Freie Fahrt für den Hochgeschwindigkeitszug von morgen

Future

Das Alte auf eine neue Weise tun – das ist Innovation!«, sagte Joseph Schumpeter, Nationalökonom (1883 – 1950). Die Betonung lag auf ›tun‹, denn das Tun, das Umsetzen unterscheidet Innovation und Erfindung.

27. August 2010
Die Grundform des 2010 noch futuristisch wirkenden ›Zefiro‹ von Bombardier ist auch im Jahre 2035 noch aktuell, doch das ›Fenster‹-Band wäre inzwischen blind.
Bild 1: Freie Fahrt für den Hochgeschwindigkeitszug von morgen (Die Grundform des 2010 noch futuristisch wirkenden ›Zefiro‹ von Bombardier ist auch im Jahre 2035 noch aktuell, doch das ›Fenster‹-Band wäre inzwischen blind. )

Im Verkehrsbereich kulminieren Spitzentechniken aller Sparten. Flugzeug-, Automobil- und Schienenfahrzeugbau sind die Technikträger von heute – und der Zukunft, so auch Hochgeschwindigkeitszüge (HGZ) in allen ihren Varianten. Wir kennen Sie als TGV, Thalys ,Velaro, AVE und unter anderen Namen. Kein Zweifel, die Zukunft fährt auf der Schiene. Bänder, Bleche und Rohre fahren natürlich mit ...

Wie beteiligt sich unsere Branche an der innovativen Evolution dieser Hochtechnologie? Was kann sie beitragen, um aus dieser Spitzentechnik Alltagstechnik für den täglichen Gebrauch zu machen? Kann man im Verkehrsbereich für die nächsten 25 Jahre vorausdenken?

Die Weichen sind längst gestellt, was die Bahn und HGZ betrifft: 20 bis 30 Jahre müssen wir allerdings noch mit dem leben, was heute schon auf den Schienen steht und fährt: So lange sind die Entwicklungszyklen, die Lebenszeiten, die Laufzeiten der Bahntechnik. Was nicht heißt, dass sich nichts tut: Die Entwicklung geht weiter, in kleinen Schritten, nicht in großen Sprüngen.

Im Detail – an Bändern, Blechen, Rohren, Profilen, aber auch anderen Bauteilen und Komponenten – gibt es wesentliche Verbesserungen, die sich addieren. Fest steht daher, dass in 25 Jahren kein Zug mehr so auf den (modifizierten) Schienen steht, wie er heute fährt: Stück für Stück wurden die Bauteile so verbessert und die Technik so verändert, dass dann alles ganz anders aussieht als heute. Die Weichen sind also gestellt – für die nächsten 30 Jahre! Wirklich? Unabänderlich?

»Wer Visionen hat, sollte zum Arzt gehen«, hat Helmut Schmidt einst gesagt. Dann lassen wir eben unsere Fantasie spielen und stellen uns als Außenstehende, bahntechnische Laien, Nicht-Eisenbahner und Nicht-Mitglieder der Lokführer-Gewerkschaften den Zug der Zukunft vor. Werfen wir einen Blick in die Zukunft, versetzen wir uns in das Jahr 2035, in dem das, was heute auf der Schiene steht und fährt, zum alten, teilweise schon recycelten Eisen gehört.

2010 im Rückblick

Die Technik, die heute (2035) mit dem ICE 7 ›Cellaro‹ auf der Schiene steht und sich langsam so entwickelt hat, wie wir sie heute kennen, sind moderne Hochgeschwindigkeitszüge ›Made in Europe‹. Sie werden aus vielen Fracht- und wenigen Passagier-Waggons zusammengestellt. Die Fahrgastzellen bestehen ausschließlich aus Doppelstockwagen (Dostos), wie sie in Deutschland schon seit etwa 100 Jahren bekannt sind, und Triebköpfen, die die Energieversorgung der Motoren liefern. Unterbaut wird alles von Fahrgestellen mit Einzelradantrieb, auf denen die Wagenkästen leicht pendelnd als ›Sänfte‹ aufgehängt sind. Alles nur Weiterentwicklungen einer ebenfalls bereits vor 100 Jahren zumindest versuchsweise eingesetzten Technik, heute allerdings durch rechnergesteuerte Elektroantriebe unterstützt – wie die Münchner Straßenbahn von 2011.

Diese Bauweise mit modifizierten Jakobs-Drehgestellen lässt Zuglängen von – theoretisch – 42 bis (2 mal) 200 m zu. Reisewagen, ›Car-iere‹, ›Par-Cells‹ und (geschlossene) Container-Tragwagen ›Con-tra‹ können fast beliebig gemischt werden.

Auf die Schiene gestellt werden alle HGZ im extremen Leichtbau, bei dem man – zugegeben – stark auf den erfahrenen Flugzeugbau geschielt hat. Leichtbau, um die beschleunigte Masse klein und damit den Energiebedarf gering zu halten. Profile bilden die tragende Struktur, spezifisch geformte Bleche und Hohlprofile.

Die Wagenkästen des ›Zugs der Zeit‹ im Jahre 2035 werden von einem rautenförmigen, torsionssteifen Basis-Geflecht aus Hohlprofilen gebildet, einer langgezogenen Netzstruktur, einem ›Schlauchstrumpf‹ aus profiliertem Streckmetall, beidseitig und gegenläufig beplankt mit einem gewendelten Endlosband aus hochfestem Stahl, ein Wickelschlauch, leicht, in sich flexibel und biegsam wie wir ihn bisher nur aus der Lüftungstechnik kannten, außen überzogen mit einer ›Nano-Dressing-Oberfläche‹, wie Hai-Haut, die Luftwirbel vermindert und die Züge windschlüpfrig macht wie nie – aus Gründen der Energieersparnis, nicht wegen der Endgeschwindigkeit. Lediglich für die Container-Wagen wird – wegen der großen Öffnungen – eine steife Sandwich-Struktur verwendet, die an bestimmte Keksrollen erinnert.

Die vier tragenden horizontalen Ebenen – Unterboden, Boden, Zwischendecke und Dach – bestehen aus einer ähnlichen, in Längsrichtung äußerst druck- und biegesteifen und dennoch sehr leichten Sandwich-Struktur, ähnlich der von Wellpappe.

Das endlos-gewendelte Edelstahlblech der Außen- und Innenhaut – und fast alles andere – wird geklebt oder lasergeschweißt. Kleben ist die herrschende Verbindungstechnik. Eine Wissenschaft, die eine Blüte erlebt, berechenbar wie früher andere Verbindungsmethoden, aber ohne schwächende Schwachstellen. Die Klebetechnik hat seit 2010 einen, zwei, drei Sprünge nach vorne gemacht.

Leichtmetalle – Schwergewichte?

Aluminium-Hersteller und -Halbzeuglieferanten werden enttäuscht sein: Alu ist einfach zu schwer für den neuen Zug. Nicht einmal für die Außenhaut ist es noch eingesetzt. Nicht nur wegen seiner ungünstigen Energie- und Umweltbilanz, seiner hohen Kosten, sondern auch, weil es bei gleicher Stabilität viel voluminöser sein muss und damit seinen Leichtgewichtsvorteil gegenüber Stahl verliert. Wenn schon Leichtmetall, dann Magnesium. Das findet man an vielen Stellen, und zwar in seiner ›generativen‹ Form, aus Pulver lasererschmolzen, um jedes teure Gramm optimal zu nutzen.

Was sich an ›Plastik‹ so findet, ist meist aus organischem Kunststoff. ›Echter‹ Kunststoff aus rarem Erdöl wird nur noch für exotische Teile, die sich anders nicht herstellen lassen, gespritzt.

›Güterzüge‹ mit 380 km/h – 2010 noch unvorstellbar, 2035 im Plandienst. Denn auf den für den Höchstgeschwindigkeitsschienen-(HöSchien-)verkehr ertüchtigten Strecken erreichen die HGZ bereits ihre (abgeregelte) Endgeschwindigkeit von 380 km/h, für 450 würde die Antriebsleistung von 11,5 MW in der Ebene auf gerader Strecke reichen. Das lässt Reserven für leichte Steigungen, selbst wenn so ein 200-m-Container-Zug seine Höchstmasse von über 900 t erreichen sollte.

Oben ohne

Triebköpfe liefern die erforderliche Energie autark aus methanbetankten Brennstoffzellen oder holen sie induktiv aus dem Gleisbett, wie man es beispielsweise von der Heidelberger Tram schon seit 2010 kennt. Auch die Augsburger Straßenbahn-Teststrecke von Bombardier war hier Pionier. Stromabnehmer und Oberleitungen? Überflüssig.

Der Dieselmotor hat ausgedient: zu sperrig, zu schwer, zu laut, zu schmutzig, zu ›ölig‹, zu schwach, zu langsam, zu teuer.

Nur die ›Eisenbahn‹ selbst ist geblieben: die Schienen. Aber auch die ›unveränderlichen‹ Schienenprofile haben sich aber evolutionär verändert: zu einem temperaturresistenten Wellen-Profil mit aufgeklebter Lauffläche. Sie sind nicht nur leichter geworden, sondern kontrollstromdurchflossen, gelocht, zur Materialersparnis und für die Ausdehnungskompensation. Die leichten Züge mit ihren Achslasten von maximal 15 t sind von solchen Profilen leicht zu ertragen. Induktive und andere Sensoren kontrollieren ständig das Schienenprofil. Sie schließen Schäden durch Materialermüdung und -fehler hundertprozentig aus.

Aussichtslos

Seit den Zeiten des ICE 1 sind in solchen Zügen die Fenster nur noch mit einem Spezialhammer öffnen. An die historischen Zeiten, als man klemmende Halbfenster an einem gelochten Lederriemen anheben und herunterlassen konnte, erinnert sich 2035 keiner mehr. In den neuen HGZ gibt es gar keine strukturschwächenden Fenster mehr. Sie wurden durch hauchdünne Folien-Displays und leitende Lackschichten ersetzt. Die Ausblicke während der Fahrt sind bei dem hohen Tempo und dem durch Lärmschutzwände und anderes verstellten Blick von den Fahrgästen ohnehin nicht mehr gefragt. Was dort nach Tastendruck auf den Display-key als ›Ausblick‹ zu sehen ist, wird nur kurzfristig genutzt und ist das Bild einer winzigen Außenkamera aus erhöhter Position. Doch meist sind die Displays ohnehin auf das Internet eingeloggt oder mit dem eigenen Folien-PC verbunden, drahtlos. Die einzigen größeren Öffnungen im Wagenkasten sind Türen und Ladeluken.

Man reist nicht mehr, um zu reisen. Die Reise ist kein Erlebnis mehr, sondern Mittel zum Zweck; man steigt ein und steigt aus. Man erlebt die Fahrzeit nicht, sondern nutzt sie. Eisenbahnromantik, sollte es sie je gegeben haben, ist passé. Entsprechend sieht der Innenbereich der Fahrgastzellen aus, in dem die Fahrt nicht mehr erlebt und kaum noch bemerkt wird. Kein Ruckeln, keine spürbaren Stöße vom Fahrwerk, kaum noch Fliehkraft dank des pendelnden Ausgleichs. Man arbeitet, sieht TV, entspannt sich, telefoniert mit Sichtkontakt. Unbeachtet läuft die Fahrt ab.

Unfälle? Verboten!

Unnötig ist es, die Wagenkästen des ICE 7 auf Unfälle auszulegen: Knautschzonen durch garantierte Unfallfreiheit unnötig zu machen war ein gewaltiger Fortschritt im Lastenheft. Unfälle wurden einfach ›verboten‹. Statt sich konstruktiv darauf vorzubereiten, war es viel besser, diese Unfälle auszuschließen, definitiv und für immer. Seit Unfälle quasi verboten wurden, hat sich die Konstruktion natürlich erheblich vereinfacht, Material konnte sparsamer eingesetzt werden. Möglich gemacht hat das innovative Steuerungs-, Signal- und Computertechnik – und die Sicherheit der GPS-Überwachung, von Abstands- und Hindernisradar und fast überall integrierten Sensoren. Hindernisse werden erkannt, Schäden rechtzeitig gemeldet, Unfälle ausgeschaltet und ausgeschlossen – und Notbremsungen erst recht.

Überflüssig zu erwähnen, dass eigentlich kein Zugführer mehr an Bord sein müsste, aber trotzdem noch ist – aus psychologischen Gründen. Der Heizer auf der Elektrolok. Ein Relikt. Weil jeglicher Unfall technisch ausgeschlossen ist, können wir uns im Innenausbau auf Leichtbau und Bequemlichkeit konzentrieren. Das erleichtert alles – im wahrsten Sinnen des Wortes. Knautschzonen sind Vergangenheit. Unnötig.

Obwohl die Höchstgeschwindigkeit freiwillig auf 380 limitiert ist, werden Durchschnittsgeschwindigkeiten von 200 km/h angestrebt und erreicht – fast das Doppelte von 2010, als man auch schon 300 fuhr: Bodensee-Nordsee in gut 3,5 h, Friedrichshafen-Flensburg in 5, von Bremen bis Barcelona an einem Tag. Die Fläche wird von fast baugleichen ECEs bedient, die mit nur einem Triebkopf (5,7 MW) die Transport- und Fahrleistungen des alten, um die Hälfte schwereren ICE 3 erreichen. So reist man 2035.

Der ICE 7 rollt auf angetriebenen Radsätzen der ›vierten Fertigungsart‹: Lasergenerierte Teile, die ganz neue Produktionslinien ins Leben gerufen haben. Das Lasersintern in all seinen Varianten ist ein industrielles Produktionsverfahren geworden, normale Serienfertigung. Hier wird nicht mehr gegossen, geschmiedet, geformt und gefräst, sondern aus ›Staub‹ generativ geformt. Hohl – oder fast hohl, mit Verdichtungen an der richtigen Stelle – sind die meisten Teile. Keine andere Methode erzeugt eine so gleichmäßige, so leichte Struktur mit so viel Festigkeit. Es ist fast nicht zu glauben, aber ein solcher 400-m-Doppelzug lässt sich von einem Kleinwagen anschieben. Das Rad wurde buchstäblich neu erfunden, es ist ein Speichenrad in ›knöcherner‹ Hohl-Konstruktion, in sich ruhend und federnd.

Wer bremst, verliert – Energie

Gebremst wird nicht mehr über energieverheizende Bremsscheiben, sondern generatorisch (über die Motoren) und induktiv: Indusi, die induktive Zugsicherung, bietet das Verfahren längst an, wurde jetzt aber zur Vollkommenheit geführt – ebenfalls mit Energierückführung: das Magnetbahn-Prinzip des fast vergessenen Transrapid praktisch angewandt.

Wolfgang G. Trapp

Machen Sie mit?!

Beachtliche Veränderungen stehen im Schienenfahrzeugbau bevor: an Bändern und Blechen, Rohren und Profilen, an Bauteilen und Komponenten. Da kommt etwas auf uns zu – wollen Sie dabei sein?

Wir stellen die wesentlichen Baugruppen Fahrgastzellen, Fahrgestelle, Fahrwege demnächst detaillierter vor und diskutieren die Entwicklungen und ›Visionen‹ mit Fachleuten der Branche.

Stellen Sie Ihre Vorstellungen vor!

Sind sie anderer Meinung als wir? Sind Sie heute schon Zulieferer? Haben Sie Besseres zu bieten? Wollen Sie Zulieferer werden? Wo sind wir auf dem Weg zu dieser Vision? Welche Konstruktionen, Materialien und Ideen gibt es dazu schon heute – und wo wird die Vision schon von der Wirklichkeit überholt? Wissen Sie mehr? Stellen Sie Ihre Ideen, Produkte und Verfahren in der bbr vor!

Wie es weitergeht

bbr behandelt demnächst – in loser Reihen- und Abfolge – die Bereiche:

Wagenkasten, Fahrgastzelle und KabineKastenstruktur, Profilnetz, Beplankung, Wickelschlauchprinzip, neue Werkstoffe, Stahl contra Leichtmetall und Kunststoff, Sandwich-Bleche, Verbindungstechnik

Fahrgestell und AntriebSänftenprinzip, Energieversorgung, Radnabenmotor- und Wirbelstrombremsen, Federungstechnik, Laser-Sinter-Räder

FahrwegeSchienenprofil, Lauffläche, Sensoren, Gleisbett und Gleisbett-Abdeckung

InnenausstattungAusrüstung, Sitzgruppen, Teilungen, Kommunikation, Heizungs- und Klimatechnik

Signal-, Sicherheits- und SteuerungstechnikGPS, Signal- und Sicherheitstechnik, Sensoren, Barrierefreiheit, Unfallverhütung

Frachtgut und GepäckGepäck-, Container- und Logistik-Systeme, modulare Einschübe für Fracht

Erschienen in Ausgabe: 04/2010