach welchem die Züge mit Diesellokomotiven der VPS ins Werk gefahren werden. Die bunten Züge, die aus den Rangierbahnhöfen Seelze und Braunschweig kommen, befördern hauptsächlich Leerwagen, die für den Versand von Stahlfertigprodukten notwendig sind. Eher selten trifft man beladene Einzelwagen für Kunden des Werkes an (z. B. Sauerstoff für die Fa. Linde oder Schrott für die DEUMU). Regelmäßig finden sich dagegen leere Güterwagen der unterschiedlichsten Gattungen im Eingang, welche bei Alstom-LHB repariert werden. Alle bunten Züge werden über einen Ablaufberg gedrückt, der sich zwischen der Einfahr- und Richtungsgruppe befindet. Dabei werden die Wagen sortiert und in der Richtungsgruppe zwischengepuffert, bis sie zum Zielbereich abgefahren bzw. dort benötigt werden. In den DB AG-Bahnhofsteil fahren die leeren Ganzzüge sowie Züge mit Stahlfertigprodukten aus dem Werk ein und werden dort den anderen Eisenbahnverkehrsunternehmen wieder übergeben. Seite 21

22 2. Das Unternehmen VPS Güterverkehrszentrum Salzgitter Von hier aus fahren pro Woche je zwei Containerzüge nach Bremerhaven und nach Hamburg-Waltershof. Bei Bedarf kann nach Hamburg-Waltershof ein weiterer Bedarfszug eingelegt werden. In der KLV-Anlage findet dazu ein Containerumschlag zwischen den Verkehrsträgern Straße und Schiene statt. Ist die anschließende Zugfahrt mit Elektrotraktion vorgesehen, werden die Züge mangels Oberleitung im VPS-Netz zunächst bis in den Ügbf Beddingen mit Dieseltraktion gefahren. Dort findet dann ein VPS-interner Traktionswechsel statt. Ggf. wird mit ankommenden Zügen in Beddingen analog verfahren. Hafen Beddingen Hier findet ein Güterumschlag zwischen den Verkehrsträgern Binnenschiff, Eisenbahn und Straße statt. Dabei werden sowohl Güter der Montanindustrie und der Landwirtschaft, als auch Produkte der Chemie- und Mineralölbranche umgeschlagen. Regelmäßig werden dort Öl- und Kokszüge entladen, Wagen mit Legierungsmitteln für das Stahlwerk beladen und Pendelzüge mit Coils behandelt. Dabei handelt es sich entweder um Coils, die für Kunden verschifft werden, oder um Coils die zur Weiterbehandlung via Binnenschiff in die nächste Produktionsstätte verbracht werden, respektive von dort kommen. Die Lagerflächen im Hafen Beddingen werden auch zur Auslagerung von Rohmaterial (Brammen) aus dem Werk genutzt, um Anlagenstillstände oder Anlagenstörungen zu überbrücken. Dieses Material wird ebenfalls mit der Bahn transportiert. Versandhalle VH 400 Die Versandhalle VH 400 ist Bestandteil eines innerbetrieblichen Transportsystems. Etwa 80% aller Coils, die aus dem Walzwerk 1 kommen, werden in der benachbarten Übergabehalle U 1 auf Pendelzüge verladen und mit der Bahn zur etwa einen Kilometer entfernten VH 400 gefahren. Dort ist es möglich, auf zwei Ebenen etwa Coils zwischenzulagern, bis sie von Lkw s abgeholt werden. Damit verbunden ließen sich zahlreiche Lkw-Fahrten vermeiden, die auf dem Werksgelände verkehrten, bevor es dieses Logistikkonzept gab. Seite 22

23 2. Das Unternehmen VPS Bahnhof Hütte Nord Der Bahnhof Hütte Nord hat die Funktion eines Vorstellbahnhofes. Züge aus dem Ügbf Beddingen werden hier für den Werkshafen (Kohleanlieferung), Hochofen Hoch (Fremdkoksanlieferung) und das Stahlwerk (Branntkalkanlieferung) zwischengepuffert. Weiterhin werden beladene Wagen aus dem Stahlwerksbereich gesammelt, da dort keine ausreichenden Gleiskapazitäten vorhanden sind. Die mit Schrott der DEUMU oder mit Vormaterial beladenen Wagen werden anschließend nach Peine transportiert. Sofern noch Kapazitäten vorhanden, werden dort in Ausnahmefällen auch Ganzzüge abgestellt, welche noch nicht aus dem Werk herausgefahren werden können. Bahnhof Walzwerke Dieser Bahnhof ist die Schnittstelle zwischen den Versandladestellen der Salzgitter Flachstahl (SZFG) und den Eingangs- und Ausgangszügen. Hier werden einzelne leere Wagen den Verladestellen zugeführt, welche zuvor aus Beddingen eingelaufen sind. Nach der Beladung erfolgt entweder eine Einstellung der Wagen in den aktuellen bunten Ausgangszug oder sie werden abgestellt. Das Abstellen kann den Hintergrund haben, dass der Wagen von DB-Railion noch nicht zur Abfuhr freigegeben ist, oder aber noch weitere Wagen zwecks Bildung eines Sonderzuges gesammelt werden. Bahnhof Immendorf Auch dieser Bahnhof hat eine Vorbahnhofsfunktion für die Bereiche Alstom-LHB und das Rohrwerk Salzgitter. Im Eingang werden hier sowohl die Schadwagen von Waggonvermietern (über den Ügbf Beddingen) als auch VPS-eigene Schadwagen zwischengepuffert. Die von Alstom-LHB reparierten Wagen werden im Ausgang gesammelt, bevor sie entweder wieder nach Beddingen oder in die Einsatzbereiche des Werkes Salzgitter transportiert werden. Weiterhin werden in Immendorf Leerwagen für das Rohrwerk gepuffert. Die im Rohrwerk beladenen Wagen werden im Regelfall von dort aus als Ganzzug zum Ügbf Beddingen abgefahren. Seite 23

24 2. Das Unternehmen VPS Werkshafen In erster Linie werden im Werkshafen Binnenschiffe gelöscht. Trotzdem wird auch via Schiene noch Kohle angeliefert und in die Bunkeranlagen entladen. Eher ein Randgebiet ist dabei die Abfuhr von chemischen Abfallprodukten in diesem Bezirk. Diese Anschlussbahn hat die Besonderheit, dass sie sowohl an der Nord- als auch an der Südseite mit der übrigen Infrastruktur verbunden ist. Damit besteht die Möglichkeit einer Durchfahrt zu anderen Anschlüssen und Bahnhöfen. Zentralwerksatt Die Hauptaufgabe der Zentralwerkstatt besteht in der Wartung und Reparatur der Betriebsmittel wie Triebfahrzeuge und Güterwagen. Damit einher gehen zahlreiche Umsetz- und Rangierarbeiten. Weiterhin findet sich vor Ort eine Tankstelle, an welcher neben Dieselkraftstoff auch weitere Betriebsstoffe wie bspw. Sand ergänzt werden können. Zu den Schichtwechselzeiten verkehren zahlreiche Lokomotiven in diesem Bereich, da dort der erforderliche Personalwechsel stattfindet. Bahnhof Hütte Süd Der Bahnhof Hütte Süd ist der zentrale Rangierbahnhof der VPS im Gleisnetz Salzgitter. Im Gegensatz zu den anderen hier bereits erwähnten Bahnhöfen hat dieser Bahnhof mehr als nur eine Aufgabe: Rangierbahnhof für VPS-interne Verkehre Zugbildungsbahnhof für den zwischenwerklichen Verkehr nach Peine Zugbildungsbahnhof für den Kooperationsverkehr Vorbahnhof für die Rohstoffanlieferung für die Bereiche Hochofen Hoch und Sinteranlage Hoch Abstellbahnhof für VPS-Wagen Abstellbahnhof für Schadwagen, welche im Zulauf der VPS-Zentralwerkstatt sind. An den Bahnhof Hütte Süd sind unmittelbar weitere Anschlüsse angebunden. Damit fallen sowohl Rangier- als auch Abstelltätigkeiten an. Einige der 16 Gleise besitzen dabei eine ausreichende Nutzlänge um Zugbildungen zu ermöglichen. Seite 24

25 2. Das Unternehmen VPS Hinzu kommt, dass sich an manchen dieser Gleise funkferngesteuerte Bremsprobeanlagen befinden. Das hat den Vorteil, dass ein Bremsprobeberechtigter die vor einer Zugfahrt notwendige volle Bremsprobe allein durchführen kann, ohne dass dafür ein Lokeinsatz gebunden ist. Regelmäßig wird dieses Verfahren z. B. für die leeren Erzwagen angewendet, die im benachbarten Anschluss Ofen Hoch entladen wurden und von dort dem Bahnhof Hütte Süd zwecks erneuter Zugbildung zugeführt werden. Der beladene Rohstoffzug hingegen wird üblicherweise gleich komplett bis in den entsprechenden Anschluss gefahren. Sollte dies einmal nicht möglich sein, fungiert der Bf Hütte Süd als Vorbahnhof, indem der beladene Zug dort zwischengepuffert wird. Abschließend bleibt zu erwähnen, dass hier auch schadhafte Güterwagen aus allen Bereichen des Werkes gesammelt werden. Diese werden sowohl der benachbarten Zentralwerkstatt, als auch anderen Werkstätten, wie beispielsweise der Alstom-LHB zugeführt. Bahnhof Calbecht Der überwiegende Teil der in diesem Bahnhof vorhandenen Gleisanlagen ist an Dritte vermietet und wird zur Abstellung von Güterwagen genutzt. Ferner ist dort ein Kunde ansässig, welcher über einen Gleisanschluss in unregelmäßigen Abständen mit Flüssiggas versorgt wird. Bahnhof Salzgitter Bad Der zweigleisige Bahnhof selbst gehört nicht mehr zum Gleisnetz der VPS, sondern ist Übergangspunkt für die VPS-Züge des Fernverkehrs auf das Streckennetz der DB AG. Dazu zählen beispielsweise die zwischenwerklichen Züge v. u. n. Ilsenburg oder zahlreiche Sonderzüge. Seite 25

26 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen 3.1 Grundlagen Eisenbahnbetriebsanlagen (Eba) sind Teil eines Eisenbahntransportsystems. Sie dienen z. B. der Bildung von Zügen oder der Durchführung von Zug- und Rangierfahrten. Leistungsuntersuchungen von Eba beziehen sich demzufolge auf Netze und Knoten ihrer Ressourcen. Das sind Bahnhöfe, Strecken, Fahrstraßenknoten mit ihren Anlagen, den auf ihnen beförderten Betriebsmitteln und dem dazu notwendigen Personal [5]. Die Aufgabe einer Eba besteht darin, aus einer rückgelegenen Anlage in einem bestimmten Bezugszeitraum möglichst viele Beförderungseinheiten mit möglichst niedriger Beförderungszeit zu transportieren und möglichst planmäßig an die nachfolgende Anlage zu übergeben [5]. Seit dem Bau der ersten Eba, stellt sich die Frage, welche Qualität diese gewährleisten kann und wovon sie beeinflusst wird. Zunächst sah man die Schuld für auftretende Betriebsschwierigkeiten ausschließlich in einem zu geringen Fahrzeugpark oder einer mangelhaft ausgebauten Eisenbahninfrastruktur. In den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts wurden dann die ersten Methoden entwickelt, um die Gesetzmäßigkeiten der Transportprozesse aufzuklären. Dazu wurden großflächig so genannte Bahnhofsdurchleuchtungen durchgeführt. Damit konnten zwar die einzelnen Prozesse sehr detailliert abgebildet werden, zur Prüfung wechselnder Prozessbedingungen war dieses Verfahren jedoch weniger geeignet [6]. Nach und nach wurden die Verfahren weiterentwickelt. Damit sind bei den Untersuchungen zunächst die Ablaufdynamik und später die Fahrdynamik hinzugekommen, mit dem Ziel, für eine konstruktiv geführte Betriebsuntersuchung einen Durchführbarkeitsbeweis für den Plan zu liefern [6]. Bei allen Leistungsfähigkeitsbetrachtungen einer Eisenbahnbetriebsanlage besteht die Notwendigkeit einer korrekten Beurteilung der Qualität und Quantität. Dazu liefern die heutigen eisenbahnbetriebswissenschaftlichen Verfahren eine Reihe von Kenngrößen, welche Aufschluss über die Stärken respektive Schwächen von Systemen geben. Seite 26

27 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Dabei müssen vier Kategorien unterschieden werden [6]: auf einen Punkt, einen Abschnitt oder auf das gesamte Eisenbahnnetz bezogene Kenngrößen (ortsbezogen) auf die Fahrplanerstellung oder die Betriebsdurchführung auf der planmäßig bzw. der im Betrieb tatsächlich verfügbaren Infrastruktur bezogene Kenngrößen (prozessbezogen) auf die Leistung bzw. auf die potentielle Fähigkeit eines Systems bezogene Kenngrößen (leistungsbezogen) auf die Qualität eines Systems bezogene Kenngrößen (qualitätsbezogen) Im Folgenden werden diese vier Kategorien genauer erläutert Ortsbezogene Kenngrößen Diese Kenngrößen können sich auf einen Querschnitt an einer Stelle der Infrastruktur oder auf einen Gleisabschnitt, der durch zwei Messpunkte begrenzt wird, beziehen. Kenngrößen die eine Aussage über das gesamte Gleisnetz treffen, beziehen sich wiederum auf die einzelnen punkt- oder abschnittsbezogenen Werte. Praktisch sind jedoch nur die abschnittsbezogenen Kenngrößen von Bedeutung, da sie einerseits die Engpässe im Netz eindeutig lokalisieren und andererseits (im Unterschied zur punktbezogenen Betrachtung) die Einflüsse nah liegender Netzelemente besser berücksichtigen [6] Prozessbezogene Kenngrößen Prozessbezogene Kenngrößen können sich sowohl auf die Fahrplanerstellung als auch auf den voraussichtlichen oder realen Betriebsablauf beziehen. Die Unterscheidung basiert auf den spezifischen Aufbau beider Prozesse und den unterschiedlichen Randbedingungen im System. Bei einer typisch asynchronen Fahrplankonstruktion werden die Züge entsprechend ihrer Ränge nacheinander in den Fahrplan eingelegt. Finden dabei Sperrzeitüberschneidungen statt, so werden diese Konflikte entsprechend beseitigt. Im Betriebsablauf hingegen entstehen trotz eines konfliktfreien Fahrplanes Verspätungen und damit Trassenkonflikte, die operativ gelöst werden müssen. Der Grund liegt darin, dass ein Fahrplan durch zufällige Abweichungen gestört wird [6]. Seite 27

28 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Leistungsbezogene Kenngrößen Mit den Leistungskenngrößen wird versucht, das Vermögen einer Eisenbahnbetriebsanlage zu beschreiben, Trassenbestellungen im Fahrplan zu realisieren bzw. Zugfahrprozesse während des Betriebsablaufes zu beherrschen. Die Leistungsanforderungen beziehen sich in der Regel auf die Anzahl der Zugbewegungen während eines definierten Untersuchungszeitraumes [6]. Die Leistungsfähigkeit sagt dabei etwas über das Vermögen einer Eisenbahnbetriebsanlage aus, eine bestimmte Leistung, sprich einen maximalen Durchlass unter Annahme einer gegebenen Struktur zu erbringen. Dabei wird eine vollständige Nutzung der technisch zulässigen Fahrmöglichkeiten unterstellt. Die Leistungsfähigkeit ist von folgenden Parametern abhängig [7]: Länge der Blockabschnitte Tatsächliche Geschwindigkeit als Folge der Trassierungselemente und der möglichen/zugelassenen Höchstgeschwindigkeiten für Züge Anfahr- und Bremseigenschaften eines Zuges Zuglänge Haltezeiten auf den Stationen bzw. Knotenpunkten Zentraler Begriff bei diesen Betrachtungen ist das Leistungsverhalten. Dieses beschreibt den Zusammenhang zwischen der Belastung (z. B. in der Maßeinheit Züge/Zeiteinheit, Tonnen/Zeiteinheit oder Personen/Zeiteinheit) und den auftretenden Wartezeiten am untersuchten System (Teilstrecke, Knoten oder Teilnetz) [5]. Aus den beiden Parametern lässt sich somit eine Funktion darstellen, welche einen progressiv wachsenden Verlauf hat und gegen einen Belastungswert konvergiert, welche als maximale Leistungsfähigkeit LF max bezeichnet wird [1]. Diese Funktion ist in Abbildung 3.1 dargestellt. Es sei angemerkt, dass die dargestellte maximale Leistungsfähigkeit im Eisenbahnbetrieb nicht erreicht werden kann, da sonst eine unendliche Wartezeit bzw. Warteschlange entstehen würde. Dabei warten jedoch nicht alle im Netz befindliche Züge - zunächst stauen sich die Fahrten nach und nach auf, da diese nicht mehr abgewickelt bzw. bedient werden können. Die maximale Leistungsfähigkeit entspricht also der oberen Grenze des fahrplan- und betriebstechnologischen Leistungsbereiches. Seite 28

29 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Abbildung 3-1: Maximale Leistungsfähigkeit LF max [1] Für eine fahrplantechnologische Betrachtung kann die Fahrplanleistung herangezogen werden. Diese entspricht der Anzahl von Zugtrassen im Untersuchungszeitraum, die auf der planmäßig verfügbaren Infrastruktur eingelegt werden können. Die Fahrplanleistung ist wie bereits angedeutet, geringer als die maximale Leistungsfähigkeit, da z. B. Reservezeitanteile (Bauzuschläge, Pufferzeiten, usw.), oder aber nicht nutzbare Zeitlücken infolge von Taktverkehren berücksichtigt werden müssen. Für die Fragestellung, was in der Praxis tatsächlich erreichbar ist, bietet sich die Nennleistung an. Diese entspricht der Anzahl von Zügen, die auf der planmäßig verfügbaren Infrastruktur bei vorgegebener Fahrplanstruktur während des voraussichtlichen Betriebsablaufs mit einer befriedigenden (marktgerechten) Betriebsqualität verkehren können [6]. Die Nennleistung ergibt sich aus der einfachen Formel [9]: n opt = t t U z, m + t p, erf Seite 29

30 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen mit n opt optimale Nennleistung t U Untersuchungszeitraum t z, m mittlere Mindestzugfolgezeit t p, erf erforderliche mittlere Pufferzeit Eine Mindestzugfolgezeit ist dabei jene Zeit, um die bei gleichzeitiger Nachfrage nach einer Trasse für zwei Züge, die zweite maximal verschoben werden muss, damit diese Trasse ohne Überschneidung mit den Sperrzeiten der ersten Trasse eingelegt werden kann. Pufferzeiten sind eingeplante Zeitreserven, die Verspätungsübertragungen der Züge auf einen marktgerechten Umfang dämpfen sollen Qualitätsbezogene Kenngrößen Die Art der Qualitätskenngrößen in der Eisenbahnbetriebswissenschaft kann unterschiedlicher Natur sein. So können z. B. Wartezeiten, Wahrscheinlichkeiten oder Warteschlangenlängen herangezogen werden. Die zeitlichen Qualitätskenngrößen geben Aufschluss über die zeitliche Beförderungsqualität und damit über die Marktfähigkeit der Leistung. Zu der bedeutendsten Kenngröße dieser Kategorie gehört die Beförderungszeit. Hierbei wird wie in Abbildung 3-2 zu sehen, zwischen der Regelbeförderungszeit sowie der planmäßigen und tatsächlichen Beförderungszeit unterschieden [6]. Seite 30

31 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Abbildung 3-2: Anteile der realisierten Beförderungszeit [6] Die Regelbeförderungszeit enthält dabei [8]: die Mindestfahrzeit als reine Fahrzeit, die unter Beachtung der Randbedingungen wie zulässige Höchstgeschwindigkeit, Zugkraft u. ä. realisiert werden kann, einen prozentualen Regelzuschlag, welcher unstabile äußere Einflüsse ausgleichen soll, einen Bauzuschlag, der Fahrzeitverluste kompensieren soll, die durch Baumaßnahmen an der Infrastruktur auftreten, die Mindesthaltezeit, die sich wiederum aufgliedert in Verkehrshaltezeit (im Personenverkehr = Fahrgastwechsel, im Güterverkehr = Kupplungstätigkeiten bzw. Wagenumsetzungen), Betriebshaltezeit (z. B. für Triebfahrzeugführerwechsel) und Abfertigungszeit, den Verkehrshaltezuschlag, welcher ebenfalls äußere Einflüsse kompensieren soll. Seite 31

32 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Die planmäßige Beförderungszeit enthält darüber hinaus [8]: die planmäßige Synchronisationszeit zur verkehrlichen Abstimmung der betroffenen Zugfahrt mit einer oder mehreren anderen Fahrten (z. B. zur Anschlusssicherung) und die planmäßige Wartezeit. Diese entsteht bereits bei der Fahrplankonstruktion, wenn zeitgleiche Gleisbelegungswünsche bzw. zeitgleiche Nutzungswünsche sich ausschließender Trassen vorliegen. Es liegt in der Natur des Eisenbahnbetriebes, dass bei der Betriebsdurchführung weitere Fahrplanabweichungen entstehen. Im Einzelnen sind dies [8]: Urverspätungen, infolge von technischen Störungen an den signaltechnischen Einrichtungen defekten an Fahrwegelementen Unregelmäßigkeiten oder Schäden an Fahrzeugen Umwelt- und Witterungseinflüssen, äußeren Eingriffen in den Bahnbetrieb (Anschläge, Suizide) Einbruchsverspätungen, die bereits am Beginn des Betrachtungsraumes bestehen, die außerplanmäßige Synchronisationszeit als positive oder negative Abweichung von der planmäßigen Synchronisationszeit sowie die außerplanmäßige Wartezeit, welche durch Behinderungen von Zugtrassen entsteht, da Ur- Einbruchs- oder Folgeverspätungen nicht mehr aufgefangen werden können. Zwei weitere wichtige Qualitätskenngrößen stellen die Warteschlangenlänge und das Warterisiko dar. An den Behinderungspunkten der betrachteten Infrastruktur stauen sich die Züge und produzieren damit Wartezeiten. Der Erwartungswert der Warteschlangenlänge (die mittlere Warteschlangenlänge) entspricht der Anzahl von Zügen, die durchschnittlich vor einem Behinderungspunkt warten müssen. Das Warterisiko gibt die Wartewahrscheinlichkeit an, mit der Züge nicht zum geplanten Zeitpunkt mit einem freien Gleis rechnen können [8]. Bei allen Wartekenngrößen gilt zwischen der mittleren Länge der Warteschlange vor dem Bedienungskanal, dem Untersuchungszeitraum und der Summe der Seite 32

33 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen auftretenden Wartezeiten die einfache Gleichung [9]: t lw = t U W mit I W mittlere Länge der Warteschlange t W Summe der Wartezeiten t U Untersuchungszeitraum Die mittlere Länge der Warteschlange hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab. Als Beispiel seien hier die Ankunftsabstände der Züge vor Engstellen oder die Bedienungszeiten in den Bedienungskanälen erwähnt. Immer stellt sich dabei die Frage, welche Warteschlangenlänge akzeptabel ist. Dazu wurde ein sog. Qualitätsfaktor eingeführt. Dieser beurteilt qualitativ die Betriebsflüssigkeit an der betrachteten Engstelle [6]: I q = I W, tats W, zul mit q Qualitätsfaktor I W, tats tatsächliche Länge der Warteschlange I W, zul zulässige Länge der Warteschlange Um hier eine Aussage zu erhalten, muss zunächst die zulässige Länge der Warteschlange ermittelt werden. In den alten Dienstvorschriften der Deutschen Bundesbahn gab es dafür feste Vorgaben. So sollte die Anzahl der im Durchschnitt wartenden Fahrten (entsprechend der mittleren Warteschlangenlänge) für Teilfahrstraßenknoten den Wert von 0,3 nicht überschreiten, um noch eine befriedigende Fahrplanqualität sicherzustellen. Im Laufe der Zeit wurde jedoch festgestellt, dass dieses Vorgehen zu unplausiblen Ergebnissen führen kann. In einer Studie der Deutschen Bundesbahn wurden deshalb 184 Streckenabschnitte untersucht, bei denen die berechnete Leistungsfähigkeit mit der tatsächlichen abgeglichen wurde. Dabei wurde erkannt, dass für die Seite 33

34 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Betriebsqualität der Anteil der Reisezüge eine entscheidende Rolle spielt [6]. Mit Hilfe von Interpolationsformeln wurden die Qualitätsmaßstäbe geeicht und in die Konzernrichtlinien der DB AG aufgenommen. Zur Ermittlung der zulässigen Länge der Warteschlange kommen für den Zustand der Fahrplanerstellung und für die Betriebsdurchführung unterschiedliche Verfahren zum Einsatz [9]. Für die Situation der Fahrplanerstellung gilt im Teilfahrstraßenknoten [6]: l W, F, zul = 0, 479 e 1,3 ARZ mit l, zulässige Länge der Warteschlange (Fahrplanerstellung) W F zul ARZ Anteil der Reisezüge Analog errechnet sich die zulässige Warteschlangenlänge für TFK im Rahmen der Betriebsabwicklung zu [6]: l W, B zul = 0, 257 e 1,3 ARZ mit l W, B zul zulässige Länge der Warteschlange (Betriebsabwicklung) ARZ Anteil der Reisezüge Dem Leser wird dabei auffallen, dass an den Betriebszustand deutlich höhere Anforderungen, als an die Fahrplanqualität gestellt werden. Das hat den Hintergrund, dass die subjektiven Empfindungen der Bahnkunden in diese Qualitätsmaßstäbe mit eingeflossen sind. Die Stabilität des geplanten Betriebsprogramms hat für die Kunden einen sehr hohen Stellenwert. Angemerkt sei, dass auch diese interpolierten Qualitätsmaßstäbe nicht immer aussagekräftig sind. Gründe sind die mögliche Vielfalt der Zugcharakteristika und das Mischungsverhältnis dergleichen auf einem betrachteten Abschnitt, angefangen vom Hochgeschwindigkeitsverkehr, über den Regionalverkehr bis hin zum reinen Güterverkehr. Abhilfe könnte hier die Berücksichtigung der Ränge der Züge statt dem Anteil der Reisezüge schaffen [6]. Ist die zulässige Länge der Warteschlange ermittelt und mit dessen Wert der Qualitätsfaktor bestimmt, kann dieser mit Hilfe der nachfolgenden Tabelle 3-1 beurteilt werden. Seite 34

35 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Qualitätsfaktor: Bedeutung: q = 0 Trivialfall, es finden keine Fahrten auf der Eisenbahnanlage statt. 0 < q < 0,5 Das Eisenbahnsystem ist unterbelastet und verfügt über große Kapazitätsreserven. 0,5 < q < 1,0 Es sind noch Kapazitätsreserven vorhanden. q 1 Das System ist aus wirtschaftlicher Sicht optimal ausgelastet. 1,0 < q < 1,5 Die Überlastung hält sich in zulässigen Grenzen. q > 1,5 Die Anlage ist überlastet und stellt einen Systemengpass dar. Tabelle 3-1: Qualitätsfaktoren und ihre Bedeutung [6] Neben dieser absoluten Qualitätsbewertung ist es auch möglich, eine relative Auswertung vorzunehmen, bei dem ein Ist-Fall mit einem Planfall verglichen wird. Für den vorhandenen Ist-Fall liegen bereits Erfahrungswerte über die Qualität vor, so dass prognostiziert werden kann, wie sich die Leistungsfähigkeit im Planfall ändern wird. In Abbildung 3-3 ist ersichtlich, dass die Zuganzahl n Ist im Ist-Fall eine bestimmte Wartzeitensumme ( t w,ist ) eingefahren hat, welche durch den Funktionsverlauf beschrieben ist. t w,ist = t w,plan n Ist n Plan t w Ist-Fall t w Planfall LF max LF max t w,ist t w,plan n Ist n n Plan n Abbildung 3-3: Ermittlung der Vergleichszugzahl In jedem Planfall ändert sich jedoch der Funktionsverlauf der Wartezeitensumme. Legt man hier nun die Wartezeitensumme des Ist-Falls als Richtwert für den Planfall zu Grunde, kann eine Vergleichszugzahl n plan ermittelt werden. Diese sagt aus, wie viele Züge im Planfall fahren dürfen, um die gleiche Qualität (Wartezeitensumme) wie im Ist-Fall zu erhalten. Ist die Vergleichszugzahl kleiner Seite 35

36 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen als die der Ist-Zugzahl, so ist eine Verschlechterung der Betriebsqualität zu erwarten [15]. Ein solches Szenario, welches beispielsweise aus Veränderungen an der Infrastruktur herrührt, sollte nicht realisiert werden. Die Vergleichszugzahl wird im Gegensatz zum Qualitätsfaktor nicht durch ein Softwareprogramm ermittelt, sondern muss händisch mit Hilfe folgender Formel errechnet werden [15]: n Plan = ρ t Plan t B, Plan u mit n Plan Vergleichszugzahl (Planfall) ρ Plan Belegungsgrad (Planfall) t U Untersuchungszeitraum t B, Plan mittlere Bedienzeit (Planfall) Die dazu notwendige mittlere Bedienzeit ermittelt sich zu [9]: = t B, Plan pij, Plan zij, Plan i j mit t B, Plan mittlere Bedienzeit (Planfall) p ij, Plan Fahrtenfolgehäufigkeit (Wahrscheinlichkeit für das Auftreten des Zugfolgefalls i-j / Planfall) z ij, Plan Mindestzugfolgezeit für den Zugfolgefall i-j (Planfall) Für die Ermittlung der Vergleichszugzahl ist weiterhin der Belegungsgrad notwendig. Wie bereits weiter oben erwähnt, setzt sich die mittlere Länge der Warteschlange aus der Division von Wartezeitensumme und Untersuchungszeitraum zusammen. Erweitert man diesen Zusammenhang mit Hilfe der Pollaczeck-Khintchin-Formel, lässt sich der benötigte Belegungsgrad ermitteln [15]: l w, Ist tw, Ist tw, Ist nist ρplan = = = t t 1 ρ U U 2 Plan 1+ v, 2 2 B Plan Seite 36

37 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen mit l, mittlere Länge der Warteschlange (Ist-Fall) W Ist t W, Ist mittlere Wartezeit (Ist-Fall) n Ist Zuganzahl (Ist-Fall) t U Untersuchungszeitraum ρ Plan Belegungsgrad (Planfall) v B, Plan Variationskoeffizient der Bedienzeiten (Planfall) Wie ersichtlich, muss zunächst noch der Variationskoeffizient der Bedienzeiten ermittelt werden, der sich aus folgendem Zusammenhang ergibt [15]: v B, Plan = t 2 B, Plan t ( t B, Plan B, Plan ) 2 mit v B, Plan Variationskoeffizient der Bedienzeiten (Planfall) t B, Plan mittlere Bedienzeit (Planfall) 2 t B,Plan Zweites Moment der mittleren Bedienzeit (Planfall) Das zweite Moment der mittleren Bedienzeit ist notwendig, da hochrangige Züge im Bedienungsmodell nicht durch niederrangige Züge verdrängt werden können und ergibt sich aus nachfolgender Beziehung [15]: = 2 2 B, Plan pij, Plan ( zij, Plan td, ij ) i j t + mit 2 t B,Plan mittlere Bedienzeit (Planfall) p ij, Plan Fahrtenfolgehäufigkeit (Wahrscheinlichkeit für das Auftreten des Zugfolgefalls i-j / Planfall) z ij, Plan Mindestzugfolgezeit für den Zugfolgefall i-j (Planfall) t d, ij Dispositionsbelegungszeit Seite 37

38 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Die Dispositionsbelegungszeit ist notwendig, um die Bedienungszeiten mathematisch zu manipulieren und ermittelt sich demzufolge durch [15]: t d, ij + z = 0 z ji ij bei Vorrang Zug i vor bei Gleichrang bei Vorrang Zug j vor Zug j Zug i An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Dispositionsbelegungszeit zwar das zweite Moment der mittleren Bedienzeit sowie die daraus abgeleiteten Größen verändert, nicht jedoch den Erwartungswert der mittleren Bedienzeit. 3.2 Arten von Leistungsfähigkeitsuntersuchungen Die beiden Kernbereiche zur stochastischen Ermittlung der Leistungsfähigkeit lassen sich in analytische Verfahren und Simulationsverfahren einteilen. In jeder Kategorie werden dabei unterschiedliche Ansätze verfolgt. Die dazu in Abbildung 3-4 gezeigte Aufgliederung wird im Folgenden näher erläutert. Verfahren zur Leistungsfähigkeitsuntersuchung analytische Verfahren Simulationsverfahren bedienungstheoretischer Ansatz wahrscheinlichkeitstheoretischer Ansatz synchrone Simulation asynchrone Simulation Abbildung 3-4: Verfahren zur Leistungsfähigkeitsuntersuchung Seite 38

39 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Analytischen Verfahren Die analytischen Verfahren sind geschlossene mathematische Modelle aus dem Bereich des Operations Research, die mit Hilfe von Gleichungssystemen Kennwerte für eine gegebene Eisenbahninfrastruktur erzeugen. In diesen Verfahren wird davon ausgegangen, dass die Fahrten und die betrieblichen Vorgänge als Zufallsgrößen aufgefasst werden können, welche mit statistischen Verteilungen beschreibbar sind. Anstatt einzelner Zugfahrten werden Verkehrsströme betrachtet und die Belegungen der einzelnen Infrastrukturelemente werden zusammenfassend über Mindestzugfolgezeiten modelliert [10]. Wie der Abbildung 3-4 zu entnehmen ist, existieren zwei Klassen von analytischen Modellen. Zum einen handelt es sich dabei um den bedienungstheoretischen Ansatz, welcher die planmäßigen Wartezeiten bei der Trassenvergabe ermittelt. Die einbrechenden Züge werden dabei als Forderung an die betroffenen Infrastrukturkomponenten aufgefasst, welche wiederum den Bedienungskanal darstellen um dem Forderungsstrom nachzukommen. Kommt es hierbei zu einem Konflikt, weil sich zwei Trassenwünsche behindern, so wird in Abhängigkeit von der Rangordnung und der Mindestzugfolgezeit eine Lösung generiert. Aus den daraus resultierenden Wartezeiten lässt sich wiederum die Warteschlangenlänge vor dem Bedienungssystem berechnen und mit einem Qualitätsmaßstab vergleichen. Auf der Basis dieses Ansatzes lässt sich so die Fahrplan- Nennleistung einer Eisenbahnbetriebsanlage definieren [10]. Der wahrscheinlichkeitstheoretische Ansatz ermöglicht es, die nicht vollständig vermeidbaren Unregelmäßigkeiten im Eisenbahnbetrieb zu berücksichtigen und damit im Gegensatz zum bedienungstheoretischen Ansatz eine Aussage zur Durchführbarkeit eines konkreten Betriebsprogramms zu treffen. Die Unregelmäßigkeiten führen dazu, dass bei der Betriebsabwicklung Folgeverspätungen entstehen, dessen Summe mit Hilfe dieses Ansatzes berechnet werden kann. Hierbei werden neben den Rangordnungen der Züge auch deren Pufferzeiten berücksichtigt. Gründe für diese Unregelmäßigkeiten sind Änderungen am geplanten Fahrplan wie bspw. Reihenfolgewechsel von Zügen. Die resultierenden Wartezeiten im Betrieb werden als Seite 39

40 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen auslastungsabhängige Größe zur Beurteilung der Qualität des Betriebsablaufes eingesetzt [10] Simulationsverfahren Unter Simulation definiert die VDI-Richtlinie 3633 das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind [10]. Die Qualität der Ergebnisse ist dabei in hohem Maße von der Genauigkeit der Eingangsdaten abhängig. Ein Vorreiter der Simulation ist die gegenständliche Modellierung in Eisenbahnbetriebslaboratorien. Hier kann mit Hilfe von Modellbahnen der Eisenbahnbetrieb realistisch nachgebildet werden. In der Regel kommt dabei originale Stellwerkstechnik zum Einsatz. Die Modelllokomotiven werden entweder feinmechanisch oder via zwischengeschalteten PC in ihrem fahrdynamischen Verhalten angepasst [10] [11]. Mit der Etablierung der rechnergestützten Simulation geraten diese Anlagen vermehrt in Vergessenheit. Durch Simulationsverfahren ist es sowohl möglich, einen Fahrplan zu untersuchen und dessen planmäßige Wartezeiten zu ermitteln, als auch den Betrieb zu simulieren. Auch die Simulationsverfahren gliedern sich dabei in zwei Klassen auf. Bei der synchronen Simulation ist es lediglich möglich den Betriebsablauf abzubilden, da die Vorgänge hier nicht durch die Konstruktion von Sperrzeitentreppen, sondern durch eine Nachbildung aller Betriebsvorgänge im Zeitschrittverfahren unmittelbar nachgebildet werden. Somit werden alle betreffenden Züge über ihren gesamten Laufweg gleichzeitig eingelegt. Das ermöglicht u. a. das Einspielen von zufällig erzeugten Urverspätungen und die genaue Abbildung der Reaktion des Gesamtsystems einschließlich höherrangiger Züge. Somit kann der Betrieb zwar sehr realistisch abgebildet werden, jedoch können Deadlocks auftreten. Ein Deadlock tritt dann auf, wenn ein (weiterer) Zug in einen deadlock-gefährdeten Bereich einfährt und sich die Züge in der Fortführung des vorgesehenen Betriebsablaufes gegenseitig behindern. In Abbildung 3-5 ist beispielhaft ein solcher Bereich abgebildet. Seite 40

41 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Abbildung 3-5: Deadlock-Problematik [12] Die Züge 1 bis 3 befinden sich bereits in der abgebildeten Situation. Nach Einfahrt von Zug 4 in diesen Bereich ist eine Weiterführung des Betriebs ohne Hilfshandlungen nicht mehr möglich und ein Simulationslauf müsste abgebrochen werden. Die asynchrone Simulation hingegen hat einen anderen Ansatz. Hier wird die Phase der Fahrplanerstellung und der Betriebsdurchführung getrennt untersucht. Während der Fahrplanerstellung wird jeder Zug entsprechend seines vorher festgelegten Ranges nacheinander in einen Fahrplan eingelegt. Zur Untersuchung der Betriebsdurchführung werden dann zufällig generierte Einbruchsverspätungen eingespielt. Da die Züge hierbei nach wie vor nacheinander eingelegt werden, können Folgeverspätungen für andere Züge entstehen. Grundlage der Verspätungsermittlung sind die Sperrzeitentreppen, welche um den Wert der Verspätung verschoben werden. Dieses Vorgehen ist allerdings unrealistisch. In der Realität würde diese Verkettung der Zugfolge aufgehoben werden und beispielsweise ein schneller Reisezug auf einen langsam fahrenden Güterzug auflaufen. Im Zeit-Weg-Diagramm gleicht sich die hintere Zuglinie dann der vorausfahrenden an. Wird also diese verfahrensbedingte Art der Verspätungsfortpflanzung während der Simulation nicht durch Hilfsmaßnahmen wieder kompensiert, würde sich ein unrealistisch hoher Erwartungswert der Summe der Folgeverspätungen ergeben [1]. Abschließend sei erwähnt, dass es zweckmäßig ist, im Rahmen einer Simulation auch dispositive Entscheidungen nachzubilden. Dazu zählen bspw. Reihenfolgewechsel von Zügen, welche im realen Betriebsdienst zur Begrenzung von Folgeverspätungen vorgenommen werden. Seite 41

42 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Verfahrensauswahl Das Ziel bei allen Arten von Leistungsuntersuchungen ist eine leistungsgerechte Dimensionierung der Eisenbahnanlagen. Die Qualität der Ergebnisse eisenbahnbetriebswissenschaftlicher Verfahren hängt allerdings maßgeblich von der Schärfe der Eingangsdaten ab. Genau diese aber können recht unterschiedlich sein. Einerseits kann bereits ein konkreter Fahrplan existieren, andererseits liegen vielleicht nur Prognosen über zukünftige Zugzahlen vor. Die Tabelle 3-2 gibt daher einen Überblick über die empfohlenen Untersuchungsverfahren in Abhängigkeit von den vorhandenen Eingangsdaten [1]. Eingangsdaten: Untersuchungsverfahren: Zeithorizont: Zugzahlen, ggf. Tagesganglinien Analytische Verfahren; ggf. Konstruktion von Fahrplanbeispielen; Variantenvergleiche mit vereinfachten Verfahren 5-20 Jahre Zugzahlen, Fahrplankonzepte Analytische Verfahren, ergänzt durch Fahrplanstudien; Simulation mit unscharfen Eingangsdaten 1-5 Jahre Konkrete Fahrpläne Simulation < 1 Jahr Tabelle 3-2: Vergleich der Untersuchungsverfahren [1] Dabei wird deutlich, dass die analytischen Verfahren den Vorteil besitzen, dass sie keinen exakten Fahrplan benötigen. Das mag sie auf den ersten Blick zwar unpräziser erscheinen lassen, im Hinblick auf die Vielfalt der prognostizierten Anforderungen erweist sich das aber eher als Vorteil. Simulationen hingegen ermöglichen sehr detaillierte Untersuchungen von Betriebsvorgängen. Dabei besteht aber auch die Möglichkeit, komplizierte Abhängigkeiten wie Anschlussbindungen oder Vertaktungen nachzubilden. Außer der Hauptaufgabe bezüglich der Klärung einer leistungsgerechten Dimensionierung von Eisenbahnanlagen, können mit einer Simulation auch zusätzliche Fragestellungen beantwortet werden. Beispielsweise können Auswirkungen von Einbruchs- und Urverspätungen auf die Betriebsqualität, Realisierbarkeit von Seite 42

43 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen unterschiedlichen Betriebsprogrammen sowie eine Abschätzung der sich ergebenden Betriebsqualität oder auch Auswirkungen aus dem Einsatz neuer Fahrzeuge mit geänderten fahrdynamischen Eigenschaften ermittelt werden [12]. 3.3 Optimaler Leistungsbereich Bei dem Wunsch nach kundengerechter Betriebsqualität einerseits und optimaler Auslastung der Infrastruktur andererseits stellt sich natürlich die Frage, welchen Bereich die Wartezeitenfunktion aus Abbildung 3-1 erreichen sollte, um sich in einem optimalen Leistungsbereich zu bewegen. Für die Beantwortung gibt es mehrere Ansätze. Zum einen kann die Beurteilung mit Hilfe des in Kapitel beschriebenen Qualitätsfaktors geschehen. Wie dort erläutert, ist dieser direkt von den Warteschlangenlängen abhängig. Allerdings besteht bei diesem Ansatz der Nachteil, dass er auf der Marktwirksamkeit des Angebotes respektive den subjektiven Empfindungen der Eisenbahnkunden basiert (vgl. Ermittlung der zulässigen Länge der Warteschlange aus Kapitel 3.1.4). Im Folgenden soll deshalb ein Ansatz vorgestellt werden, der objektiver ist. Man lege die Wartezeitenfunktion aus Abbildung 3-1 zu Grunde und ergänze sie um zwei weitere Parameter [1]: der relativen Empfindlichkeit der Wartezeiten EMPF rel und der Beförderungsenergie E Bef. Die relative Empfindlichkeit der Wartezeiten erhält man durch die erste Ableitung der mittleren Wartezeit [1]: EMPF rel tw = t w mit EMPF rel relative Empfindlichkeit der Wartezeiten t w mittlere Wartezeit t w erste Ableitung der mittleren Wartezeit Seite 43

44 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Stellt man diese Funktion grafisch dar, so erhält man, wie in Abbildung 3-6 zu sehen, ein globales Minimum. Dieses beschreibt die Stelle, an welcher die Intensität des Wartezeitzuwachses bezogen auf die Höhe der vorhandenen Wartezeit am kleinsten ist, oder anders ausgedrückt: In der Nähe dieses Punktes verursacht eine Erhöhung der Zuganzahl das geringste Wachstum der Wartezeiten [1]. Abbildung 3-6: Relative Empfindlichkeit der Wartezeiten [1] Die Beförderungsenergie wird als das Produkt aus Belastung und mittlerer Beförderungsgeschwindigkeit definiert [1]: E n s 2 Bef = v Bef mit E Bef Beförderungsenergie n s Zahl der Fahrten Länge der Teilstrecke v Bef mittlere Beförderungsgeschwindigkeit Die mittlere Beförderungsgeschwindigkeit v Bef nimmt mit steigender Belastung einer Eisenbahnanlage ab, bis am Punkt der maximalen Leistungsfähigkeit der Wert Null erreicht wird. Hier sei nochmals daran erinnert, dass das System bei Seite 44

45 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen erreichen dieses Punktes nicht zum Stillstand kommt, sondern mit maximalem Durchsatz arbeitet. Da aber die mittlere Wartezeit t w gegen unendlich geht, konvergiert auch die mittlere Beförderungsgeschwindigkeit gegen Null, obwohl nicht alle Züge warten [1]. Bis zum Erreichen des Maximums der Beförderungsenergie E Bef sinkt die mittlere Beförderungsgeschwindigkeit verhältnismäßig langsam. Da der Durchsatz aber weiterhin ansteigt, nimmt die Beförderungsgeschwindigkeit nach Erreichen des Maximalwertes sehr rasch ab. Abbildung 3-7 zeigt dazu die Funktionsverläufe der Beförderungsenergie und der mittleren Beförderungsgeschwindigkeit. Abbildung 3-7: Beförderungsenergie und mittlere Beförderungsgeschwindigkeit [1] Eine Eisenbahnanlage, die über diesen Punkt hinaus betrieben wird ist unwirtschaftlich, weil eine weitere Erhöhung des Durchsatzes durch die Abnahme der Beförderungsgeschwindigkeit übermäßig kompensiert werden muss. Die Abbildung 3-8 zeigt nun zusammenfassend nochmals alle erläuterten Funktionskurven. Durch das Minimum der relativen Empfindlichkeit und das Maximum der Beförderungsenergie wird der optimale Leistungsbereich aufgezeigt. Eine Ausnutzung der oberen Grenze dieses Bereiches wird nur für vorübergehende Spitzenzeiten (und auch nur dann, wenn anschließend wieder Entspannungsphasen im Betriebsablauf folgen) empfohlen [1]. Seite 45

46 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Abbildung 3-8: Optimaler Leistungsbereich [1] Abschließend soll noch ein dritter Ansatz vorgestellt werden. Dieser besteht, wie in Abbildung 3-9 dargestellt, lediglich aus zwei Funktionen. Abbildung 3-9: Gewinnlinse [6] Zum einen handelt es sich dabei um die Kostenkurve und zum anderen um die Erlöskurve eines Bahnunternehmens. Zwischen diesen beiden Kurven soll eine sog. Gewinnlinse entstehen. Die Zugzahlen in dieser Linse entsprechen dem profitbringenden Betrieb und das Gewinnmaximum gibt die Nennleistung des Systems an [6]. Allerdings ist die Umsetzung von dem her problematisch, als dass viele Eingangsparameter benötigt werden, die in der Praxis aufwendig zu Seite 46

47 3. Leistungsuntersuchung von Eisenbahnbetriebsanlagen Handhaben sind. So wird vorgeschlagen, die Verluste infolge von Wartezeiten mit Hilfe des Modal-Split-Modells zu berechnen, in welchen komplexe empirische Zeitbewertungsfaktoren integriert sind [6]. Trotzdem ist dieser Ansatz interessant, weil er sich im Gegensatz zu den beiden anderen vorgestellten Verfahren allein auf betriebswirtschaftliche Kenngrößen bezieht. Damit entfallen abgeleitete eisenbahnbetriebswissenschaftliche Parameter. Seite 47

48 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools 4.1 Programm SPURPLAN Wie bereits an anderer Stelle erwähnt, bildet das Programm SPURPLAN den Grundbaustein der RUT-0 Programmfamilie. Hier werden die Strecken und Bahnhöfe der betrachteten Infrastruktur grafisch modelliert. Das hat sehr sorgfältig zu geschehen, da die hier hinterlegten Daten Grundlage für alle weiteren Untersuchungen sind. Alle Eisenbahninfrastrukturdaten werden als knotenbewertete Digraphen aufgefasst. Dabei handelt es sich um Graphen mit Richtungssinn, welche aus Knoten und Kanten bestehen [13]. Die Knoten eines Graphen repräsentieren die Merkmale einer Infrastruktur, also z. B. Signale, Weichenanfänge, oder aber Halteplätze. Auch Elemente, die eigentlich abschnittsförmig sind (z. B. Streckenneigungen), werden in punktförmige Informationen umgesetzt (z. B. in Neigungswechsel). Um den Infrastrukturelementen eine eindeutige Richtung zuzuordnen, werden alle Elemente in steigender Kilometrierungsrichtung mit dem Zusatz S versehen, alle in fallender mit dem Zusatz F. Die Kanten eines Graphen geben die Gleisverbindungen wieder und tragen keine Informationen. Lediglich die Richtung der Kanten entspricht der Kilometrierungsrichtung. Wird ein Projekt angelegt bzw. geöffnet, erscheint wie in Abbildung 4-1 dargestellt, zunächst ein Projektfenster. Hier finden sich Aktionsschalter (1), mit welchen die übrigen Bearbeitungsfenster erreicht werden können. Weiterhin enthält dieses Fenster ein Eingabefeld (2), das für Dokumentationszwecke genutzt werden kann. Seite 48

49 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools (1) (2) Abbildung 4-1: Projektfenster in SPURPLAN Infrastruktur Durch Anklicken des Buttons Infrastruktur aus Abbildung 4-1 öffnet sich die in Abbildung 4-2 gezeigte Benutzeroberfläche. (1) (2) (3) (4) (5) (6) Abbildung 4-2: Infrastrukturbearbeitungsfenster in SPURPLAN Seite 49

50 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Hier ist zunächst die Werkzeugleiste (1) angeordnet, mit welcher Infrastrukturelemente angelegt, gelöscht oder verändert werden können. Daneben gibt es viele weitere Aktionsmöglichkeiten. So kann bspw. mit dem Button Prüfen die bereits in (2) generierte Infrastruktur auf Plausibilität geprüft, oder mit dem Button Punkte der Umfang der in (2) angezeigten Daten beeinflusst werden. Die in (2) generierte Infrastruktur wird in Abschnitte unterteilt, die in (3) aufgelistet sind. Wird ein Abschnitt in dieser Liste markiert, so finden sich in (4) alle Elemente, die in dem ausgewählten Abschnitt liegen. Die aktuell markierten Infrastrukturelemente werden vom Programm geprüft und eventuelle Fehler und Warnungen in (5) ausgegeben. Sollen zwei an einer Seite offene Gleise miteinander verbunden werden, so muss vor Betätigung des Aktionsschalters Verbinden eines der beiden Elemente in die Liste der gemerkten Elemente (6) eingefügt werden, indem in der Grafik doppelt darauf geklickt oder der Aktionsschalter Merken betätigt wird. Folgende Elemente sind in SPURPLAN definiert und können zur Modellierung der zu untersuchenden Eisenbahninfrastruktur benutzt werden: Weichen: einfache Weichen, Kreuzungsweichen und Kreuzungen Signale: Vor- und Hauptsignale, Signal- und Fahrstraßenzugschlussstellen Halteplätze: Reisezug- und Güterzughalteplätze Geschwindigkeitselemente: Strecken- und Abzweiggeschwindigkeiten Widerstände: Neigungswechsel, Tunnel- und Bogenwiderstand Betriebsstellenpunkte: Betriebsstellengrenzen und -mitten LZB-Elemente: LZB-Tafeln, LZB Anfang und -Ende Sonstige Infrastrukturelemente: Bildpunkte, km-sprünge, usw. Jedes neu generierte Element ist dabei durch Art, Name, Lage, Wert und der dazugehörigen Betriebsstelle eindeutig charakterisiert. Die notwendige Zuordnung zu einer Betriebsstelle ist deshalb sinnvoll, weil so ein bereits verwendeter Name in einer anderen Betriebsstelle nochmals genutzt werden kann. In SPURPLAN ist es möglich, einfache Weichen, einfache und doppelte Kreuzungsweichen und Kreuzungen zu definieren. Dabei wird bspw. eine Seite 50

51 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools einfache Weiche durch drei Punkte repräsentiert: Weichenspitze, Stamm- und Zweiggleis. Je nach Lage der Weiche im Netz fallen die Positionen dieser Punkte unterschiedlich aus. Die Länge eines Zwischenweichenabschnittes ergibt sich aus der Kilometrierung der dazugehörigen Weichenmitten. In einen solchen Zwischenweichenabschnitt können selbstverständlich weitere Elemente eingefügt werden. Das Infrastrukturelement Signal beinhaltet neben dem klassischen Haupt- und Vorsignal auch noch die Signal- und Fahrstraßenzugschlussstellen. Es wird nicht nach Signalen eines Bahnhofes und der freien Strecke unterschieden. Wie in der Sicherungstechnik der Eisenbahn üblich, darf auch in SPURPLAN ein Blockabschnitt nur von einem Zug belegt werden. Die Freigabe eines zurückliegenden Blockabschnittes für einen nachfolgenden Zug geschieht durch das Infrastrukturelement Signalzugschlussstelle. Wird innerhalb einer Blockstrecke ein Abzweig befahren, so kann der zurückliegende Fahrweg mit Hilfe einer Fahrstraßenzugschlussstelle teilweise aufgelöst werden. Wenn sich der vorausfahrende Zug vollständig im Zweiggleis befindet, ist es möglich einen weiteren im Stammgleis verkehrenden Zug folgen zu lassen Werden Halteplätze definiert, so wird die dazugehörige Nutzlänge hinterlegt. Bei Reisezughalteplätzen wird darüber hinaus noch definiert, an welcher Seite sich die Bahnsteigkante befindet. Geschwindigkeiten werden in SPURPLAN durch zwei verschiedene Infrastrukturelemente hinterlegt. Dies ist zum einen die Streckengeschwindigkeit. Als Wert wird die Geschwindigkeit in km/h eingefügt, die von diesem Punkt an gilt. Zum anderen steht das Element Geschwindigkeit ab Signal zur Verfügung. Vor dem Hintergrund, dass Weichen im Zweiggleis mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als der Streckengeschwindigkeit befahren werden müssen, werden diese Geschwindigkeitsbeschränkungen bereits am zurückliegenden Hauptsignal (z. B. dem Einfahrsignal) wirksam. Als Widerstände lassen sich Neigungen sowie Bogen- und Tunnelwiderstände hinterlegen. Ein Widerstandswert wird punktuell gesetzt und behält so lange seine Gültigkeit, bis er durch einen weiteren Wert verändert bzw. Seite 51

52 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools aufgehoben wird. Damit wird der Abschnitt, für welchen bspw. eine Neigung vorhanden ist, eindeutig definiert. Als Werte werden dabei die Neigung, der Bogenradius sowie die Tunnelquerschnittsfläche eingegeben. Bei der Eingabe einer Steigung erkennt das Programm für die Gegenrichtung automatisch den negativen Wert als Gefälle. Sowohl die Betriebsstellenpunkte als auch die Sonstigen Infrastrukturelemente sind im Gegensatz zu den vorher genannten Elementen imaginäre Einrichtungen. Diese dienen dazu, die Daten eines Projektes in SPURPLAN besser zu handhaben und darzustellen. So lassen sich die generierten Infrastrukturelemente bspw. mit den sog. Bildpunkten zurechtrücken, bis eine übersichtliche Darstellung erreicht ist. Darüber hinaus handelt es sich bei den Betriebsstellenmitten um Fahrzeitmesspunkte, welche die Durchfahrzeit ermitteln und ausgeben. Daher ist es wichtig, dass auf jedem Weg durch eine Betriebstelle ein Element dieser Art liegt. Mit dem Element km-sprung können wechselnde Kilometrierungen abgebildet werden. Auf alle übrigen Elemente wird hier nicht näher eingegangen, da sich diese auf spezielle Randbedingungen beziehen, die für eine allgemeine Erläuterung von SPURPLAN nicht von Bedeutung sind. Die Abbildung 4-3 zeigt einen beispielhaften Infrastrukturausschnitt, in welchem sich einige der beschriebenen Elemente wieder finden. Signalzugschlussstelle Betriebsstellengrenze Geschwindigkeitsanzeiger Betriebsstellenmitte Fahrstraßenzugschlussstelle Hauptsignal Neigung Vorsignal Abbildung 4-3: Infrastrukturelemente in der SPURPLAN-Grafik Seite 52

53 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Für das Anlegen eines Elementes müssen nacheinander drei Dialoge durchlaufen werden. Dazu wird in Abbildung 4-4 beispielhaft gezeigt, wie eine neue Weiche generiert wird. Nach Aktivierung des Buttons Neu aus Abbildung 4-2 öffnet sich zunächst das Fenster Neues Infrastrukturelement. Hier muss eine Vorauswahl getroffen werden, um welche Art von Element es sich handeln soll. An dieser Stelle wird das Element EW für die neue einfache Weiche ausgewählt. Das nun folgende Fenster dient dazu, genau die Lage der neu einzufügenden Weiche zu bestimmen. Bei der Auswahl der Weichenlage steht man vor der Entscheidung, ob die neu einzufügende Weiche in Kilometrierungsrichtung vom spitzen oder stumpfen Ende her befahren wird, ob es eine Rechts- oder Linksweiche ist und ob das bisher bereits vorhandene Gleis das Stamm- oder Zweiggleis der Weiche darstellt. Ist dies geschehen, so muss im letzten Fenster noch die genaue Lage der Weiche im Netz sowie deren Name eingegeben werden. Abbildung 4-4: Anlegen einer neuen Weiche in SPURPLAN Fahrwege Neben den einzelnen Infrastrukturelementen werden in SPURPLAN auch Fahrwege aufgenommen. Sie definieren den richtungsbezogenen Verlauf eines gleisgenauen Weges von einer Betriebsstellengrenze zur anderen. Der Begriff Seite 53

54 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Fahrweg ist dabei nicht mit dem Begriff Laufweg zu verwechseln, welcher lediglich eine Relation zwischen Start- und Zielort aufzeigt und demnach als eine Folge von Fahrwegen aufgefasst werden kann. Die Abbildung 4-5 zeigt nun das Fahrwegbearbeitungsfenster. (1) (2) (3) (4) (6) (5) Abbildung 4-5: Fahrwegbearbeitungsfenster in SPURPLAN Auch hier finden sich wieder zahlreiche Aktionsschalter in der Werkzeugleiste (1). Die bereits definierten Fahrwege finden sich in der Liste (2). Ein dort markierter Fahrweg ist durch verschiedene Parameter charakterisiert, die in (3) aufgelistet sind. Dabei wird z. B. ersichtlich, ob ein Fahrweg elektrifiziert ist. In (4) ist der generierte Fahrweg innerhalb der modellierten Infrastruktur durch eine rote Linie markiert. Die Fahrtrichtung wird durch den blauen Pfeil dargestellt und eventuell vorhandene Halteplätze durch einen Kreis gekennzeichnet. Weitere Infrastrukturelemente werden nur dann farblich hervorgehoben, wenn diese für den momentan ausgewählten Fahrweg benötigt werden. Andernfalls sind sie lediglich grau hinterlegt. In (5) sind alle Infrastrukturelemente aufgeführt, die sich innerhalb des aktuell ausgewählten Fahrweges befinden. In (6) werden eventuelle Warnungen und Fehler von Fahrwegen angezeigt. Seite 54

55 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Wird ein neuer Fahrweg angelegt oder geändert, öffnet sich wie in Abbildung 4-6 dargestellt der Dialog Fahrwegdefinition. Abbildung 4-6: Fahrwegdefinition in SPURPLAN Da jeder Fahrweg genau einer Betriebsstelle (Bst.) zugeordnet ist, findet sich hier zunächst die Kurzbezeichnung der Betriebsstelle, in welcher der Fahrweg verläuft. Weiterhin ist ein eindeutiger Name und optional eine nähere Beschreibung vergeben. Anschließend ist eine Auswahl aus sechs möglichen Gleislagen erforderlich. Die Einordnung des Gleises in eine dieser Gleislagen dient vor allem der Information des Benutzers. Wie ersichtlich können weitere Fahrwegmerkmale definiert werden, bspw. ob der Fahrweg elektrifiziert oder hinter der Betriebsstellenmitte für Gleiswechselbetrieb (GWB) vorgesehen ist. Abschließend werden Hierarchien für verschiedene Zuggattungen (Fernreisezug, Nahgüterzug, Leerzug, usw.) vergeben. Die Felder werden vom Programm anhand der gewählten Gleislage vorbesetzt, können jedoch beliebig geändert werden. Dieser zwischen null und einhundert liegende Wert sagt etwas darüber aus, in welcher Reihenfolge die zuvor definierten Fahrwege priorisiert werden. Der größtmögliche Wert einhundert wird in der Regel den durchgehenden Hauptgleisen zugeteilt; der Wert null einer Zuggattung, welche den Fahrweg nicht nutzen soll oder kann (z. B. ist der Fahrweg nicht für einen Güterzug vorgesehen oder nicht elektrifiziert). Seite 55

56 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools 4.2 Programm ANKE Das Programm ANKE (Analytische Netzkapazitätsermittlung) ist in der Lage, die Kapazität eines Eisenbahnnetzes analytisch zu ermitteln. Dabei werden die wahrscheinlichkeitstheoretischen Wartezeiten (vgl. Kapitel 3.2.1) im Fahrplan und/oder im Betrieb ermittelt. Diese Stauerscheinungen dienen als Kriterium für die Qualitätsbeurteilung. ANKE verwendet zur Untersuchung des Netzes das Modell der einkanaligen Bedienung. In einer einkanaligen Bedienungsstelle steht für jede Zugfahrt jeweils nur ein Fahrweg zur Verfügung, d. h. alle übrigen Fahrten schließen sich auf diesem Fahrweg gegenseitig aus. Diese Gleisbereiche werden in der Eisenbahnbetriebswissenschaft als Teilfahrstraßenknoten (TFK) bezeichnet. Dieser TFK bildet den Bedienungskanal im Sinne der Warteschlangentheorie, vor dem die Fahrten eintreffen. Der Ankunftsabstand wird dabei als eine Zufallsgröße aufgefasst. So ist es möglich, eine Leistungsfähigkeitsuntersuchung allein mit der Anzahl der Züge pro Zeiteinheit durchzuführen, ohne dass bereits ein konkret geplantes Betriebsprogramm vorliegen muss, welches u. U. dann doch nicht zum Einsatz kommt. Das Programm SPURPLAN stellt sämtliche Infrastrukturdaten für ANKE zur Verfügung. Dabei nimmt ANKE beim Einlesen eines Projektes sowie bei jeder Infrastrukturänderung automatisch die Abgrenzung der TFK im Netz vor. Diese enden stets dort, wo an Wartepositionen (z. B. in Bahnhofsgleisen) wieder Reihenfolgewechsel der Züge möglich sind. Wird in ANKE ein Projekt geöffnet, so erscheint Analog zu SPURPLAN ebenfalls ein Projektfenster. Wie der Abbildung 4-7 zu entnehmen ist, finden sich auch hier verschiedene Buttons (1) und die Möglichkeit einer Projektbeschreibung (2). Anders als im Programm SPURPLAN besteht in ANKE jedoch keine Möglichkeit, die Infrastrukturdaten, die über die Schalter (1) abgerufen werden können, zu ändern. Seite 56

57 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools (1) (2) Abbildung 4-7: Projektfenster in ANKE Teilfahrstraßenknoten Durch Betätigung des Buttons TFK in Abbildung 4-7 gelangt man zu der in Abbildung 4-8 gezeigten Benutzeroberfläche. (2) (1) (3) (4) Abbildung 4-8: Teilfahrstraßenknotenansicht in ANKE Seite 57

58 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Hier ist es möglich die automatisch abgegrenzten Teilfahrstraßenknoten in (1) anzusehen und zu untersuchen. Alle Elemente die einem TFK zugeordnet sind, werden mit einer dicken farbigen Linie zusammengebunden. Da wie bei (2) zu sehen noch keine Leistungsfähigkeitsrechnung durchgeführt wurde, sind alle TFK noch in der gleichen Farbe eingefärbt. Es gibt folgende Regeln zur infrastrukturbezogenen Abgrenzung von TFK [14]: (in Abbildung 4-9 sind die Teilfahrstraßenknoten blau und die Grenzen zwischen den TFK rot angezeigt) Abbildung 4-9: Regeln zur Bestimmung von TFK [14] a) wenn zwei nacheinander liegende Weichen mit den spitzen Enden zueinander gerichtet sind, gehören sie immer zu einem Teilfahrstraßenknoten; b) wenn zwischen zwei mit stumpfen Enden nacheinander liegenden Weichen ein Halteplatz vorgesehen ist, werden die Weichen getrennt, andernfalls nicht; c) wenn ein stumpfes Ende nach dem spitzen liegt, wird dazwischen eine Grenze nur dann gesetzt, falls es dort einen Halteplatz gibt; d) übrige, zwei mit stumpfen Enden zueinander liegende Weichen (Trapezstrukturen), müssen mit Hilfe etwas komplexerer Technik behandelt werden, die hier nicht weiter erörtert wird. In (3) finden sich alle Elemente, die in dem in (1) aktuell angeklickten TFK enthalten sind. Nach einer erfolgreichen Leistungsfähigkeitsrechnung wird am Ende der Elementenliste zusätzlich der Qualitätsfaktor des TFK angezeigt. Weiterhin enthält das Fenster die Mindestzugfolgezeitenliste (4). Dabei handelt es sich um die Matrix der Mindestzugfolgezeiten der Modellzüge, die den markierten TFK befahren. Jede Zeile der Liste entspricht einem Modellzug und besteht aus der Modellzugnummer, der Gattung und den Mindestzugfolgezeiten in Minuten zwischen diesem Modellzug und dem Zug, dessen Nummer am Kopf der jeweiligen Spalte steht. Seite 58

59 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Modellzüge Modellzüge sind in ANKE Standardzüge mit bestimmten Eigenschaften auf einem bestimmten Laufweg. Dabei repräsentiert jeder Modellzug eine sog. Zugfamilie aus gleichen oder sehr ähnlichen Zügen und wird deshalb in der Regel mehrere Zugfahrten enthalten. Die Fahrten dieser Modellzüge sind mit dem Forderungsströmen für die einkanaligen Bedienungssysteme gleichzusetzen. Die Modellzüge können entweder direkt eingegeben, oder aber aus ANKE kompatiblen Programmen wie bspw. BABSI eingelesen werden. Sollte letzteres der Fall sein, so müssen vor dem Import Parameter wie z. B. der zulässige Massenunterschied oder der zulässige Rangunterschied eingestellt werden. Dies ist erforderlich, da das Programm hier selbstständig eine Klassifizierung der einzelnen Zugfahrten zu Modellzügen vornimmt und deshalb die Klassifizierungskriterien kennen muss. Werden die Modellzüge direkt eingegeben, so findet sich in ANKE das in Abbildung 4-10 zu sehende Eingabefenster. Abbildung 4-10: Modellzugcharakteristik in ANKE Seite 59

60 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Der Dialog der Modellzugcharakteristik enthält zunächst die nähere Modellzugdefinition, bestehend aus einer Nummer, Gattung, Kommentar, Zugfamilie und Zugklasse. Die Nummer muss innerhalb eines Projektes eindeutig und fünfstellig sein. Bei Bedarf kann diese aber um eine dreistellige Strichnummer ergänzt werden. Die Gattung (z. B. CB, Sg, Tfzf,...) ist aus einer Auswahlliste wählbar. Als Kommentar kann ein beliebig, bis zu 13 Zeichen langer Text eingeben werden. Hier empfiehlt sich die Betriebsstellen- Kurzbezeichnungen von Anfangs- und Endbahnhof festzuhalten. Im Feld Zugfamilie kann eine (Zug)nummer eingeben werden, die die Zugfamilie des Modellzuges definiert. Im unteren Bereich ordnet man abschließend dem Modellzug seine Zugklasse zu. Diese dient der Auswahl der betriebsstellenbezogenen Fahrwege, da jeder Fahrweg für jede Zugklasse eine Hierarchie besitzt (vgl. Kapitel 4.1.2). Weiterhin finden sich in diesem Dialog Einstellmöglichkeiten für die fahrdynamischen Parameter. Dazu zählen die Triebfahrzeugbaureihe, LZB-Angaben, Längen- und Massenwerte sowie Bremsverhältnisse. Die möglichen Triebfahrzeuge werden angezeigt, indem man wie bei den Zuggattungen den Pfeil neben der Eingabezeile anklickt. Dabei muss beachtet werden, dass für viele Triebfahrzeuge mehrere Varianten vorliegen, welche durch eine interne Codierung definiert werden, die an die dreistellige Baureihenbezeichnung mit Bindestrich angehängt wird. Für einen Modellzug können bis zu vier Triebfahrzeuge festgelegt werden. Die Reihenfolge spielt hierbei ebenso wenig eine Rolle, wie die Position des Triebfahrzeugs an der Zugspitze oder am Zugschluss. Während das zuerst genannte Triebfahrzeug immer wirkt, muss für die bis zu drei anderen Triebfahrzeuge angeben werden, ob sie auch wirken oder nur abgeschaltet mitlaufen. Abgeschaltete, nicht wirkende Triebfahrzeuge werden lediglich bei der Massenermittlung mit berücksichtigt. Ist der Modellzug LZB-fähig, so sind die entsprechend erforderlichen Einträge vorzunehmen. Die Anzahl der Wagen kann nur bei Reisezügen eingegeben werden. Die restlichen fahrdynamischen Eingabeparameter bedürfen keiner weiteren Erläuterung. Der dritte Bereich stellt die Eingabe der Verkehrszeiten durch Anklicken des gleichnamigen Buttons dar. Dies sind die Abfahrtszeiten eines Modellzuges Seite 60

61 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools innerhalb von 24 Stunden, welche sich auf den Anfang des Laufweges beziehen. Wie in Abbildung 4-11 zu sehen, ist es dabei möglich diese Zeiten einzeln, in Takten oder zufällig einzugeben und einzeln oder zufällig zu löschen. Exemplarisch sind dazu zwei Dialoge abgebildet. In diesen muss die gewünschte Zeit bzw. die gewünschte Zuganzahl festgelegt werden. Abbildung 4-11: Verkehrszeitendialog in ANKE In Bezug auf Abbildung 4-10 werden als letztes noch die Angaben zu den Verspätungen und den Rangziffern gefordert. Das Verspätungsniveau des Modellzuges wird bei den Berechnungen der Folgeverspätungen im Betriebszustand verwendet und ist durch die Verspätungswahrscheinlichkeit pve und der mittleren Einbruchsverspätung tvm beschrieben. Die Verspätungswahrscheinlichkeit muss zwischen und 1 liegen; die mittlere Einbruchsverspätung kann bis zu 300 Minuten betragen. Die Rangziffern werden bei der Zugeingabe zunächst abhängig von der Zuggattung automatisch vorgegeben, lassen sich aber manuell anpassen. Je kleiner die Rangziffer ist, desto höhere Priorität besitzt der Modellzug. Dabei ist es möglich, für Fahrplan und Betrieb unterschiedliche Rangziffern einzugeben. Nach Aufnahme einer neuen Modellzugcharakteristik erscheint der in Abbildung 4-12 dargestellte Dialog Betriebsstellenfolge und Haltreihung. Am Anfang ist die Seite 61

62 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools linke Liste leer, rechts sind alphabetisch alle Betriebsstellen aufgeführt, an denen ein Modellzug beginnen oder in den Bearbeitungsbereich einbrechen kann. Durch Doppelklick auf eine Betriebsstelle gelangt diese in die linke Liste. Entsprechend werden rechts dann in Fahrtrichtung die nächsten möglichen Betriebsstellen aufgelistet. Zur Vorgabe der Mindesthaltezeiten bzw. Wunschhaltezeiten wird die entsprechende Zeile in der aufgenommenen Betriebsstellenreihung markiert und die jeweilige Mindesthaltezeit bzw. Wunschhaltezeit (in Minuten) eingegeben. Weiterhin muss das Verhalten des Modellzuges in der ersten und letzten Betriebsstelle definiert werden. Hier kann z. B. ein Ein- bzw. Ausbruch oder ein Halt an einem Halteplatz festgelegt werden. Abbildung 4-12: Betriebsstellenfolge und Haltreihung Am Ende werden die eingegebenen Daten auf Plausibilität überprüft. Sollte sich die Betriebsstellenfolge und Haltreihung im Nachhinein ändern, so kann dieses Fenster über den Dialog Laufwege für Modellzüge (Button Bst.-Reihung ) jederzeit wieder aufgerufen und die Angaben geändert werden. Seite 62

63 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Laufwege Durch Aufruf des Befehls Laufwege für Modellzüge aus dem Projektfenster oder dem Hauptmenü gelangt man in das Laufwegbearbeitungsfenster, welches in Abbildung 4-13 zu sehen ist. (1) (2) (3) (4) (5) (6) Abbildung 4-13: Laufwegbearbeitungsfenster in ANKE In (1) sind alle in diesem Projekt existierenden Modellzüge aufgelistet. In (2) findet sich die zum aktuell ausgewählten Modellzug gehörige Charakteristik. Die in (3) eingezeichneten Fahrwege bilden den Laufweg des Modellzuges, dessen Farbe hierbei die Hierarchie des Fahrweges (bezogen auf die Modellzugklasse des markierten Modellzuges) kenntlich macht. Die linke untere Liste (4) stellt den betriebsstellenbezogenen Laufweg des markierten Modellzuges dar. Für jede Betriebsstelle wird eine Zeile angezeigt, die folgende Angaben enthalten kann: Betriebsstellenkurzbezeichnung Name des Fahrwegs Ankunfts- oder Abfahrtszeit Mindesthalte- oder Wunschhaltezeit Seite 63

64 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools In der Liste (5) werden alle diejenigen betriebsstellenbezogenen Fahrwege zusammengestellt, die prinzipiell innerhalb der aktuell in (4) markierten Betriebsstelle möglich wären. Der Fahrweg, welcher derzeit als Teil des Laufwegs gewählt ist, wird durch ein Sternchen am Anfang der Zeile markiert. In (6) werden alle Elemente aufgelistet, die innerhalb eines Fahrweges liegen Mindestzugfolgezeiten Vor der eigentlichen Ermittlung der Leistungsfähigkeit müssen alle Mindestzugfolgezeiten bestimmt werden. Über einen entsprechenden Befehl im Hauptmenü werden diese vom Programm für alle Zugfolgefälle ermittelt. Die Ergebnisse dieser Berechnung lassen sich in dem in Abbildung 4-14 gezeigten Fenster Sperrzeiten betrachten. Mit Hilfe dieser Ansicht lassen sich vor der Leistungsfähigkeitsrechnung einfache Maßnahmen zur Plausibilitätskontrolle der Daten durchführen. Beispielhaft könnten Überholabschnitte zu lang sein oder gänzlich fehlen, woraus übertrieben große Mindestzugfolgezeiten entstehen können. (1) (2) (3) (4) Abbildung 4-14: Mindestzugfolgezeiten und Sperrzeiten in ANKE Seite 64

65 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Die Auswahl des Zugpaares für einen anzuzeigenden Zugfolgefall erfolgt in den zwei Modellzuglisten (1) und (2). Die in (3) eingezeichneten Fahrwege bilden die Laufwege der beiden Modellzüge. Der Laufweg des ersten Zuges wird komplett angezeigt (hier in Rot), währenddessen der des zweiten nur dort hervorgehoben wird, wo sich die Fahrtverläufe unterscheiden (hier in gelb). Der Kern dieses Fensters ist die grafische Darstellung der aufeinander geschobenen Sperrzeitentreppen (4) von zwei Modellzügen in einem Zeit-Weg-Diagramm, welche durch eine Zeit- und Wegachse skaliert ist. Die Sperrzeitentreppe des zweiten Modellzuges ist dabei nur für die Überholungsabschnitte des ausgewählten Zugfolgefalls dargestellt. Am Anfang jedes Überholungsabschnittes wird die Mindestzugfolgezeit als Abstand zwischen den Anfangsbelegungen beider Modellzüge gemessen, wobei die Sperrzeitentreppen innerhalb des Abschnittes bis zur Berührung aufeinander geschoben werden. Ein roter Pfeil zeigt den Messpunkt und den Wert der Mindestzugfolgezeit in Minuten an. An dieser Stelle sei erwähnt, dass sich die Sperrzeit eines Zuges (und damit die Mindestzugfolgezeit zweier nachfolgender Züge) nicht nur aus der reinen Fahrzeit im Blockabstand zusammensetzt. Wie in Abbildung 4-15 zu sehen, kommt noch eine Vor- und Nachbelegungszeit hinzu, welche sich wiederum aus weiteren systembedingten Zeitanteilen zusammensetzt. Abbildung 4-15: Sperrzeitenkomponenten [1] Seite 65

66 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Zu der Vorbelegungszeit zählt die Fahrstraßenbildezeit, die notwendig ist, damit die Fahrstraße vom Stellwerk eingestellt, festgelegt und das zugehörige Vorsignal in Fahrtstellung gebracht werden kann. Die Signalsichtzeit ist die Zeit, ab welcher der Triebfahrzeugführer das Vorsignal einsehen kann und mit einer Bremsung beginnt, wenn es für das nachfolgende Hauptsignal keinen Fahrtbegriff zeigt. Die Fahrzeit zwischen Vor- und Hauptsignal bildet dann die Annährungsfahrzeit. Nach der eigentlichen Fahrzeit im Blockabschnitt, beginnt die Räumfahrzeit, die erst mit vollständiger Räumung der Signalzugschlussstelle endet. Abschließend muss der Fahrweg noch aufgelöst bzw. in Grundstellung gebracht werden Leistungsfähigkeitsrechnung Vor der Durchführung der Leistungsfähigkeitsrechnung können mit dem Menüpunkt "Kapazitätsrechnung" des Menüs "Optionen" im Hauptmenü einige Einstellungen für die Netzkapazitätsrechnung vorgenommen werden. Wie in Abbildung 4-16 ersichtlich, ist es zunächst möglich die Dispositionskonstante zu verändern. Abbildung 4-16: Kapazitätsrechnungsoptionen in ANKE Seite 66

67 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Diese bestimmt, ob und in welchem Umfang ein teilweiser Vorrang in der Dispositionsbelegungszeit berücksichtigt wird. Die Dispositionsbelegungszeit wiederum gibt an, um welche Zeit ein vorrangiger Zug verspätet sein darf. Um die Dispositionszeit zu errechnen, wird ein Dispositionsfaktor und die aus Abbildung 4-16 geforderte Dispositionskonstante benötigt. Mit Hilfe des Dispositionsfaktors wird der Rangunterschied in einem Zugfolgefall eventuell gemindert. Weiterhin kann der Variationskoeffizient der Ankunftsabstände verändert werden. Hierbei wird eine Aussage darüber getroffen, wie die Züge vor dem Bedienungskanal eintreffen. Entweder kann dieser per Voreinstellung vom Programm automatisch berechnet, oder aber direkt für alle TFK eingegeben werden. Der Wert 0 entspricht dabei einem vollständig vertakteten Fahrplan (die bedienungstheoretischen Verfahren liefern in diesem Fall wenig zuverlässige Ergebnisse), beim Wert 1 sind die Zeitpunkte der Zugankünfte völlig zufällig. Ein Wert >1 bedeutet, dass die Züge an den TFK in Bündeln ankommen. Als nächstes kann eingestellt werden, wie die zulässige Warteschlangenlänge für die Berechnung der Qualitäts- und Hochrechnungsfaktoren ermittelt werden soll. Dafür stehen drei unterschiedliche Methoden zur Auswahl. Bei der zuggattungsscharfen Formel bestimmen einzelne Rangziffern den Qualitätsmaßstab. Wird die Einstellung Abhängig von ARZ (Anteil der Reisezüge) gewählt, so kommt das in Kapitel beschriebene Verfahren zum Einsatz. Alternativ kann auch ein fixer Wert vorgegeben werden. Zuletzt besteht die Option, die Ermittlung der Zugfolgefälle zu verändern. Beim fahrplanunabhängigen Standardverfahren wird ein zufälliges Auftreten der einzelnen Zugfolgefälle über die Dauer des Bezugszeitraumes vorausgesetzt, so dass die Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten der Zugfolgefälle zu jedem beliebigen Zeitpunkt gleich sind. Diese Einstellung eignet sich besonders dann, wenn das Betriebsprogramm nur in Form eines Entwurfes ohne feste Trassierungen vorliegt. Für das fahrplanabhängige Verfahren hingegen muss ein exaktes Abbild der Fahrplanstruktur vorliegen, aus dem die Häufigkeiten der Zugfolgefälle direkt ersichtlich sind. Diese Einstellung ist gut für die Beurteilung eines Fahrplans geeignet. Da der reale Betriebsablauf aber durch Verspätungen gestört ist, wurde mit dem Stundenganglinienverfahren ein Kompromiss aus den Seite 67

68 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools beiden vorherigen Verfahren generiert. Hier wird innerhalb jeder Stunde eine Zufälligkeit der Zugfolge unterstellt. Nachdem diese Optionen geprüft bzw. angepasst wurden, kann nun die Kapazitätsermittlung gestartet werden. Für jeden TFK werden dabei (soweit nicht bereits vorgegeben) folgende Ergebnisse errechnet: Anzahl der Modellzüge, die im jeweilige TFK verkehren Gesamtanzahl der Fahrten, die in diesen Modellzügen enthalten sind Belegungsgrad Variationskoeffizient der Ankunftsabstände zulässige mittlere Warteschlangenlänge berechnete mittlere Warteschlangenlänge Wartezeitensumme Qualitätsfaktor Hochrechnungsfaktor Die letzen fünf Ergebnisse werden dabei getrennt nach dem Zustand der Fahrplanerstellung und dem der Betriebsabwicklung ausgegeben. Das hat den Hintergrund, dass für jede Phase unterschiedliche analytische Modelle zum Einsatz kommen, wie sie bereits in Kapitel beschrieben wurden. Alle Ergebnisse werden in dem separaten Fenster Leistungsfähigkeitsrechnung bereitgestellt, das in Abbildung 4-17 abgebildet ist. In (1) sind die Ergebnisse für jeden TFK tabellarisch ausgegeben. Der Belegungsgrad muss dabei einen Wert zwischen null und eins annehmen. Sollte er über eins liegen, ist das vorgegebene Betriebsprogramm nicht durchführbar, da die Warteschlangenlänge unendlich groß werden würde. Was den Variationskoeffizient der Ankunftsabstände angeht, so wird dieser vom Programm automatisch berechnet, soweit er nicht vorgegeben wurde. Die Wartezeitsumme wird durch Multiplikation der mittleren Warteschlangenlänge mit dem Untersuchungszeitraum generiert. Der ausgegebene Qualitätsfaktor kann mit Hilfe der Tabelle 3-1 aus Kapitel beurteilt werden. Der Hochrechnungsfaktor wird aus gleichen Modellzügen errechnet, indem der Belegungsgrad stufenweise geändert wird, bis die mittlere Länge der Warteschlange im TFK der maßgebenden gleichkommt, und stellt einen Faktor dar, um den die Fahrtenanzahl im Knoten verändert werden soll Seite 68

69 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools (angenommen, das Zugmischungsverhältnis bleibt dabei konstant). Zur besseren Übersicht der Ergebnisse, können die wichtigsten Kenngrößen im Diagramm (2) dargestellt werden. (3) (2) (1) (4) Abbildung 4-17: Leistungsfähigkeitsrechnungsfenster in ANKE Mit Hilfe der Auswahlschalter (3) im Fenster oben rechts kann eingestellt werden, welche Kennzahl in welcher Phase (Fahrplan oder Betrieb) angezeigt werden soll. Die gelbe Säule im Hintergrund am rechten Rand des Diagramms entspricht sodann dem am stärksten befahrenen TFK und stellt seinen Ausschlussgrad dar. Die braune Säule im Vordergrund steht für seine ermittelte Belastung, je nachdem welche Anzeigeart eingeschaltet ist. Unten in (4) wird die Tagesgangliniengrafik des TFK angezeigt. Tagesganglinien erläutern, wie viele Züge welcher Gattung den TFK in jeder Tagesstunde befahren. Die Pfeile unten auf der Skala und der gelbe Vorhang deuten den Untersuchungszeitraum an, für den die Leistungsfähigkeitsrechnung stattgefunden hat. Der Untersuchungszeitraum kann verändert werden, indem die Pfeile mit der linken Maustaste angefasst und zu der gewünschten Stundenzahl gezogen werden. Um verlässliche Ergebnisse zu erzielen, sollte der Untersuchungszeitraum Seite 69

70 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools mindestens fünf Stunden umfassen. Nach jeder Veränderung muss die Wartezeitenrechnung mit dem Befehl Neu rechnen aktualisiert werden. Die Rechnungsergebnisse beziehen sich dann auf den neuen Tagesabschnitt, was in allen Ausgabequellen angekündigt wird. Weiterhin ist es möglich, sich in separaten Fenstern die Wartezeiten anzeigen zu lassen. Abbildung 4-18 zeigt dazu zunächst die betriebsstellenbezogenen Wartezeiten. Aus der linken Auswahlliste kann eine Betriebsstelle ausgewählt werden, dessen Wartezeiten dann rechts getrennt nach Fahrplan und Betrieb ausgewiesen werden. Es ist dabei zu beachten, dass hier nicht nur jene Fahrten aufgelistet sind, die tatsächlich an einer Warteposition stehen würden, sondern auch in dieser Betriebsstelle einbrechende Fahrten, die in Wirklichkeit außerhalb des Streckenabschnittes warten. Es werden aber nur Wartezeiten berücksichtigt, die in den TFK entstehen. Wartezeiten auf Einfahrt in Gleisgruppen (Gleisgruppenwartezeiten) sind in dieser Aufstellung nicht berücksichtigt [14]. Abbildung 4-18: Betriebsstellenbezogene Wartezeiten in ANKE Wie in Abbildung 4-19 ersichtlich, besteht weiterhin noch die Möglichkeit, auch die zugbezogenen Wartezeiten in den einzelnen TFK heranzuziehen. Analog Seite 70

71 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools kann auch hier aus einer linken Auswahlliste ein TFK ausgewählt werden, dessen Wartezeiten dann rechts (wiederum getrennt nach Fahrplan und Betrieb) ausgewiesen werden. Abbildung 4-19:TFK-bezogene Wartezeiten in ANKE 4.3 Programm BABSI Das Programm BABSI (Bahnbetriebssimulation) ist ein mikroskopisches Simulationsverfahren, das für eine ganze Reihe unterschiedlicher Aufgaben eingesetzt werden kann. Sowohl die Bemessung von Eisenbahninfrastruktur als auch die Validierung neuer Fahrplan- und Betriebskonzepte ist möglich. BABSI ist dabei für beliebige Netzstrukturen mit ein- und zweigleisigen Strecken geeignet. Dabei verfügt das Programm über eine Stufe der Simulation der Fahrplanerstellung sowie über die Stufe der Betriebsabwicklung. Mit Hilfe dieses Simulationsverfahrens können vorhandene Konflikte nicht nur erkannt, sondern auch gelöst werden. Hierzu berechnet BABSI alternative Konfliktlösungen und realisiert die jeweils beste Alternative. Neben diesen Standardsimulationsmodi kann BABSI auch zur Lösung von Einzelkonflikten durch Erzeugung von Konfliktlösungsvorschlägen, zur Suche nach freien Einzeltrassen in bestehenden Fahrplänen (Trassensuche), aber auch für ein kapazitätsschonendes Einlegen Seite 71

72 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools mehrerer Zugtrassen eingesetzt werden. Zur Bewertung der Simulationsergebnisse werden die planmäßige Wartezeit (Simulation der Fahrplanerstellung) und die außerplanmäßige Wartezeit (Simulation der Betriebsabwicklung) verwendet. Die jeweils zugbezogenen Einzelwerte können dabei nach Zuggattungen und Betriebsstellen zusammengefasst werden. BABSI basiert dabei analog zu ANKE auf dem Infrastrukturmodell SPURPLAN, welches die erforderlichen Infrastrukturkomponenten bereitstellt. Wie der Abbildung 4-20 zu entnehmen ist, unterscheidet sich das BABSI- Projektfenster im grundsätzlichen Aufbau nicht von denen der anderen beiden Tools. Wieder finden sich einige Aktionsschalter (1) sowie die Möglichkeit einer Projektdokumentation (2). (1) (2) Abbildung 4-20: Projektfenster in BABSI Zugfahrten Im Gegensatz zu ANKE werden in BABSI keine Modellzüge generiert, sondern einzelne Zugfahrten. Das hat den Hintergrund, dass hier nicht mehr Zugströme betrachtet werden, sondern jede Zugfahrt für sich über seinen gesamten Laufweg hinweg. In Abbildung 4-21 ist das Eingabefenster für die Zugcharakteristik zu sehen. Obwohl es im ersten Moment so scheint, als handele es sich hierbei um das gleiche Fenster wie in ANKE, sind doch kleine Unterschiede vorhanden. Seite 72

73 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Abbildung 4-21: Zugcharakteristik in BABSI Zunächst fehlt der Button Verkehrszeiten und damit verbunden die Angabe über die Anzahl der Modellzüge. Dies erklärt sich damit, dass es sich hierbei wie bereits erwähnt um eine Zugfahrt handelt. Stattdessen findet sich die Möglichkeit, Angaben zu den Verkehrstagen innerhalb einer Fahrplanperiode zu machen. Weiterhin fehlen Angaben zum Verspätungsniveau des Zuges. Diese entfallen jedoch nicht. Das Fenster der Zugcharakteristik wurde dafür um die Schaltfläche Simulationsparameter erweitert, mit welcher das in Abbildung 4-22 folgende Dialogfenster geöffnet wird. Hier wird die Verspätungsverteilung definiert, indem für jede Zugfahrt die Wahrscheinlichkeit des Eintretens einer Einbruchsverspätung und die mittlere Verspätung angegeben wird. Des Weiteren werden hier die bei der Konfliktlösung zu berücksichtigen Prioritäten der Zugfahrten festgelegt. Als Vorzugswerte schlägt BABSI aus den Zuggattungen abgeleitete Ränge vor. Seite 73

74 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Abbildung 4-22: Simulationsparameter eines Zuges Da bei der Auswertung der Simulationsläufe nicht nur die Verspätungsentwicklung der einzelnen Zugfahrten von Interesse ist, besteht durch die Eingabe der zweiteiligen Zugfamilie (xxxx-yyy) in Abbildung 4-21 eine Möglichkeit der Gruppierung. Der erste Teil der Nummer (xxxx) definiert die Zugfamilie, d. h. so können Züge einer Richtung mit gleicher Zugcharakteristik zusammengefasst werden. Der zweite Teil der Nummer (yyy) ermöglicht die Zuordnung zu einer Strecke. Die Auswertung und Aufbereitung dieser Ergebnisse erfolgt (teil-) automatisiert mit einem am Verkehrswissenschaftlichen Institut der RWTH Aachen entwickelten Auswertungstool. Die restlichen Eingaben entsprechen dem des Eingabefensters aus ANKE und werden darum nicht nochmals erläutert Fahrplankonstruktion Das in Abbildung 4-23 abgebildete Fenster Fahrplankonstruktion ist das zentrale und wichtigste Fenster, mit dem nahezu alle Änderungen an den Fahrplandaten eines Projekts vorgenommen werden können. Dazu finden sich wiederum einige Aktionsschalter (1). In der Tabelle (2) sind alle bereits angelegten Züge aufgelistet und daneben die Zugcharakteristik des aktuell markierten Zuges. Weiterhin sind für diesen Zug eine Laufwegliste (3) mit den Fahrplanzeiten und eine Aufstellung aller in einer Betriebsstelle möglichen Seite 74

75 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Fahrwege (4) vorhanden. In der Mitte des Fensters ist schematisch die Grafik der Infrastruktur (5) abgebildet. Ist ein Zug in der Auswahlliste (2) markiert, wird hier sein Laufweg rot eingezeichnet. Der in der Liste (4) ausgewählte Fahrweg wird dabei mit gelb kenntlich gemacht. (1) (2) (3) (4) (5) (6) Abbildung 4-23: Fahrplankonstruktionsfenster in BABSI Der Verlauf der einzelnen Zugtrassen wird weiterhin in dem Zeit-Weg-Diagramm (6) mit den dazugehörigen Sperrzeitentreppen dargestellt. Die Trasse des in (2) markierten Zuges wird im Diagramm dadurch hervorgehoben, dass dessen Sperrzeitentreppe schwarz ist. Konflikte zwischen zwei Zügen werden automatisch erkannt und rot hervorgehoben. Um Konflikte zu beseitigen, können die Fahrpläne der konstruierten Züge zeitlich und örtlich verändert werden. Bei den örtlichen Veränderungen besteht vor allem die Möglichkeit, die Betriebsstellen- und Haltreihung zu verändern oder in einer Betriebsstelle einen anderen Fahrweg zu wählen. Die zeitlichen Veränderungen können durch Biegen oder Verschieben vorgenommen werden. Biegen bedeutet dabei das Verlängern der Fahrzeit über die durch die Fahrzeitrechnung ermittelte Zeit hinaus. Beim Verschieben wird die gesamte Trasse in eine andere Zeitlage versetzt. Seite 75

76 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Simulation In den nachfolgenden Unterkapiteln wird zunächst auf die Konfliktlösungsstrategien von BABSI und anschließend auf deren mögliche Anwendungsfelder eingegangen. Anschließend wird erläutert, wie die Simulationsergebnisse bereitgestellt bzw. ausgewertet werden Simulationsstrategie Zur Beschreibung des Kapazitätsverbrauchs durch die einzelnen Zugfahrten verwendet BABSI die Sperrzeiten. Dabei werden die Ränge der einzelnen Fahrten berücksichtigt und die Zugtrassen entsprechend dieser Prioritäten nacheinander in das Fahrplanblatt eingelegt. Die auftretenden Konflikte werden sukzessive nach den in Abbildung 4-24 aufgezeigten Phasen gelöst. Abbildung 4-24: Phasen der Konfliktlösung in BABSI [10] Es ist ersichtlich, dass mehrere Konfliktlösungen generiert werden und am Ende die beste ausgewählt wird. Dazu ist der Ablauf einer Konfliktlösung in Abbildung 4-25 dargestellt. Zunächst bestimmt der Algorithmus den aktuellen Überholabschnitt. Das ist erforderlich, damit neue Laufwegvarianten keine neuen Seite 76

77 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Konflikte in rückliegenden Überholabschnitten hervorrufen. Dann wird die Haltzeitverlängerung ermittelt, die notwendig ist, um den Konflikt zu lösen. Liegt diese über dem vom Anwender vorgegebenen Grenzwert (Grenze 1), werden im aktuellen Überholabschnitt alternative Laufwege und Halte bestimmt. Abbildung 4-25: Ermittlung der Konfliktlösungen für einen Zug [10] Kann der Konflikt damit noch nicht gelöst werden, wird der Überholabschnitt - sofern dies möglich ist - erweitert und erneut versucht eine Lösung zu generieren. Ist dann immer noch keine Lösung mit einer Haltzeitverlängerung unter einem weiteren festgelegten Grenzwert (Grenze 2) gefunden, werden Betriebshalte ermittelt, soweit diese zulässig sind. Wird der Konflikt mit allen genannten Seite 77

78 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Ansätzen nicht zufrieden stellend gelöst, kann diese Fahrt nicht realisiert werden. Der Zug wird nicht eingelegt und an das Ende des Fahrplanblatts geschoben. Vor dem Start einer Simulation müssen dem Programm die gewünschten Konfliktlösungsparameter über das in Abbildung 4-26 zu sehende Dialogfenster mitgeteilt werden. Abbildung 4-26: Konfliktlösungsparameter in BABSI Suchweite bei Umleitungen Falls der betrachtete Zug in der Konfliktbetriebsstelle weder einen Halt hat, noch in dieser Betriebsstelle startet oder endet, so kann ein alternativer Laufweg gesucht werden, der die Konfliktbetriebsstelle selbst nicht durchläuft. Die Anzahl von Betriebsstellen des abweichenden Startfahrweges von der Konfliktbetriebsstelle kann durch den hier beschriebenen Parameter vorgegeben werden. Seite 78

79 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Grenze zur Suche nach alternativen Laufwegen Diese Grenze beschreibt die in Abbildung 4-25 aufgeführte Grenze 1. Sie bezieht sich auf die Beförderungszeitverlängerungen der zuvor betrachteten Konfliktlösungsalternativen. Nur wenn die minimale Haltzeitverlängerung über dieser Grenze liegt, werden wie bereits erwähnt, alternative Laufwege ermittelt. Anzahl bei Suche nach alternativen Laufwegen Hier kann die Anzahl der alternativen Laufwege festgelegt werden, die im Rahmen der Konfliktlösung betrachtet werden sollen. Grenze zur Suche nach Betriebshalten Diese Grenze beschreibt die in Abbildung 4-25 aufgeführte Grenze 2. Sie bezieht sich ebenfalls auf die Beförderungszeitverlängerung der zuvor betrachteten Konfliktlösungsalternativen. Sind für den betrachteten Zug Betriebshalte als Konfliktlösung zulässig, werden diese nur ermittelt, wenn alle bisherigen Verlängerungen über diesem Grenzwert liegen. Maximale Haltzeitverlängerung Um eine sinnvolle Konfliktlösung zu erzielen, ist es hier möglich, die Haltezeitverlängerung auf ein Maximum zu begrenzen. Daneben können weitere Funktionalitäten eingegeben werden. Zunächst besteht die Möglichkeit, abweichend vom streng hierarchischen Vorgehen den so genannten partiellen Vorrang zu berücksichtigen. Hierdurch kann vermieden werden, dass bei einem Konflikt zwischen einem vorausfahrenden niederrangigen Zug und einem nachfolgenden hochrangigen Zug, der Zug mit der niedrigeren Priorität um viele Minuten verspätet wird, obwohl bei dem Zug mit der höheren Priorität nur eine minimale Haltzeitverlängerung erforderlich wäre. Die dazugehörigen Parameter werden an dieser Stelle jedoch nicht weiter ausgeführt. Interessanter hingegen sind die letzten vier Funktionalitäten aus dem Dialogfenster in Abbildung Seite 79

80 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Dispositionszeiten beachten Durch die Aktivierung dieser Funktion werden Regel-, Fahrzeit- und Haltzeitverlängerungen zum Verspätungsabbau genutzt. Dies wird auch beachtet, wenn der verspätete Zug an keinem Konflikt beteiligt ist. Betriebshalte bei gleichrangigen Güterzügen betrachten Im realen Betrieb kommt es selten vor, dass ein Güterzug einen gleichrangigen Güterzug überholt. Für ggf. auftretende Spezialfälle ist diese Funktion bei Bedarf trotzdem zuschaltbar. Abbringer von Kopfmachenden Zügen verschieben Kopfmachende Züge werden im Simulationsprogramm BABSI durch zwei voneinander abhängige Zugfahrten abgebildet. Durch die Aktivierung dieser Funktion ist es möglich, eine aufgetretene Beförderungszeitverlängerung des Zubringerzuges auf den Abbringerzug zu übertragen. Verschieben am Einbruch immer möglich Mit der Aktivierung dieser Funktion lässt sich die Gesamtsumme der Wartezeiten reduzieren. Allerdings setzt sie implizit eine entsprechende Warteposition außerhalb des Simulationsbereiches voraus Simulationsmodi In BABSI stehen insgesamt vier unterschiedliche Simulationsmodi zur Verfügung. Diese können in dem in Abbildung 4-27 ersichtlichen Dialogfenster ausgewählt bzw. eingestellt werden. Lösungsvorschläge für einen Konflikt Ausgehend von einem erkannten Konflikt berechnet BABSI unter Beachtung der Prioritäten der Züge mögliche Konfliktlösungen. Über den zuschaltbaren Demomodus kann diese dem Bearbeiter schrittweise im Detail vorgestellt werden. Wird der Vorschlag akzeptiert, ist der Konflikt entsprechend gelöst. Seite 80

81 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Abbildung 4-27: Simulationsparameter in BABSI Trassensuche für den aktuellen Zug Soll ein neuer Zug in ein Fahrplanblatt eingelegt werden, so wird für diesen ausgehend von seiner Wunschtrassenlage die nächste freie Trasse gesucht. Die vorhandenen Belegungen anderer Züge werden dabei ebenso wie die geforderten Pufferzeiten berücksichtigt. Dieser Modus ist insbesondere zur Vergabe von im Fahrplan ungenutzter Trassenkapazität an einen Sonderzug oder eine andere kurzfristig einzulegende Fahrt gedacht. Der Zug wird dabei mit der geringsten Priorität eingelegt. Die dabei eventuell auftretenden Konflikte werden ausschließlich durch Veränderungen an der neuen Trasse gelöst. Simulation der Fahrplanerstellung Im Rahmen der Simulation der Fahrplanerstellung wird die Trassenvergabe unter Berücksichtigung der Prioritäten der Züge und der vorgegebenen Pufferzeiten nachgebildet. Ausgehend von den Wunschabfahrtszeiten der Trassenbestellungen werden die einzelnen Zugfahrten entsprechend ihrer Priorität nacheinander eingelegt. Ist für alle Züge die gleiche Priorität festgelegt, werden die entstandenen Konflikte in ihrer zeitlichen Reihenfolge gelöst. So ist es möglich, einen konfliktfreien Fahrplan zu generieren, welcher die Grundlage für eine spätere Betriebsabwicklung ist. Die bei der Konfliktlösung entstandenen planmäßigen Wartezeiten werden protokolliert Seite 81

82 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools und können für weitere Analysen verwendet werden. Simulation der Betriebsabwicklung Mit diesem Simulationsmodus kann die Stabilität eines bestehenden Fahrplans im Betriebsablauf überprüft werden. Auch hier kommt die automatische Konfliktlösung von BABSI zum Einsatz. Um reale betriebliche Rahmenbedingungen nachzubilden, werden zufällige Verspätungen in Form von Einbruchsverspätungen in einen existierenden Fahrplan eingespielt und die resultierenden Konflikte unter Beachtung der Prioritäten der einzelnen Zugfahrten gelöst. Pufferzeiten müssen im Rahmen dieser Betrachtung nicht eingehalten werden. Diese Reserven können hier zum Verspätungsabbau genutzt werden. Aus den resultierenden außerplanmäßigen Wartezeiten ist es möglich, Rückschlüsse auf die Stabilität des ursprünglichen Fahrplans zu ziehen. Allerdings sind zur statistischen Absicherung der Ergebnisse mehrere Simulationsläufe (mindestens 100) mit jeweils zufällig erzeugten Verspätungen erforderlich. Dazu gibt es in BABSI die Möglichkeit einer Mehrfachsimulation. Wie in Abbildung 4-28 ersichtlich, kann über den entsprechenden Aufruf diese konfiguriert bzw. gestartet werden. Abbildung 4-28: Mehrfachsimulation in BABSI Hier kann zwischen einer Betriebssimulation oder der Simulation einer Fahrplanerstellung gewählt werden. Neben der Anzahl der gewünschten Seite 82

83 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Simulationsläufe werden dabei noch weitere Eingaben gefordert. Dazu gehört der Pfad, an welchen die Protokolldateien gespeichert werden sollen, Parameter für kopfmachende Züge sowie die Bestimmung einer Zufallszahl. Mit Hilfe einer Zufallszahl wird der Zufallsgenerator gestartet und die Verspätungswerte der einzelnen Züge ermittelt. Wie ersichtlich, können diese wahlweise immer neu erzeugt oder feststehend vorgegeben werden Simulationsergebnisse Nach einem Simulationslauf gibt es im Wesentlichen zwei Möglichkeiten, Ergebnisse zu erhalten. Zunächst öffnet sich nach einem einmaligen Simulationslauf in BABSI das in Abbildung 4-29 ersichtliche Ausgabefenster. Abbildung 4-29: Simulationsergebnisse in BABSI Hier finden sich neben den eingestellten Simulationsparametern die zugbezogenen und betriebsstellenbezogenen Wartezeiten, die im Rahmen der Simulation entstanden sind. Eine weitere Möglichkeit ist die Nutzung des am Verkehrswissenschaftlichen Seite 83

84 4. Vorstellung der verwendeten Software-Tools Institut der RWTH Aachen entwickelten Tools zur Auswertung der Simulationsläufe. Dieses wertet die von BABSI erzeugten XML-Dateien aus. Neben der Auswertung der einzelnen Simulationsläufe fasst das Tool auch die Ergebnisse aller Simulationsläufe zusammen. Die Simulationsergebnisse werden für die verschiedenen Linien zusammengefasst. Die Ergebnisdarstellung erfolgt durch die Darstellung der Verspätungsentwicklung über alle Betriebsstellen des Laufwegs. Dazu werden die Mittelwerte und die Pünktlichkeitswerte sowie die Quantile in Excel-Tabellen ausgegeben. Die erzeugten Tabellen liefern Verspätungswerte für die Ankünfte und Abfahrten in den einzelnen Betriebsstellen. Darüber hinaus erzeugt BABSI eine Protokolldatei, die automatisch auf der Festplatte des verwendeten Rechners gespeichert wird. Mit dessen Hilfe lassen sich die einzelnen Simulationsläufe nachvollziehen. Für jeden Konflikt werden alle betrachteten Konfliktlösungen aufgelistet und die ausgewählte Lösung angegeben. Beispielhaft ist dazu in Abbildung 4-30 ein Auszug aus einer solchen Datei zu sehen. Abbildung 4-30: Auszug aus einer BABSI-Protokolldatei Seite 84

85 5. Durchführung der Leistungsfähigkeitsuntersuchung 5. Durchführung der Leistungsfähigkeitsuntersuchung 5.1 Umfang Der räumliche Umfang der Untersuchungen erstreckt sich auf alle öffentlichen Streckengleise im Bereich Salzgitter. Der Untersuchungsraum beginnt im Norden mit dem Ügbf Beddingen und endet im Süden mit dem Ügbf Salzgitter-Bad. Alle auf dieser Relation vorhandenen Anschlüsse, Anschlussbahnen und Bahnhöfe werden - mit Ausnahme des Bahnhofs Hütte Süd - lediglich als Ein- und Ausbrechpunkte modelliert. Der Bahnhof Hütte Süd wird regelmäßig für Überholungen und Kreuzungen von Zügen genutzt, weshalb eine alleinige Abbildung als Ein- bzw. Ausbrechpunkt falsch wäre. Da der größte Teil dieser Bahnhofsanlage ständig durch Güterwagen besetzt ist, werden nicht alle vorhandenen Gleisanlagen nachgebildet. Eine weitere Besonderheit stellt die Anschlussbahn III (Werkshafen) dar. Obwohl sie wie im Anhang 8.1 ersichtlich als Anschlussbahn konzipiert ist, wird sie aufgrund ihrer Lage im Netz regelmäßig für Durchfahrten genutzt. Dadurch entsteht eine weitere Verbindung zwischen den oben genannten Übergabebahnhöfen. Aus diesem Grund wird auch diese (nichtöffentliche) Fahrmöglichkeit bei den Untersuchungen berücksichtigt. Der zeitliche Umfang ist unterschiedlich. In Bezug auf das Betriebsprogramm werden Daten aus der Woche vom bis zu Grunde gelegt. Hinsichtlich des Transportaufkommens werden Daten aus dem Zeitraum vom bis herangezogen. 5.2 VPS-Besonderheiten Die Entwicklung und Anwendung eisenbahnbetriebswissenschaftlicher Software- Tools orientiert sich in der Regel nach den Gegebenheiten großer Eisenbahnen, wie beispielsweise der DB AG. Im Vergleich zu kleineren Bahnen, wie Werks- Gruben- oder Anschlussbahnen gibt es aber durchaus Abweichungen, welche sich sowohl auf die Infrastruktur als auch auf die Betriebsabwicklung beziehen. So gibt es auch bei VPS einige Besonderheiten, welche beim Einsatz der vorgestellten Programme berücksichtigt werden müssen. Seite 85

86 5. Durchführung der Leistungsfähigkeitsuntersuchung Besonderheiten bei der Anwendung von SPURPLAN Bei der Nachbildung des zu untersuchenden VPS-Streckennetzes gab es einige Besonderheiten, die nachfolgend genauer erläutert werden: Signalisierung Auf den untersuchten Strecken gibt es überwiegend Lichtsperrsignale und einige Hauptsignale. Bis auf eine Ausnahme haben die Hauptsignale dabei keine Vorsignale, sondern lediglich eine im Bremswegabstand aufgestellte Vorsignaltafel. Weiterhin finden sich Wartezeichen und Trapeztafeln. Diese Signale haben (wie üblich) keine Vorsignalisierung. In SPURPLAN ist jedoch eine Signalisierung im klassischen Haupt-Vorsignal-System vorgesehen. Aus diesem Grund werden alle vorweg genannten Signalarten als Hauptsignal abgebildet. Damit einher geht jedoch die Notwendigkeit, zu jedem Hauptsignal auch ein Vorsignal zu generieren. Dies ist erforderlich, damit die verwendeten Programme einen Wegpunkt haben, an dem die Bremsung eines Zuges simuliert werden kann, wenn dieser an einem (Haupt)Signal halten muss. Ist bereits ein Hauptsignal in der Realität vorhanden, so wird das Vorsignal am Standort der Vorsignaltafel aufgestellt. Bei den anderen Signalen wird der Bremswegabstand aufgrund der örtlichen Höchstgeschwindigkeit, der Sichtverhältnisse auf den Signalschirm und der betrieblichen Erfahrung abgeschätzt, und der (imaginäre) individuell ermittelte Vorsignalstandort in SPURPLAN abgebildet. Güterzughalteplätze Bei VPS finden sehr oft kopfmachende Fahrten statt, die ihre Fahrtrichtung aufgrund der örtlichen Lage der Anschlüsse mitten auf der freien Strecke ändern. An diesen Stellen werden dann Güterzughalteplätze eingerichtet, die eigentlich für haltende, beginnende oder endende Güterzüge (i. d. R. in Bahnhöfen) gedacht sind, um bspw. einen anderen (schnelleren) Zug überholen zu lassen. Für jede Stelle, an der die Fahrtrichtung im Netz gewechselt wird, ist je ein Halteplatz für die endende und beginnende Fahrt(richtung) notwendig. Seite 86

87 5. Durchführung der Leistungsfähigkeitsuntersuchung Geschwindigkeiten Die Geschwindigkeiten für die einzelnen Strecken können den bei VPS existierenden Geschwindigkeitsheften entnommen und in der Infrastruktur hinterlegt werden. Problematisch sind jedoch die Geschwindigkeiten an den Ein- und Ausbrechpunkten. Zwar ist innerhalb dieser Anschlüsse in der Regel eine Höchstgeschwindigkeit festgelegt, aufgrund der örtlichen Gegebenheiten wird sie in der Praxis unter Umständen aber gar nicht erreicht. Aus diesem Grund wird auch hier wieder auf Basis betrieblicher Erfahrungswerte die realistische Geschwindigkeit modelliert. Auf eine solche Ein- und Ausbrechgeschwindigkeit kann übrigens nicht verzichtet werden, weil ein Zug sonst mit der zulässigen Streckengeschwindigkeit in einen Anschluss fahren, bzw. mit seiner zulässigen Höchstgeschwindigkeit aus diesen ausbrechen würde. Widerstände Es werden lediglich die Neigungen bzw. Steigungen in SPURPLAN abgebildet. Bogen- und Tunnelwiderstände werden aufgrund der geringen Fahrgeschwindigkeiten im VPS-Netz nicht berücksichtigt. Im Anhang 8.3 ist ein makroskopischer Übersichtsplan der nachgebildeten VPS-Infrastruktur zu finden und im Anhang 8.8 die dazugehörigen mikroskopischen Detailansichten Besonderheiten bei der Anwendung von ANKE und BABSI Wie schon im Kapitel 2.4 beschrieben, ist die Betriebsdurchführung an keinen konkreten Fahrplan gebunden, sondern richtet sich nach den Erfordernissen der Kunden. Lediglich die Zugfahrten im Wechselverkehr mit der DB AG haben Zeitfenster, die eine Regelmäßigkeit aufweisen. Damit verbunden ist ein täglich wechselndes Betriebsprogramm. Nicht nur die Zeitpunkte der Fahrten können dabei variieren, sondern auch die Anzahl der Fahrten und die möglichen Relationen. So gibt es Kunden, die jeden Tag zu einem anderen Zeitpunkt bedient werden müssen, andere wiederum nur ein- bis zweimal in der Woche. Diese Umstände werden in den Programmen folgendermaßen implementiert: Seite 87

88 5. Durchführung der Leistungsfähigkeitsuntersuchung In ANKE werden die Zugfolgefälle zur Abbildung der wechselnden Zeitpunkte als fahrplanunabhängig definiert und die Ankunftsabstände als zufällig vorgegeben (vgl. Kapitel 4.2.5). Damit sind keine genauen Abfahrtszeiten mehr erforderlich. In BABSI werden die wechselnden Zeitpunkte dadurch berücksichtigt, dass die Verspätungswahrscheinlichkeit entsprechend hoch gesetzt und die dazugehörige mittlere Verspätung angepasst wird. Dabei wurden zwei Klassen gebildet: Für Fahrten, die ausschließlich im Werk verkehren, ist eine Verspätungswahrscheinlichkeit von 100 % und eine mittlere Verspätung von 59 Minuten (max. einstellbarer Wert) determiniert; für Fahrten von und zu den Übergabebahnhöfen ist eine Verspätungswahrscheinlichkeit von 60 % und eine mittlere Verspätung von 30 Minuten festgelegt. Dieser Parameter ist aus der Richtlinie 405 (Fahrwegkapazität) der DB AG übernommen. So entsteht in jeder simulierten Schicht ein neues Fahrplanblatt, welches den Verhältnissen bei VPS möglichst nahe kommen soll. Die unterschiedliche Anzahl der Fahrten und Relationen kann in beiden Tools nur durch die Betrachtung unterschiedlicher Schichten abgebildet bzw. berücksichtigt werden. Aufgrund des bei VPS nicht vorhandenen Fahrplans entsteht bei der Anwendung eisenbahnbetriebswissenschaftlicher Verfahren folgendes Problem: Es ist nicht genau bekannt, in welchem Umfang die zu untersuchende Infrastruktur durch Fahrtbewegungen genutzt wird. Im Betriebsinformationssystem sind zwar Rangieraufträge hinterlegt, mit denen die Transportströme nachvollzogen werden können, jedoch ist der Laufweg einer Fahrt nicht ersichtlich. Hinzu kommt, dass Triebfahrzeugfahrten dort überhaupt nicht dokumentiert werden. Daher kann diese Datenquelle nicht für die Ermittlung der momentanen Infrastrukturbelastung genutzt werden. Stattdessen werden die Aufschreibungen des Stellwerkes HS herangezogen. Dort werden alle durchgeführten Zug- und Rangier- (strecken)fahrten dokumentiert. Daher wurde das Stellwerkspersonal angewiesen, für den betrachteten Zeitraum die fahrdienstlichen Aufschreibungen dahingehend zu ergänzen, dass der Laufweg jeder Fahrt zweifelsfrei Seite 88

89 5. Durchführung der Leistungsfähigkeitsuntersuchung nachvollzogen werden kann. Die Ergebnisse der daraus ausgezählten Netzbelastung finden sich im Anhang 8.9 und bilden die Grundlage für alle weiteren Untersuchungen. Eine weitere Schwierigkeit stellen die erforderlichen Zugcharakteristiken dar. Aufgrund der ständig wechselnden Anforderungen einiger Kunden können z. B. die Anzahl der transportierten Güterwagen oder die damit verbundenen Anhängelasten variieren. Dieser Umstand kann nur durch eine Mittelwertsbildung berücksichtigt werden. Dazu wurden über einen Zeitraum von drei Wochen im April 2007 alle Transportströme aus dem Betriebsinformationssystem ausgelesen und den einzelnen Relationen zugeordnet. Die dabei ermittelten Parameter sind im Anhang 8.10 zu finden und werden beim Anlegen eines neuen (Modell)Zuges herangezogen. Die letzte Besonderheit stellen die Ränge bzw. Prioritäten der Fahrten dar (vgl. Kapitel und 4.3.1) Bei VPS gibt es bis auf wenige Ausnahmen kaum priorisierte Zugfahrten. Lediglich die Zugfahrten zu den Übergabebahnhöfen (verkehren ab dort mit Fahrplan) und der beladene Erzzug vom Ügbf Beddingen (darf aufgrund seines hohen Gewichtes und den vorhandenen Steigungen im VPS-Netz nicht zum Stehen kommen) werden bevorzugt behandelt. Für diese Fahrten sind innerhalb der Programme besondere Ränge festgelegt worden. Bei einem nicht unerheblichen Anteil der Fahrten handelt es sich jedoch um kopfmachende Einheiten. Dabei existiert in BABSI folgendes Problem: Kopfmachende Fahrten werden als zwei einzelne Zugfahrten abgebildet, die nacheinander eingelegt werden. Damit die Abhängigkeit dieser beiden Einheiten bei der Konfliktlösung jedoch korrekt berücksichtigt wird, müssen sich Zu- und Abbringerzug in ihrer Priorität von den anderen Zügen unterscheiden und in einer eigenen Rangstufe in das Fahrplanblatt eingelegt werden. Wird dies nicht beachtet, kann der Fehler auftreten, dass BABSI bei der Konfliktlösung die vermeintlich freie Trasse nutzt, welche zwischen Zu- und Abbringerzug liegt. Alle kopfmachenden Fahrten erhalten daher eine Priorität, die (mit Ausnahme der beiden oben genannten Zugarten) über denen der restlichen Fahrten auf dem Netz liegt. So ist sichergestellt, dass keine Trassen genutzt werden, die in der Realität durch einen stehenden (kopfmachenden) Zug besetzt sind. Seite 89

90 5. Durchführung der Leistungsfähigkeitsuntersuchung 5.3 Ergebnisse des Ist-Zustands Mit Hilfe der vorgestellten Tools werden sowohl der Ist-Zustand als auch einige Szenarien untersucht. Im Folgenden finden sich zunächst die Ergebnisse zu den beiden aufkommensstärksten Schichten aus der 16. Kalenderwoche 2007 (vgl. Anhang 8.9). Im nächsten Kapitel werden dann die Resultate einiger Szenarien vorgestellt und miteinander verglichen. Jede betrachtete Schicht umfasst dabei einen Zeitraum von acht Stunden Ergebnisse Frühschicht In Abbildung 5-1 ist das Ergebnis der automatischen TFK-Abgrenzung durch ANKE im nachgebildeten Netz zu sehen. Jeder der 12 gefundenen TFK wird dabei zunächst in türkiser Farbe eingefärbt Abbildung 5-1: TFK Abgrenzung in ANKE Seite 90