Schwellenbesohlung. ein Beitrag für einen nachhaltigeren und kostengünstigeren Oberbau. Peter Veit 21. Oktober 2011 Schwarzenberg.

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Evagret Krüger
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1 Technische Universität Graz Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft Schwellenbesohlung ein Beitrag für einen nachhaltigeren und kostengünstigeren Oberbau Peter Veit 21. Oktober 2011 Schwarzenberg

2 Forschung im System Bahn aktuelle Probleme: Verfügbarkeit, Instandhaltbarkeit Lösung: NACHHALTIGKEIT technisch und wirtschaftlich Qualitätsverhalten Lebenszykluskosten Forschung im System Bahn

3 Warum Qualität? Qualität beginnt beim Menschen, nicht bei den Dingen. Wer hier einen Wandel herbeiführen will, muss zuallererst auf die innere Einstellung aller Mitarbeiter abzielen. Philip B. Crosby (ITT, US Defense Dept.) Qualität ist kein Zufall. Sie ist immer das Ergebnis angestrengten Denkens. John Ruskin (Professor in Oxford)

4 Warum Qualität? Es gibt kaum etwas auf dieser Welt, das nicht irgend jemand ein wenig schlechter machen und etwas billiger verkaufen könnte, und die Menschen, die sich nur am Preis orientieren, werden die gerechte Beute solcher Machenschaften. Es ist unklug, zu viel zu bezahlen, aber es ist noch schlechter, zu wenig zu bezahlen. Wenn Sie zu viel bezahlen, verlieren Sie etwas Geld. Das ist alles. Wenn Sie dagegen zu wenig bezahlen, verlieren Sie manchmal alles, da der gekaufte Gegenstand die ihm zugedachte Aufgabe nicht erfüllen kann. Das Gesetz der Wirtschaft verbietet es, für wenig Geld viel Wert zu erhalten. Nehmen Sie das niedrigste Angebot an, müssen Sie für das Risiko, das Sie eingehen, etwas hinzurechnen. Und wenn Sie das tun, dann haben Sie auch genug Geld, um für etwas Besseres zu bezahlen. John Ruskin ( , Professor in Oxford)

5 Qualitätsverhalten Gleis Ein gutes Gleis verhält sich gut, ein schlechtes verfällt schneller. Forschungsansatz Kostenfunktion Verschlechterungsrate hängt vom aktuellen Qualitätslevel ab Forschungsansatz Qualitätsverhalten Q (t) Q 0 b e t Betriebserschwerniskosten Investition + Instandhaltung = LCC

6 Qualitätsverhalten Gleis Datenbasis mehr 3 Millionen e-funktionen mit den zugehörigen spezifischen Gleisdaten Zeitreihen von 2000 bis heute ~ km durchgehende Hauptgleise des ÖBB Netzes (A und B1 Netz)

7 Qualitätsverhalten Gleis Datenbasis Maschineneinsätze Qualitätsverhalten

8 Analyse der Kostenaufteilung 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 100% Zusammensetzung der normalisierten Jahreskosten 120% 113% Gesamt LCC Abschreibung Betriebserschwerniskosten Instandhaltung Reduktion der Abschreibung durch 68% Verlängerung der Nutzungsdauer Reduktion der Betriebserschwerniskosten: bessere Planung, weniger Verkehr? 0% Basis 2007 Reduktion Liegedauerverlängerung der Instandhaltungskosten: Minimalinstandhaltung Liegedauerverlängerung durch durch Schwellenbesohlung Dauerlangsamfahrstellen bessere Komponenten, optimiertes Instandhaltungsregime Die Abschreibung ist der größte Kostenblock Strategien zur Verlängerung der Nutzungsdauer

9 Analyse der Kostenaufteilung 140% 120% 100% 100% Zusammensetzung der normalisierten Jahreskosten Gesamt LCC Abschreibung 120% 113% Betriebserschwerniskosten Instandhaltung 80% 60% 68% 40% 20% 0% Basis 2007 Liegedauerverlängerung durch Dauerlangsamfahrstellen Minimalinstandhaltung Liegedauerverlängerung durch Schwellenbesohlung Nutzungsdauerverlängerung auf Kosten der Qualität (Langsamfahren) ist unwirtschaftlich. Einsparungen in der Instandhaltung auf Kosten der Nutzungsdauer ist ebenfalls unwirtschaftlich.

10 Nutzungsdauer Unter der Annahme eines ausreichend dimensionierten modernen Gleises auf gutem Unterbau, funktionsfähiger Wasserableitung, ausreichender Schotterbettdicke, einem durchgehend verschweißten Gleis auf Betonschwellen und einer entsprechenden Instandhaltung wird die Nutzungsdauer des Gleises durch die Nutzungsdauer des Schotters limitiert. Unter Berücksichtigung der hohen wirtschaftlichen Bedeutung der Nutzungsdauer weisen Maßnahmen, die den Schotter schonen, daher ein sehr hohes wirtschaftliches Potential auf.

11 Technische Universität Graz Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft Besohlung Gleis

12 Wirkungsweise Besohlung Kontaktflächen Schwelle - Schotter nach Stopfen vor Stabilisieren 3% bis 5% bis 9% Kontaktflächen Schwelle - Schotter nach Stopfen und Stabilisieren Betonschwellen mit Besohlung bis 30%

13 Auswertung Schwellenbesohlung Gleis EIN Versuchsabschnitt Ausgangsqualität um 15% verbessert (nicht angesetzt) b-rate um 63% reduziert Stopfzyklus verlängert auf das 2,75-fache Nutzungsdauer + 38% Versuchsquerschnitte SLS 1308G 16 Querschnitte zeigen atypisches Verhalten: - bei 12 Querschnitten war entgegen den Daten einfach keine Schwellenbesohlung vorhanden - bei den verbleibenden 4 Querschnitten lag schlechter Unterbau vor Versuchsquerschnitte SLB 3007G Ausgangsqualität um 15% verbessert (daher jetzt sehr wohl angesetzt) b-rate um 63% reduziert Stopfzyklus verlängert auf das 2,75-fache Nutzungsdauer + 38%

14 Auswertung Schwellenbesohlung Gleis 140% 120% 100% 100% Zusammensetzung der normalisierten Jahreskosten Gesamt LCC Abschreibung 120% 113% Betriebserschwerniskosten Instandhaltung 80% 60% 68% 40% 20% 0% Basis 2007 Liegedauerverlängerung durch Dauerlangsamfahrstellen Minimalinstandhaltung Liegedauerverlängerung durch Schwellenbesohlung Nutzungsdauerverlängerung auf Kosten der Qualität (Langsamfahren) ist unwirtschaftlich. Einsparungen in der Instandhaltung auf Kosten der Nutzungsdauer ist ebenfalls unwirtschaftlich.

15 Auswertung Schwellenbesohlung Gleis Für andere Verkehrsbelastungen ergeben sich die gleichen Effekte.

16 Auswertung Schwellenbesohlung Gleis Variation der Radien Auf Grund der geringen Anzahl auswertbarer Querschnitte (rund 100) können die Ergebnisse von besohlten Gleisen in Bögen nicht als statistisch signifikant bezeichnet werden. Die untersuchten Querschnitte zeigen jedoch ein den geraden Abschnitten ähnliches Verhalten. Dieses führt zu fast identen Faktoren zur Verlängerung von Stopfintervall und Nutzungsdauer. In der Realität sind diese Verlängerungen nicht zur Gänze umsetzbar, da Stopfarbeiten in engen Bögen auch wegen Schienenwechsel erforderlich werden, ohne dass die Gleislage eine Stopfung erfordern würde. Damit ergeben sich in den Zyklen reduzierte Verlängerungen von Stopfzyklen und Nutzungsdauern. Dennoch ist immerhin eine Verdoppelung des Stopfzyklus realisierbar.

17 Auswertung Schwellenbesohlung Gleis Variation der Radien

18 Auswertung Schwellenbesohlung Gleis Variation der Besohlung Während die Auswertung des ursprünglichen Versuchsabschnittes auf einer Besohlung Sylomer SLS 1308G aufsetzt, basierten alle aktuellen netzweiten Auswertungen auf der derzeit standardmäßig eingebauten steiferen Besohlung Sylomer SLB 3007G. Auf Grund der geringer Anzahl der auswertbaren Querschnitte mit der Besohlung Sylomer SLS 1308G (von 172 waren 91 Querschnitte auswertbar) streuen die Ergebnisse stärker. Es zeigt sich, dass weichere Besohlungen den Stopfzyklus stärker verlängern (Faktor 3), mit weiteren positiven Effekten für die Nutzungsdauer.

19 Auswertung Schwellenbesohlung Gleis Die Graphik zeigt, dass bei schwerem Oberbau bei Gleisbelastungen bereits unter GesBt/Tag der Einsatz von Schwellenbesohlungen generell wirtschaftlich ist. Wirtschaftlichkeit ÖBB Betonschwellen ab GesBt/Tag Betonschwellen sind zu besohlen

20 Investitionsstrategie ÖBB Schwellenbesohlungen sind vorzusehen, bei Gleisbelastungen größer GesBt/Tag und/oder Radien kleiner 600 m und/oder zulässigen Geschwindigkeiten größer als 160 km/h wobei ein häufiger Wechsel von unbesohltem auf besohlten Oberbau zu vermeiden ist (Einzelfehler durch unterschiedliche Anfangssetzungen)

21 Technische Universität Graz Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft Besohlung Weiche

22 Auswertung Besohlung Weiche In Österreich gibt es bereits 400 besohlte Weichen in Hauptgleisen. EW E1 Be > GesBt/Tag, Gleis GesBt/Tag, Gleis GesBt/Tag, Gleis < GesBt/Tag, Gleis EW E1, Be > GesBt/Tag, Gleis GesBt/Tag, Gleis GesBt/Tag, Gleis < GesBt/Tag, Gleis

23 Auswertung Besohlung Weiche EW 1200: Verbesserung Q 0 = 51%, Verbesserung b = 40%

24 Auswertung Besohlung Weiche EW 500: Verbesserung Q 0 = 33%, Verbesserung b = 53%

25 Auswertung Besohlung Weiche Warum trotz höherer Anfangsqualität und niedrigerer Verschlechterungsrate nur relativ geringe Reduktionen der Lebenszykluskosten? Verbesserte Anfangsqualität wird sofort aufgebraucht und es wird immer ein zusätzlicher Herzwechsel zum Realisieren der verlängerten Liegedauer angesetzt UNGÜNSTIGSTER DENKBARER FALL Einsparungen jedenfalls > 16% Interner Zinssatz dennoch höher als beim Gleis! (Zusatzinvestition Besohlung verglichen zur Investition bei der Weiche wesentlich geringer als beim Gleis) Investitionsstrategie ÖBB: bei besohlten Abschnitten werden auch die Weichen im Hauptgleis besohlt

26 Technische Universität Graz Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit

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