Der Zustand der Hochgeschwindigkeitsbahn und ein Blick auf morgen

Im 21. Jahrhundert ist die globale Transportlandschaft im Wandel. Politiker, Ingenieure und Planer wollen alle mehr Menschen schneller und sauberer bewegen. Inmitten der Hektik innovativer, verrückter Ideen ist der Hochgeschwindigkeitszug auf der Schiene in den Vordergrund gerückt. Es ist ein leiser Leistungsträger und eine zuverlässige Lösung für einen effizienten, nachhaltigen und schnellen Intercity- und Überlandverkehr.

Von den florierenden Volkswirtschaften Europas und Asiens bis hin zu den aufstrebenden Märkten des Nahen Ostens und Amerikas werden Hochgeschwindigkeitsbahnnetze in jeder Hinsicht geplant, erweitert und modernisiert. Zum Einsatz kommt eine Kombination aus traditionellen und Magnetschwebebahnen (Magnetschwebebahnen), die Geschwindigkeiten erreichen, die früher nur Science-Fiction-Zügen entsprachen. Während wir unseren Blick auf die Zukunft richten, lohnt es sich, einen Überblick über den aktuellen Stand der Hochgeschwindigkeitsbahn zu machen, einem Bereich, in dem Technologie, technische Brillanz und Visionen einer umweltfreundlicheren Zukunft zusammenlaufen.

Wenn es um Hochgeschwindigkeitszüge geht, verwenden verschiedene Behörden und Gerichtsbarkeiten unterschiedliche Terminologie. Im Allgemeinen werden jedoch nur wenige Menschen damit einverstanden sein, dass Sie ein System als „Hochgeschwindigkeitsbahn“ einstufen, wenn es Geschwindigkeiten über 250 km/h (155 mph) umfasst. Züge, die schnell, aber nicht so schnell sind, erhalten die Kurzbezeichnung „Hochgeschwindigkeitszug“, um auf Dienste hinzuweisen, die zwar schneller, aber nicht übermäßig schnell als herkömmliche Eisenbahnen verkehren.

Japan war mit seinen weltberühmten Shinkansen-Linien das erste Land, das ein funktionierendes Hochgeschwindigkeitsbahnnetz nach moderner Definition aufgebaut hat. Das Land war lange Zeit führend in der Bahntechnologie. Bereits 1964 erreichten die Züge der ersten Generation der 0-Serie eine Geschwindigkeit von 210 km/h im Linienverkehr. Kurz darauf wurde die Geschwindigkeit auf 220 km/h erhöht und schrittweise verbessert hat sich seitdem fortgesetzt. Heute verkehren die schnellsten Shinkansen-Linien mit bis zu 320 km/h. Bei Testfahrten im Jahr 1996 erreichte ein herkömmlicher Shinkansen-Zug eine Höchstgeschwindigkeit von 443 km/h, der Linienverkehr erreicht diese höhere Geschwindigkeit jedoch nicht.

Es ist ein allgemeiner Refrain in anderen Diensten auf der ganzen Welt. Frankreichs berühmter TGV fährt im Betrieb mit einer Höchstgeschwindigkeit von 320 km/h, ebenso wie die ONCF-Linie Al Boraq in Marokko. Spanien und Korea betreiben ihre jeweiligen Netze mit maximal 310 bzw. 305 km/h. Deutsche Züge im Intercity-Express-System dürfen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 330 km/h fahren, allerdings nur, um Verspätungen auf der Strecke Frankfurt–Köln zu überwinden. Ansonsten liegt die nationale Höchstgeschwindigkeit ebenfalls bei 320 km/h.

Allerdings geht es in China gerne etwas schneller. Das Land hat sich in den letzten Jahrzehnten in den Hochgeschwindigkeitszug verliebt. Gemessen an der Kilometerzahl sind hier mittlerweile über zwei Drittel aller Hochgeschwindigkeitszüge der Welt abgewickelt. Die CR Fuxing-Triebzüge des Landes fahren regelmäßig mit bis zu 350 km/h und waren die ersten Modelle, die im Inland ohne proprietäre lizenzierte Technologie ausländischer Hersteller hergestellt wurden. Bei Tests wurden Geschwindigkeiten von bis zu 420 km/h erreicht. Die CRH Hexie-Züge des Landes fahren mit der gleichen Geschwindigkeit, waren in Tests jedoch sogar noch schneller: Ein unverändertes Beispiel erreichte eine Höchstgeschwindigkeit von 487 km/h.

Tatsächlich haben die meisten Bahnbetreiber irgendwann einmal versucht, ihre Hochgeschwindigkeitszüge maximal auszulasten. Die französische SNCF ist dafür bekannt, dass sie mit hochmodifizierten TGV-Zügen auf der Jagd nach Ruhm ist und 2007 den absoluten Geschwindigkeitsrekord auf Stahlschienen aufstellte. Ein stark modifizierter TGV-POS-Zug erreichte eine beeindruckende Geschwindigkeit von 574,8 km/h, war mit größeren Rädern ausgestattet und lief an einer von 25 kV auf 31 kV überspannten Freileitung. Der Triebzug erhielt den Namen V150 für die Zielgeschwindigkeit von 150 Metern pro Sekunde (540 km/h).

Tatsache ist, dass die meisten Hochgeschwindigkeitsbahnen zwar über Züge verfügen, die sehr hohe Geschwindigkeiten erreichen können, der Linienverkehr jedoch aus mehreren Gründen in einem gemächlicheren Tempo abläuft. Während es für viele Hochgeschwindigkeitszüge möglich ist, Geschwindigkeiten über 400 km/h zu erreichen, werden diese Geschwindigkeiten im regulären Betrieb nie erreicht.

Die französische Geschichte der Rekordjagd verdeutlicht einige der Herausforderungen beim Fahren von Zügen auf Stahlschienen bei höheren Geschwindigkeiten. Beispielsweise können die Fahrleitungen, die Strom liefern, Probleme bereiten. Die Drähte werden durch die Berührung des Stromabnehmers des Zuges mit einer wellenförmigen Störung angeregt. Diese Welle breitet sich mit der Geschwindigkeit aus, die durch die Masse des Drahtes pro Längeneinheit und seine Spannung bestimmt wird. Wenn der Zug schnell genug fährt, um diese Welle aufzufangen, kann es zu großen vertikalen Schwingungen des Fahrdrahtes kommen, was zu Schäden oder einem Verlust der Stromversorgung des Zuges führen kann. Bei einem Rekordversuch im Jahr 1990 wurde die Spannung der Fahrleitungen massiv erhöht, um dieses Problem zu vermeiden, wodurch die kritische Geschwindigkeit der Fahrleitung erhöht wurde. Dennoch registrierten Messgeräte, dass die Fahrdrähte um fast 30 cm schwankten, als der Zug eine Geschwindigkeit von 515 km/h erreichte.

Ein häufigeres Problem bei Hochgeschwindigkeitszügen ist der Tunnelboom, der durch den Kolbeneffekt verursacht wird. Wenn ein Zug in einen Tunnel einfährt, kann die Luft vor ihm nirgendwo anders hin, außer durch die kleine Lücke zwischen dem Zug und dem Tunnel selbst. Der Zug verhält sich letztendlich wie ein Kolben in einem Zylinder und drückt Luft nach vorne. Bei Hochgeschwindigkeitszügen kann dies zu einer Druckwelle führen, die beim Erreichen des Tunnelausgangs einen großen Knall erzeugt. Die Stärke der Stoßwelle nimmt mit der Potenz der Geschwindigkeit des Zuges zu, sodass höhere Geschwindigkeiten massiv stärkere Stöße erzeugen. Techniken, um dies zu reduzieren, umfassen die aerodynamische Profilierung von Zügen und Entlüftungstunnel, ähnlich dem Anbringen eines Schalldämpfers an einer Schusswaffe. Ungeachtet dessen behindert dieses Problem die Bemühungen in Japan, Spanien, Frankreich und anderswo, ihre Hochgeschwindigkeitsstrecken auf höhere Betriebsgeschwindigkeiten zu bringen.

Darüber hinaus müssen die Stahlketten selbst perfekt ausgerichtet sein, um Hochgeschwindigkeitsläufe zu unterstützen. Beispielsweise richtet das TGV-Netz Schienen mit einer Toleranz von nur 1 mm aus. Dies über ein gesamtes Netzwerk hinweg zu erreichen und aufrechtzuerhalten, ist kostspielig. Höhere Geschwindigkeiten erfordern engere Toleranzen und eine regelmäßigere Wartung, da ein schneller fahrender Zug zwangsläufig einen höheren Verschleiß verursacht, da er mehr Energie in die Gleise einbringt.

Im Großen und Ganzen haben die Bahnbetreiber die Vorteile einer schnelleren Fahrt im Vergleich zu den damit verbundenen Kosten abgewogen. Die meisten erreichten normale Betriebsgeschwindigkeiten im Bereich von 300 bis 350 km/h. Das ist schnell genug, um ihre Dienste überzeugend zu machen, aber vernünftig genug, um den Betrieb der Linien nachhaltig aufrechtzuerhalten.

Als neuer Weltmarktführer im Hochgeschwindigkeitsverkehr hat China zahlreiche Projekte in Planung, um seine Schienennetze auf immer höhere Geschwindigkeiten zu bringen. Die China State Railway Group hat vorläufige Spezifikationen für ihren neuen CR450-Triebzug veröffentlicht, der Betriebsgeschwindigkeiten von bis zu 400 km/h erreichen soll. Dieses Betriebsniveau stellt neue betriebliche Herausforderungen dar und erfordert neue Standards für Signal- und Gleisüberwachungssysteme. Darüber hinaus werden große Anstrengungen unternommen, um den Lärm in der Kabine zu reduzieren. Typischerweise ist ein Zug, der mit 400 km/h fährt, ganze 3 dB lauter als mit 350 km/h. Bei Tests wurden bereits zwei CR400BF-J-Prüfstandstriebzüge mit 435 km/h in entgegengesetzte Richtungen gefahren, um mögliche Risiken bei hohen Überholgeschwindigkeiten zu ermitteln. Die Weltrekord-Annäherungsgeschwindigkeit von 870 km/h wurde ohne Zwischenfälle erreicht.

China investiert auch viel in die Magnetschwebebahn-Technologie, die mit magnetisch schwebenden Zügen höhere Geschwindigkeiten verspricht und gleichzeitig die Frustrationen von Oberleitungen, Schienen und Rädern beseitigt. Die Shanghai Maglev ist seit 2004 im kommerziellen Betrieb und erreicht regelmäßig eine Höchstgeschwindigkeit von 430 km/h. Die Strecke verläuft nur auf einer kurzen Strecke von 29,9 km und die Fahrt dauert nur 8 Minuten. Unabhängig davon übertrifft es alle Bahnkonkurrenten in Bezug auf die reguläre Betriebshöchstgeschwindigkeit. Einst war eine Erweiterung der Strecke vorgesehen, doch der reguläre Schienenverkehr hat die Bemühungen, sie über die derzeitige Strecke hinaus, die den internationalen Flughafen Pudong bedient, zu erweitern, zunichte gemacht.

China hat jedoch ernstere Ambitionen mit der Magnetschwebebahn und hat kürzlich einen Testzug auf den Markt gebracht, der Berichten zufolge eine Höchstgeschwindigkeit von 600 km/h erreichen soll. Der Zug basiert auf der Transrapid-Magnetschwebebahn-Technologie aus Deutschland. Die Inbetriebnahme soll ursprünglich bis 2025 erfolgen, die aktuellen Pläne für ein betriebsfähiges Magnetschwebebahnnetz sind jedoch noch unklar. Einige Kommentatoren gehen davon aus, dass der neue Zug zunächst auf den Korridoren zwischen Guangzhou und Shenzhen sowie zwischen Shanghai und Hangzhou eingesetzt wird, wo die Passagierströme voraussichtlich hoch genug sein werden, um die Kosten für den Bau der fortschrittlichen Magnetschwebebahn-„Strecke“ zu decken.

Auch wenn es keine funktionierende öffentliche Magnetschwebebahn gibt, ist Japan in diesem Bereich vielleicht immer noch führend. Das Land hat die Magnetschwebebahn der L0-Serie entwickelt, die derzeit mit 603 km/h den Geschwindigkeitsweltrekord für Schienenfahrzeuge hält. Es gibt konkrete Pläne für ein Magnetschwebebahnnetz, dessen Bau im Jahr 2014 beginnen soll. Der erste Abschnitt, der Tokio mit Nagoya verbindet, sollte ursprünglich im Jahr 2027 eröffnet werden, der Starttermin für den kommerziellen Betrieb muss jedoch noch bestätigt werden. Der Abschnitt Nagoya-Osaka wird voraussichtlich im Jahr 2037 folgen. Die Züge werden voraussichtlich mit einer Betriebsgeschwindigkeit von 500 km/h fahren, wodurch sich die Reisezeit zwischen Tokio und Osaka auf nur 67 Minuten verkürzt. Das ist eine enorme Zeitersparnis im Vergleich zu der 4-stündigen Fahrt, die die ersten Shinkansen-Züge im Jahr 1964 ermöglichten.

Derzeit ist Asien mit den neuesten Technologien und den meisten Eisenbahnen auf dem Vormarsch, während Spanien den Code für günstige Hochgeschwindigkeitszüge geknackt hat, sowohl was die Ticketpreise als auch den Bau betrifft. In der Zwischenzeit hat Marokko Hochgeschwindigkeitszüge nach Afrika gebracht, und Länder wie Iran und Chile sind bestrebt, sich dieser Partei anzuschließen. Die USA hinken hinterher, und Kalifornien lässt sich Zeit, einen Vormarsch zu etablieren, aber es ist auf dem Weg. Unterdessen lachen die Australier, weil die Idee jedes Mal, wenn eine Neuwahl ansteht, bedeutungslos als Aufzählungspunkt in Umlauf gebracht wird.

Global betrachtet ist die Zukunft des Hochgeschwindigkeitszugs jedoch rosig. Es verspricht einen sauberen und effizienten Transit mit Geschwindigkeiten, die hoch genug sind, um Flugreisen weniger attraktiv zu machen. Während die Welt danach strebt, Emissionen zu reduzieren und mehr Menschen als je zuvor zu bewegen, verspricht die Hochgeschwindigkeitsbahn, weiterhin Erfolg zu haben. Japan, China und Europa sind allesamt leuchtende Beispiele für seinen Wert. Wer es möchte, muss nur geeignete Korridore und den politischen Willen finden, die Schecks zu unterzeichnen. Leichter gesagt als getan!

Ausgewähltes Bild: „CR400BF“ von N509FZ.