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Titelthema - Gigaliner
zu ersetzen, was als „Materialsubstitution“ bezeichnet wird. Zusätzlich
kann auch die Fügetechnik, also die Art, wie metallische und
Kunststoffmaterialien im Zug verbunden werden, den Zug leichter
machen. Durch den „Konzeptleichtbau“, der Konstruktionen um jene
Teile und Bereiche bereinigt, die nicht zur Stabilität beitragen, wird
sowohl in der Fügetechnik des Wagenkastens als auch bei der Gesamtkonstruktion
Gewicht eingespart. Selbst im Rohbau sind Strukturen
möglich, die das Gewicht der Züge mindern, ohne dass sie an
Sicherheit verlieren. Ebenso sind alle weiteren Zugkomponenten wie
Anbauteile, Türen oder Innenausstattung auf Einsparpotenziale zu
überprüfen. Natürlich muss die Sicherheit bei Unfällen stets Vorrang
haben. Neue Möglichkeiten eröffnen hier etwa Verbundmaterialien,
die ein Metallgitter in einem Kunststoffelement einbetten. Es ist zu
beachten, dass das Gewicht „die Züge im Gleis hält“, also Seitenwindstabilität
und Fahrsicherheit gewährleistet bleiben.
Emissionsminimierung bei Dieselmotoren
Auch in den nächsten 20 bis 30 Jahren werden Fahrzeuge mit konventionellen
Dieselmotoren eine Rolle spielen. Diese Fahrzeuge sind
auf der Schiene die größten Abgasemittenten. In diesem Innovationsfeld
muss untersucht werden, welche technologischen Maßnahmen
Abgase und CO2-Ausstoß reduzieren können. Im Fokus stehen
der Motor, die Kraftstoffaufbereitung und die Abgasbehandlung.
verbesserung Umwelteffekte
Einsatz alternativer Kraftstoffe
Die Verbrennungsmotoren der Bahnen werden allein mit Diesel betrieben.
In einem ersten Schritt sollte geprüft werden, ob auch regenerativ
gewonnene Kraftstoffe wie Biodiesel oder Biogas verwendet
werden können. Entsprechende Aggregate mit geringerer Leistung
werden bereits heute in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Weitergehende
Modifikationen verlangt der Einsatz von Bioethanol. Auch diese Technik
ist für kleinere Motoren bereits im Einsatz. Entsprechende Tanks
sind für alle diese Treibstoffe verfügbar. Eine weitere Option ist die
Nutzung von Wasserstoff, der sehr effizient aus erneuerbaren Energien
hergestellt werden kann. Unterschiedliche Speichersysteme existieren
bereits, diverse Fahrzeuge, zum Beispiel Stadtbusse, befinden
sich weltweit im Testeinsatz. Der Einsatz im Bahnbetrieb muss allerdings
noch gezielt untersucht werden und verlangt entsprechende
Systemanpassungen.
Oberleitungsloser Elektroantrieb
Die DB AG wickelt etwa 90 Prozent des Schienenverkehrs in Deutschland
elektrisch ab. Nur 60 Prozent aller Strecken sind elektrifiziert.
Fahren dieselbetriebene Züge eine Strecke, die sowohl über nichtelektrifizierte
als auch elektrifizierte Abschnitte führt, müssen entweder
die Loks ausgetauscht werden oder die Züge einen Teil der
Strecke dieselbetrieben unter Fahrdraht fahren. Wünschenswert ist
ein emissionsfreier Schienenverkehr jedoch auch auf nicht-elektrifizierten
Strecken oder Streckenabschnitten. Erstes Ziel sollte sein, auf
relativ kurzen Streckenabschnitten ohne Oberleitung elektrische
Triebfahrzeuge einzusetzen. Diese könnten ihren Strom aus Batterien,
Doppelschichtkondensatoren, Schwungmassenspeichern oder aus
einer Kombination dieser Technologien beziehen. Ansätze hierfür
existieren bereits. Speichertechnologien und Fahrzeuge müssen weiter
erforscht und erprobt werden. Eigens konzipierte Fahrzeuge mit
großem elektrischen Speicher – gewissermassen „Energie-Tender“
– könnten zum Beispiel dort, wo keine Oberleitung vorhanden ist,
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zusätzlich zum Triebfahrzeug eingesetzt werden. Für längere nichtelektrifizierte
Streckenabschnitte bieten sich zudem Wasserstoff-
Brennstoffzellen an. In Bussen werden sie bereits heute erfolgreich
getestet, für den Einsatz in Bahnen muss diese Technologie aber noch
weiterentwickelt werden. Schließlich können Solarzellen auf den Dächern
geeigneter Fahrzeuge Fahrgastinformationssysteme oder Lüfter
mit Energie versorgen.
Aktive Lärmreduktion
Um die Geräuschemissionen von Schienenfahrzeugen zu senken,
müssen Maßnahmen an der Strecke und am Fahrzeug aufeinander
abgestimmt werden. Glatte Fahrflächen auf Schiene und Rad sind
eine zentrale Voraussetzung für alle anderen technischen Maßnahmen.
Weitere Lärmreduktionen können erreicht werden, wenn Fahrweg,
Räder und Fahrzeuge mit Schalldämpfern versehen werden.
Schallschutzwände können weiter optimiert werden, ebenso wie Klimaanlagen,
Lüfter oder Nebenantriebe in Triebfahrzeugen. Bei steigenden
Geschwindigkeiten gewinnt der aeroakustische Lärm an
Bedeutung, jener Lärm, den das Äußere des Fahrzeugs im Fahrtwind
erzeugt. Hierbei gilt es vor allem, das Fahrzeug möglichst glatt zu
bauen, also sämtliche Strukturen zu reduzieren oder akustisch optimiert
zu gestalten. In diesem Bereich besteht noch ein erheblicher
Forschungsbedarf, um die Grundlagen zu verstehen und daraus Gestaltungsrichtlinien
abzuleiten. Eine eigene Herangehensweise verlangen
Güterwagen. Neben den lauftechnischen Fragestellungen sind
bei ihnen auch Aufbaustruktur und Ladung zu betrachten.
Steuerung und Betrieb
Informations-und Telekommunikationslösungen
Die Informations-und Kommunikationstechnologie (IKT) wie auch die
Softwareentwicklung haben in den vergangenen Jahren enorme Fortschritte
gemacht. Beflügelt durch einen breiten Massenmarkt ist anzunehmen,
dass dieser Trend auch weiter anhält. So sind heute
zahlreiche Funktionen und Anwendungen schneller und kostengünstiger
zu realisieren. Auch der Bahnsektor profitiert von den rasanten
Entwicklungen. Die meisten Züge in den Bahnhöfen und auf vielen
Strecken sind bereits über öffentliche Mobilfunknetze oder W-LAN
erreichbar. In zehn Jahren dürfte sich die Bandbreite verzehnfacht
haben, die Lücken in den öffentlichen Netzen sind geschlossen. Dann
kann sich der Bahnbetrieb stärker solcher Netze bedienen, etwa um
Assistenzsysteme mit aktuellen Daten zu versorgen. Nicht möglich
ist dies jedoch bei Komponenten, die für die Sicherheit im Betrieb
sorgen.
Migrationskonzepte ETCS/ERTMS
Technologie und Komponenten des vereinheitlichten Europäischen
Zugsicherungssystems „European Train Control System“ (ETCS) sind
bereits verfügbar und auch im Einsatz. Neue Funktionen werden hinzukommen.
Die flächendeckende Einführung der Technologie muss
daher Aktualisierungen erlauben. Um einen reibungslosen Betrieb in
der Migrationsphase zu gewährleisten, müssen jedoch auch ältere
Fahrzeuge in das ETCS eingebunden werden. In diesem Innovationsfeld
sollen Lösungen für diese Umstellung entwickelt werden. Das
Europäische Eisenbahnverkehrsmanagementsystem „European Rail
Traffic Management System“ (ERTMS) benötigt weitere Komponenten
für die betriebliche Optimierung von Zugläufen durch mehrere
Länder. Die Einführung des Trassenmanagementsystems „European
Train Management Layer“ (ETML) soll Zugfahrten über Grenzen hin-