Sanierung, Instandsetzung und Neubau im Lebenszyklus

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Arwed Bach
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1 Technische Universität Graz Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft Sanierung, Instandsetzung und Neubau im Lebenszyklus Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Peter Veit , iaf Kongress BahnBau Münster/Westfalen

Tagung Moderne Schienenfahrzeuge 11. - 14.9.

2 Forschung im System Bahn Anforderung: Hochgeschwindigkeit 400 km/h auf Schotter RFF Tagung Moderne Schienenfahrzeuge Rekordfahrt SNCF 1955: 331 km/h Anforderung erfüllt

3 Forschung im System Bahn Anforderung: Hochgeschwindigkeit 1 Stunde Fahrplan Tokio Osaka V = 230 km/h 280 km/h hohe Geschwindigkeiten führen zu geringen Fehlertoleranzen und damit hohem Instandsetzungsbedarf Verfügbarkeit? Instandhaltbarkeit?

Forschung im System Bahn Anforderung: Schwerlast erfüllt Verfügbarkeit? USA: Achslast 35,5 t RSA: Achslast 27 t Zuggewicht 24.

4 Forschung im System Bahn Anforderung: Schwerlast erfüllt Verfügbarkeit? USA: Achslast 35,5 t RSA: Achslast 27 t Zuggewicht t Zug = 6 Loks Wagen Zuglänge 4 km SCHMALSPUR Instandhaltbarkeit? hohe Achslasten und Streckenbelastungen führen zu starkem Verschleiß und damit hohem Instandsetzungsbedarf

5 Forschung im System Bahn Österreich - Europa Verfügbarkeit? Instandhaltbarkeit? Verfügbarkeit? Instandhaltbarkeit? hohe Anforderungen durch Mischverkehr (~7.500 Züge täglich), steigende Geschwindigkeiten und steigende Streckenbelastungen

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

7 Warum Qualität? Qualität ist gut. Aber: Wer das Gute tun kann und es nicht tut, der sündigt. Neues Testament 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 (Erster Professor für Kunst in Oxford)

8 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 ( , erster Professor für Kunst in Oxford)

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

10 Qualitätsverhalten Gleis Datenbasis ~ km durchgehende Hauptgleise des ÖBB Netzes (A und B1 Netz)

11 Qualitätsverhalten Gleis Datenbasis Maschineneinsätze Qualitätsverhalten

12 Kostenzusammensetzung Fahrweg 140% 120% 100% Ziel Zusammensetzung der normalisierten Jahreskosten Gesamt LCC Abschreibung 120% 113% Betriebserschwerniskosten 100% Instandhaltung 80% 60% Reduktion der Abschreibung: Verlängerung der Nutzungsdauer 68% 40% 20% Reduktion der Betriebserschwerniskosten: Planung, Baulängen, weniger Verkehr 0% Basis 2007 Reduktion der Instandhaltungskosten: Liegedauerverlängerung Minimalinstandhaltung hochqualitative durch Komponenten, optimiertes Dauerlangsamfahrstellen Instandhaltungsregime Liegedauerverlängerung durch Schwellenbesohlung

13 Ziel: LCC-optimierte Fahrwegstrategie Investition Instandsetzung Re-Investition wirtschaftliche Nutzungsdauer kritische Qualität Basis Lebenszykluskosten gesamt Abschreibung Betriebserschwerniskosten Instandhaltungskosten Gleislagequalität angegeben in Standardabweichung der Längshöhe (σ H ) als gleitender Mittelwert über 100 m Einflußlänge. Nach unten nimmt die Gleislagequalität in der Darstellung ab.

14 Einbau billiger Gleiskomponenten Re-Investition Basis Beispiel: 54E2 Schiene statt 60E1 Schiene bei starker Verkehrsbelastung sofortige Einsparung zu langfristigen Mehrkosten = 1 : 25

15 Verzicht auf eine technisch erforderliche Unterbausanierung Re-Investition Basis * Beispiel: Verzicht auf Tragschichteinbau bei schlechtem Unterbau sofortige Einsparung zu langfristigen Mehrkosten = 1 : 23 * Basiskosten inklusive Unterbausanierung

16 Verschieben der Re-Investition Re-Investition LA Basis Verschieben der Re-Investition führt zu Dauerlangsamfahrstellen Beispiel: Verschiebung der Re-Investition sofortige Einsparung zu langfristigen Mehrkosten = 1 : 13

17 Verlängerung des Instandsetzungsintervalls Re-Investition Basis Beispiel: Reduktion der Instandsetzung kurzfristige Einsparungen zu langfristigen Mehrkosten = 1 : 4

FORSCHUNG Wissenschaftliche Modellbildung Realität Modell Foto: Franz Piereder Das Gleis ist ungemein geduldig und reagiert nicht sofort auf unzureichende Pflege.

18 FORSCHUNG Wissenschaftliche Modellbildung Realität Modell Foto: Franz Piereder Das Gleis ist ungemein geduldig und reagiert nicht sofort auf unzureichende Pflege. Das Gleis hat aber ein enormes Gedächtnis. Es merkt sich unzureichende Pflege. Und wenn das Gleis einmal reagiert, ist es für zusätzliche Pflege zu spät. Wir werden den Elefanten nicht ändern können, wir müssen auf seine Eigenschaften reagieren. Liebe (europäische) Verkehrspolitik: Sparen sie die Bahn nicht kaputt, weil wenn der Elefant einmal tot ist

19 Kostentreiber 1:9 1. Ausgangsqualität Voraussetzung: Unterbauqualität und funktionsfähige Drainage Falls Unterbau und/oder Wasserableitung in ihren Qualitäten nicht entsprechen ist eine Optimierung des Oberbaus nicht möglich. 2. Weichendichte 1 EW500 ~ 450 m Gleis 3. Radius 1:3 4. Betriebserschwerniskosten bis zu 30% 5. Bauabschnittslängen bis zu 20% 6. Verkehrsdichte 7. Qualität der Fahrzeuge unterlinear ± 10%

20 UMSETZUNG Investitionsstrategie Gleis Verkehrsbelastung [GBt/Tag,Gleis] R> <R< <R< <R< <R<250 R<250 zweigleisig, > E1 260, B 60E1 350HT, B 60E1 350HT, B 60E1 350HT, B 60E1 350HT, B 60E1 350HT, H zweigleisig, E1 260, B 60E1 350HT, B 60E1, 260, B 60E1 350HT, B 60E1 350HT, B 60E1 350HT, B 60E1 350HT, H zweigleisig, E1 260, B 60E1, 350HT, B 60E1 260, B 60E1 350HT, B 60E1 260, B 60E1 350HT, B 60E1 350HT, B 60E1 350HT, H zweigleisig, E1 260, B 60E1 260, B 60E1 260, B 60E1 350HT, B 60E1 260, B 60E1 350HT, B 54E2 350HT, H Besohlung: bei Gleisbelastungen > Gesbt/Tag und/oder V > 160 km/h und/oder Radien < 600 m Einbau einer Asphaltschutzschicht (~ 8 cm) bei Neubaustrecken LCC basierte Investitions- und Instandhaltungsstrategien

21 Referenz: 60E1 Schienen auf Betonschwellen UMSETZUNG Schwellenbesohlung Erhöhung der Kontaktfläche Schwelle - Schotter von ~ 10% auf ~ 35% 60E1 Schienen auf besohlten Betonschwellen Netzweite Auswertung an Querschnitten Ausgangsqualität um 18% verbessert b-rate um 63% angesenkt Stopfzyklus verlängert auf das 2,75-fache Nutzungsdauer + 38%

22 UMSETZUNG Schwellenbesohlung Gleis Weiche 140% Gesamt LCC 120% Abschreibung 100% 80% 100% 100% Betriebserschwerniskosten Instandhaltung 100% 100% 79-82% 82% 60% 68% 68% 40% 20% 0% Basis 2007 Basis 2007 Schwellenbesohlung Basis 2007 Basis 2007 Schwellenbesohlung Schwellenbesohlung Ausgangsqualität macht sich bezahlt

23 Technische Universität Graz Institut für Eisenbahnwesen und Verkehrswirtschaft Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit!

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