Sicherstellen der Befahrbarkeit geplanter Strassenbahn-Trassierungen mit Bestandsfahrzeugen

Kunden: Würzburger Straßenbahn GmbH (WSB), Deutschland; HAVAG Hallesche Verkehrs-AG, Deutschland; Basler Verkehrs-Betriebe (BVB), Schweiz

Projektaufgaben

• Kompatibilität sicherstellen: Klärung der Befahrbarkeit geplanter Strassenbahn-Trassierungen durch die Bestandsflotte
• Optimierung der Trassierung: Vorschlag von alternativen Trassierungs-Varianten, die sicher und ohne Beschädigung oder Entgleisung der Strassenbahnen befahren werden können

Unsere Umsetzung

Strassenbahngleise weisen aufgrund der Topografie oder historisch gewachsenen Stadtzentren zum Teil sehr individuelle Eigenschaften auf. Die Fahrzeuge müssen auf diese Besonder­heiten der Infrastruktur abgestimmt sein. Entsprechend wenig sind Fahrzeuge und Gleise von Strassenbahnsystemen bislang vereinheitlicht oder genormt. Moderne Strassenbahnfahrzeuge sind häufig mehrteilige Glieder­fahrzeuge. Ihre Fahrzeuglänge kann sich gleich über mehrere Trassierungs­elemente wie Bögen oder Neigungs­wechsel hinweg erstrecken. In der Regel sind alle Fahrzeugsegmente nahezu torsionsstarr miteinander verbunden – bis auf geringe Nach­giebig­keiten in wenigen Dachgelenken. Daher sind lange Glieder­fahrzeuge häufig sensitiv auf Torsionslasten, wie sie beispiels­weise bei der Kombination von kleinen Bogenradien und grossen Neigungswechseln entstehen.

Bei der Planung von Streckenerweiterungen stellt sich daher regelmässig die Frage, ob die Bestandsfahrzeuge die neu geplante Trassierung befahren können. Schutzziele sind dabei insbesondere die Sicherheit gegen Entgleisen und das schädigungs­freie Ertragen der auftretenden Lasten. Weiterhin können auch die Zwängungs­freiheit zwischen Fahrzeugteilen oder die Boden­freiheit unterhalb des Fahrzeugs Kriterien sein.

PROSE untersucht die Befahrbarkeit mittels Mehrkörpersystem ­(MKS)-Simulationen, wie sie beispielsweise auch für die Entwicklung von Schienenfahrzeugen international gebräuchlich sind. Dabei werden die spezifischen Eigenschaften der gegen­ständlichen Fahrzeuge berücksichtigt, wie sie sich insbesondere aus dem Fahrzeugkonzept, der detaillierten Massenverteilung sowie den individuellen Fahrwerken mit ihren Federstufen etc. ergeben. Das Simulationsmodell beinhaltet weiterhin das Gleis mit der abzuprüfenden Trassierung, örtlichen Spur- und Rillenweiten sowie etwaigen Flachrillen. Darüber hinaus sind z.B. eine elastische Gleisbettung oder örtliche Gleislagefehler möglich. In der Simulation werden die Fahrzeugmodelle über die geplanten Gleisanlagen bewegt. Dabei werden relevante Kombinationen von Rand­bedingungen wie z.B. der Beladung, einer Winterversteifung der Gummifedern, der Rad/Schiene-Profile, der Fahrgeschwindigkeit etc. variiert.

Die Simulationsergebnisse werden gegenüber Beurteilungs­kriterien aus Regelwerken (z.B. Entgleisungssicherheit) oder Fahrzeugunterlagen (z.B. ertragbare Lasten) bewertet. Soweit die Befahrbarkeit noch nicht sichergestellt ist, variiert PROSE die Trassierung in einem schrittweisen Vorgehen. Dazu dienen zuvor abgestimmte Prämissen, welche Parameter wie z.B. der Überhöhungsverlauf oder die Höhenlage etc. prioritär geändert werden oder beispielsweise aus städtebaulichen Gründen unverändert bleiben müssen.

Kundennutzen

Der unmittelbare Nutzen besteht in der Planungssicherheit, die sich aus der nachweislichen Befahrbarkeit der neuen Trassierung ergibt. Gleichzeitig wird das Risiko an Spätfolgen nach Realisierung der Baumassnahme wie auftretenden Rissen an der Fahrzeugstruktur minimiert.