ICE-Ausfälle

Feste Fahrbahnen federn nicht

Noch weiß man nicht, warum die ICE-Achsen Risse aufweisen. Die Blicke sollten sich aber aufs Gleis richten. Von Eberhard Happe

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Ein ICE-3 fährt auf der ungefederten Hochgeschwindigkeits-Trasse Köln-Frankfurt

04. November 2008 Der Renommierzug ICE 3 und damit die Deutsche Bahn haben ein Problem. Aber die Lösung dieses Problems kann nicht darin liegen, alle 30.000 Kilometer, also alle drei bis vier Wochen, die Radsatzwellen auf Risse zu untersuchen. Vielmehr muss man herausfinden, warum die Radsatzwelle beim ICE 3 im Juli in Köln brach und warum auch bei zwei ICE-T Risse zu finden waren. Dazu sollten praxisnahe Reihenmessungen zur Beanspruchung der Radsätze durchgeführt werden, aus denen sich auch neue Erkenntnisse zur Dimensionierung der Radsatzwellen ergeben könnten. Vor allem aber müsste man herausfinden, welche Anforderungen an die Gleisgeometrie von Hochgeschwindigkeitsstrecken zu stellen sind.

Der durch Rissbildung entstehende Dauerbruch ist einfach zu erklären - wenn auch die Lehrstühle für Technische Mechanik wohl noch nicht den Algorithmus haben, der dieses Phänomen in Maß und Zahl erklären kann. Die Fahrbahn - also das Gleis - und das Fahrzeug sind ein Federsystem, das über die Laufflächen von Rädern und Schienen verbunden ist. Dabei sind, wie man an vorbeifahrenden Zügen beobachten kann, die Federwege des Schotteroberbaus und des Fahrzeugs etwa gleich. Trifft das rollende Rad auf etwaige Lagefehler des Gleises, so dämpft das Federungsvermögen des Gleises und das Federungsvermögen der Radsatzaufhängung im Fahrzeug den entstehenden Stoß.

Schuld ist die schotterlose Fahrbahn

Der Stoß belastet also in erster Linie die starren Radsätze. Damit diese mechanischen Beanspruchungen aber nicht zu groß werden und Risse hervorrufen, sondern so beherrscht werden können, dass sie nicht über die Dauerfestigkeit der Bauteile hinausgehen, muss man die Lagefehler im Gleis innerhalb enger Toleranzen halten. Das ist beim klassischen Schotteroberbau durch Routinestopfungen in regelmäßigen Abständen auch ohne Schwierigkeiten möglich.

Ganz anders ist es bei der sogenannten festen Fahrbahn. Sie wurde trotz kritischer Warnungen zwischen Köln und Frankfurt verlegt, um die Instandhaltungskosten des Fahrwegs zu senken. Das von den Reisenden zwischen Köln und Frankfurt beklagte Rütteln und Stoßen zeigt, dass bei der festen Fahrbahn trotz sorgfältiger Verlegung Lagefehler auf Dauer nicht zu vermeiden sind. Die über das Gleis rollenden Züge wirken wie eine Ramme, die den Untergrund unter den Platten der festen Fahrbahn weiter verfestigt. Die Folgen dieses Prozesses verringern sich zwar mit der Zeit. Sie wirken aber besonders fatal zum Beispiel beim Übergang vom relativ weichen Untergrund eines hinterfüllten Brückenwiderlagers auf die sehr starre Betonkonstruktion einer Brücke.

Radsatzwellen werden überbeansprucht

Die Behauptung von Materialkundlern, die feste Fahrbahn verursache keine höheren Beanspruchungen bei den Radsätzen, ist deshalb nicht haltbar. Die feste Fahrbahn hat fast kein eigenes Federungsvermögen. Die unvermeidlichen Lagefehler verursachen Stoßbelastungen. Das Gleis federt nicht mehr zurück, und die Stöße wirken einseitig auf die Radsätze. Deren mechanische Belastung ist dadurch weit größer als beim klassischen Schotteroberbau. Fatal wirkt sich zusätzlich aus, dass Lagefehler der festen Fahrbahn nicht im Rahmen der Routine-Instandhaltung des Oberbaus beseitigt werden können. Ob es inzwischen überhaupt ein Verfahren gibt, die fehlerhafte Lage eines Plattenelements der festen Fahrbahn im eingebauten Zustand zu korrigieren, ist noch nicht bekannt.

Das Problem der fortschreitenden Lagefehler tritt auch bei der Neigetechnik in abgewandelter Form auf. Deshalb werden auch die Radsatzwellen des ICE-T überbeansprucht. Mit der Neigetechnik will man auf kurvenreichen Mittelgebirgsstrecken höhere Geschwindigkeiten erreichen, ohne den Fahrkomfort für die Reisenden zu beeinträchtigen. Bei sensiblem Gleichgewichtssinn empfindet man das Hinundherneigen des Zuges dennoch als unangenehm. Bei der Neigetechnik sind in Gleisbögen die Richtkräfte wegen der erhöhten Geschwindigkeit besonders groß. Von der Bogenaußenschiene wirken sie insbesondere auf die vorauslaufenden Radsätze der Drehgestelle des Zuges und zwingen den Zug so in die vom Gleis vorgegebene Richtung.

Neutrassierung eine Lösung?

Besonders im Bogeneinlauf wirken zudem die durch das Neigen der Wagenkästen hervorgerufenen Reaktionskräfte wegen der komplizierten Regelungstechnik verstärkend oder schwächend ein. Gemeinsam mit den Richtkräften zerren sie an der Lagestabilität des Gleises. Wenn unter der Wirkung dieser Kräfte das Gleis einmal seine ideale geometrische Lage verloren hat, schreitet der Prozess sich ständig verstärkender Lagefehler rasch fort. Die Folge davon ist, dass auch die Radsatzwellen durch die von den Lagefehlern verursachten Stoßbelastungen überbeansprucht werden und Risse ausbilden. Deshalb muss die Gleisbogengeometrie in engen Toleranzen an der Ideallinie gehalten werden. Die Instandhaltung von Neigetechnikstrecken erfordert größte unternehmerische Sorgfalt.

Der Einbau der festen Fahrbahn war also ein grundsätzlicher Fehler, der nur durch deren Beseitigung behoben werden kann. Das Ziel dauerhaft höherer Geschwindigkeiten in topographisch schwierigem Gelände ist nachhaltig nur durch Neutrassierung und nicht durch Neigetechnik zu erreichen.

Diplom-Ingenieur Eberhard Happe war drei Jahre lang Versuchsingenieur bei der Bundesbahn-Versuchsanstalt Minden und bis zu seinem Ausscheiden aus dem aktiven Dienst Dezernent und Abteilungsleiter für Zugförderung in Hamburg.

Text: F.A.Z.
Bildmaterial: dpa

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