Strecken-Zentralbahnhof

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Wort zum Sonntag

Hallo Erik,

du weisst ja, Binnenverkehr ist einer meiner größten Fetische, was den FREMO anbelangt. Deshalb habe ich mir mal überlegt, wie die Betriebsabläufe sein müßten, wenn jeder Bahnhof mit jedem Bahnhof Wagen austauscht. Dabei ist eine nette Analyse über die Sinnhaftigkeit von Braunschweig West herausgekommen ... lies selbst. - Balsine.

Nahgüterzugnetze für homogenen Binnenverkehr

Unter homogenem Binnenverkehr verstehen wir, daß jede Station gleichviel Wagen zu jeder anderen Station versendet. Besteht das Netz z. B. aus einer Strecke mit 8 Stationen A...H, so versendet Station A einen Wagen nach B, einen nach C, ..., einen nach H, insgesamt 7 Wagen. Die Beförderungsleistung beträgt 8*7 = 56 Wagen täglich. Es sollen zwei Nahgüterzüge A-H und H-A verkehren, die an jeder Station rangieren. Wagenrückläufe soll es nicht geben, die Ladegleise der Unterwegsstationen B bis G sind beidseitig angebunden. Zu Beginn sind die Ladegleise der Stationen X bunt mit den Wagen XA+...+XH gefüllt. Der Station X zuerst bedienende Nahgüterzug muß diese bunte Wagenreihe ausrangieren nach Wagen, die er selbst einzustellen hat, und Wagen für den Gegenzug. Die Arbeit des Zuges A-H sieht wie folgt aus:

Aufgaben der Nahgüterzüge

Station A: AB, AC, AD, AE, AF, AG, AH einstellen
           +7, -0, Last 7 Wagen
Station B: BC, BD, BE, BF, BG, BH einstellen, AB ausstellen
           +6, -1, Last 12 Wagen
Station C: CD, CE, CF, CG, CH einstellen, AC, BC ausstellen
           +5, -2, Last 15 Wagen
Station D: DE, DF, DG, DH einstellen, AD, BD, CD ausstellen
           +4, -3, Last 16 Wagen
Station E: EF, EG, EH einstellen, AE, BE, CE, DE ausstellen
           +3, -4, Last 15 Wagen
Station F: FG, FH einstellen, AF, BF, CF, DF, EF ausstellen
           +2, -5, Last 12 Wagen
Station G: GH einstellen, AG, BG, CG, DG, EG, FG ausstellen
           +1, -6, Last 7 Wagen
Station H: AH, BH, CH, DH, EH, FH, GH ausstellen
           +0, -7, Zug aufgelöst

Für den Gegenzug H-A sieht das Schema entsprechend aus. Wir bemerken:

  1. Die Zuglast ist in der Mitte des Laufweges maximal. Folgerung: Die Kreuzungsgleise der Stationen in Streckenmitte müssen am längsten sein.
  2. Die Anzahl der auf jeder Station zu rangierenden Wagen ist konstant. Folgerung: Oberflächlich gesehen sind Rangieraufwand und Aufenthaltszeiten sind auf jeder Station von vergleichbarer Größe.
  3. Zu Beginn des Laufweges überwiegt das Einstellen von Gruppen (Sammeln). Folgerung: Am schnellsten geht das Rangiergeschäft, wenn das Einstellen von Wagen bunt an der Zugspitze erlaubt ist. Die wenigen auszustellenden Wagen müssen aus dem bunten Zug ausrangiert werden.
  4. Zu Ende des Laufweges überwiegt das Ausstellen von Gruppen (Verteilen). Folgerung: Hier wäre eine Gruppenbildung hilfreich, nach der die jeweils als nächstes auszustellenden Wagen an der Zugspitze stehen. Die wenigen einzustellenden Wagen müßten dann in diese Ordnung einrangiert werden, oder bunt an der Zugspitze geführt werden.

Zeitbedarf

Der Fahrplan sieht eine Kreuzung der Züge in E vor, was etwa in Streckenmitte liegt. Zug A-H muß die Ladegleise in A, B, C und D ausrangieren. In A werden alle Wagen mitgenommen.

|Lok>
|AB+AC+AD+AE+AF+AG+AH|

|AB+AC+AD+AE+AF+AG+AH|Lok>
-Ladegleis leer-

Zeitbedarf: 
2x umsetzen (einstellen) 
Zugfertigstellung

In B muß der eine Wagen BA wieder ins Ladegleis zurückgestoßen werden. Außerdem muß der Wagen AB ausgesetzt werden.

|AB+AC+AD+AE+AF+AG+AH|Lok>
|BA+BC+BD+BE+BF+BG+BH|
 
|AC+AD+AE+AF+AG+AH|BC+BD+BE+BF+BG+BH|Lok>
|BA|AB|

Zeitbedarf: 
Vorbereitung
6x umsetzen (einstellen, BA ausrangieren, AB ausrangieren) 
Zugfertigstellung

In C müssen zwei Wagen CA+CB wieder ins Ladegleis zurück laufen, und die Wagen AC sowie BC müssen ausgesetzt werden.

|AC+AD+AE+AF+AG+AH|BC+BD+BE+BF+BG+BH|Lok>
|CA+CB+CD+CE+CF+CG+CH|

|AD+AE+AF+AG+AH|BD+BE+BF+BG+BH|CD+CE+CF+CG+CH|Lok>
|CA+CB|BC+AC|

Zeitbedarf: 
Vorbereitung
10x umsetzen (einst., CA+CB ausrang., AC+BC ausrang.)
Zugfertigstellung

In D sind schließlich 3 Wagen DA+DB+DC ins Ladegleis zurück zu stellen und weitere 3 Wagen AD+BD+CD aus dem Zug auszustellen.

|AD+AE+AF+AG+AH|BD+BE+BF+BG+BH|CD+CE+CF+CG+CH|Lok>
|DA+DB+DC+DE+DF+DG+DH|

|AE+AF+AG+AH|BE+BF+BG+BH|CE+CF+CG+CH|DE+DF+DG+DH|Lok>
|DA+DB+DC|AD+BD+CD|

Zeitbedarf: 
Vorbereitung
14x umsetzen (einst., DA+DB+DC ausrang., AD+BD+CD ausrang.)
Zugfertigstellung

Wenn der Zug in E ankommt, hat der Gegenzug dort bereits das Ladegleis ausrangiert, seine Wagen zugestellt und steht abfahrbereit. 

<Lok|EA+EB+EC+ED|FA+FB+FC+FD|GA+GB+GC+GD|HA+HB+HC+HD|
|AE+AF+AG+AH|BE+BF+BG+BH|CE+CF+CG+CH|DE+DF+DG+DH|Lok>
|FE+GE+HE|EF+EG+EH|

-Kreuzungsgleis leer-
|AF+AG+AH|BF+BG+BH|CF+CG+CH|DF+DG+DH|EF+EG+EH|Lok>
|FE+GE+HE|AE+BE+CE+DE|

Zeitbedarf: 
Vorbereitung
10x umsetzen (einstellen, AE+BE+CE+DE ausrang.)
Zugfertigstellung

In F geht das Rangiergeschäft so:

|AF+AG+AH|BF+BG+BH|CF+CG+CH|DF+DG+DH|EF+EG+EH|Lok>
|GF+HF|FG+FH|

|AG+AH|BG+BH|CG+CH|DG+DH|EG+EH|FG+FH|Lok>
|GF+HF|AF+BF+CF+DF+EF|

Zeitbedarf: 
Vorbereitung
12x umsetzen (einstellen, AF+BF+CF+DF+EF ausrang.)
Zugfertigstellung

Auf der letzten Unterwegsstation wird der Wagen GH eingestellt und der nun aus nur noch zwei Zielen G und H bestehende Zug zielrein getrennt.

|AG+AH|BG+BH|CG+CH|DG+DH|EG+EH|FG+FH|Lok>
|HG|GH|

|AH|BH|CH|DH|EH|FH|GH|Lok>
|HG|AG+BG+CD+DG+EG+FG|

Zeitbedarf:
Vorbereitung
14x umsetzen (einstellen, AG+BG+CG+DG+EG+FG ausrang.)
Zugfertigstellung

Auf der Endstation H müssen die Wagen nur weggesetzt werden.

|AH|BH|CH|DH|EH|FH|GH|Lok>
-Ladegleis leer-

|Lok>
|AH|BH|CH|DH|EH|FH|GH|

Zeitbedarf:
Vorbereitung
2x umsetzen (ausstellen)


Der Rangieraufwand verteilt sich tatsächlich wie folgt:
Station A:  2x umsetzen, Zugfertigstellung
Station B:  6x umsetzen, Vorbereitung, Zugfertigstellung
Station C: 10x umsetzen, Vorbereitung, Zugfertigstellung
Station D: 14x umsetzen, Vorbereitung, Zugfertigstellung
Station E: 10x umsetzen, Vorbereitung, Zugfertigstellung
Station F: 12x umsetzen, Vorbereitung, Zugfertigstellung
Station G: 14x umsetzen, Vorbereitung, Zugfertigstellung
Station H:  2x umsetzen, Vorbereitung
------------------------------------------
Zug A-H muß 70 Umsetzbewegungen machen, 7 Vorbereitungen und 7 Zugfertigstellungen.

Nach Gerlach sind für Unterwegshalte der Nahgüterzüge im FREMO folgende Zeiten anzusetzen:

  • 90 s Vorbereitung (Besprechen mit Fdl)
  • 90 s pro Umsetzbewegung
  • 40 s Zugfertigstellung

Daraus ergibt sich der Rangierzeitbedarf zu:

T_Rang = 7 * 90 s + 70 * 90 s + 7 * 40 s = 7210 s = 120 min 10 s.

Dazu kommen die Fahrzeiten und die Pufferzeiten. Für den Zug H-A ergibt sich aus Symmetriegründen der gleiche Zeitbedarf.


Ein Gegenvorschlag: E wird Zentralbahnhof

Kann man das eben entwicklte Nahgüterzugnetz optimieren? Es fällt auf, daß für das Ausrangieren unterwegs viel Zeit verwendet werden muß. Das Schwergewicht der Rangierarbeit liegt auf der zweiten Hälfte des Laufweges, wo die für die Stationen bestimmten Wagen aus dem bunten Zug ausgeschieden werden müssen.

Man könnte untersuchen, wie es sich auswirkt, wenn man den Zug in E nach Gruppen nachrangiert, sonst aber alles gleich läßt.

Ein radikaler Ansatz ist es, auf der ersten Hälfte des Laufweges nur zu sammeln, zentral in E zu rangieren und auf der zweiten Hälfte nur zu verteilen. In A, B, C, D wäre jeweils der komplette Inhalt des Ladegleises in den Zug einzustellen, der schließlich 4*7 = 28 Wagen stark wird. Der Zeitbedarf ist dafür 2*90s + 40s + 3*(90s + 2*90s + 40s) = 1150s = 19 min 10 s. In F, G, H müßte nur je eine Gruppe ins Ladegleis ausgesetzt werden, Zeitbedarf 2*(90s + 2*90s + 40s) + 90s + 2*90 s = 890s = 14 min 50 s. Wenn wir es schaffen, für die Betriebsvorgänge in E mit weniger als 7210s - (1150s + 890 s) = 5170 s = 86 min 10 s auszukommen, wird die Nahgüterzugbedienung wirklich beschleunigt.

Was ist in E zu tun? Zug A-H kommt bunt mit 4*7=28 Wagen von ABCD an, die für 8 Stationen bestimmt sind. Zug H-A kommt mit 3*7=21 Wagen von FGH an, ebenfalls für 8 Stationen bestimmt. Die Züge sollen mithilfe ihrer Zugloks in 8 Gruppen zerlegt werden, aus denen die Züge dann nach geographischer Stationsfolge neu zusammengesetzt werden. Nehmen wir an, daß Zug H-A die 7 Wagen aus dem Ladegleis hier in E abzieht, so haben beide Züge 28 Wagen zu sortieren.

In E werden offenbar 8 beidseitig angebundene Gleise benötigt, als Ziehgleise dienen die einmündenen Streckengleise. Die Wagen für E laufen sofort ins Ladegleis, die Wagen für die jeweils letzte Station A bzw. H im Zuge in das Hauptgleis, aus dem der Zug H-A bzw. A-H abfahren wird. Die Gruppen für BCDFG werden auf Nebengleisen gesammelt.

Wenn E nicht Zentralbahnhof ist, kommt man mit 4 Weichen aus für 3 beidseitig angebundene Gleise, nämlich zwei Hauptgleise und das Ladegleis.

          Ladestraße
         _______3____   
_<_>____/_________2__\___>>______<_>_
         \_<<_____1_________/

Zentralbahnhof mit 2 Rangierköpfen

8 beidseitig angebundene Gleise bedingen 7 Weichen an jedem Bahnhofskopf, zusammen 14 Weichen in E. Mehrbedarf von 10 Weichen und 5 Gleisen von Gruppenlänge (ca. 10 Wagenlängen).

          Ladestraße
            __E_8_
           / _G_7_\ 
          / /_F_6_ \
         | /__D_5_\ \
         |/ __C_4_ \|
         /_/__B_3_\_\   
_<_>____/_____H___2__\___>>______<_>_
         \_<<_A___1_________/
     

Zum Zerlegen müssen im ungünstigsten Fall 28 Umsetzbewegungen ausgeführt werden. Durch die zufällig bedingte innere Gruppenbildung stehen jedoch manchmal Wagen desselben Ziels zusammen, so daß sich eine kleine Einsparung ergeben könnte. Das soll wegen des geringen Einflusses aber vernachlässigt werden. Unser Zug A-H muß noch zusammengesetzt werden, dazu sind die zwei Gruppen für F und G an der Spitze einzustellen, H steht schon im Abfahrgleis. Das sind weitere 4 Umsetzbewegungen.

Zeitbedarf in E also: 90 s (Vorbereitung) + (28+4) * 90 s (Umsetzen) + 40 s (Fertigstellung) = 3010 s = 50 min 10 s.

Vorteile:

  • Zeitersparnis von (86min10s) - (50min10s) = 36 min
  • Gesamt-Rangierzeit von 120 min 10 s auf 84 min 10 s gesenkt, -30%
  • Behinderung des Zugverkehrs durch Rangieren in BCDFG minimal
  • bessere Disponierbarkeit von E aus, Betrieb übersichtlicher
  • geringere Anforderungen an Zugpersonal

Nachteile:

  • Mehraufwand 10 Weichen und ca. 5*(7+3 Reserve) = 50 Wagenlängen Gleis
  • Mehraufwand an Wagenkilometern und Zugkraftbedarf für die Rückläufe über E
  • einseitige Belastung der Station E
  • ggf. noch zwei Ziehgleise in E, + 2 Weichen, erforderlich
  • hohe Anforderungen an Stationspersonal in E

Perspektive: Seine Stärke spielt der Zentralbahnhof erst richtig aus, wenn das Rangieren mit einer Ablaufanlage rationalisiert werden kann. Dann lassen sich wiederum auch Weichen sparen, weil sich die Wagentrennungen auf eine intensiv benutzte Ablaufweichenstraße konzentrieren und einige Sammelgleise stumpf sein können. Nimmt man Mehrfachablauf einiger Wagen in Kauf, kann man noch weitere Gleise und Weichen ersparen, allerdings sinkt dann die Zeitersparnis. Durch diese Flexibilität gibt es viele Kompromißmöglichkeiten.

Zentralbahnhof mit 1 Rangierkopf bzw. Ablaufberg

Im folgenden werden zwei Gleispläne mit Ablaufberg entwickelt.

            Ladestraße
             __6_A+E__
            /__5_B+F__
           / __4_C+G__
 ____Berg_/_/__3_D+H__
_<_>_______\_________2______>>______<_>_
            \_<<_____1_________/
     

Bei diesem minimalistischen Gleisplan mit Ablaufberg und 7 Weicheneinheiten wäre folgender Betriebsablauf denkbar, wenn das Berggleis zuglang ist: Zug H-A fährt auf Gleis 1 ein. Zunächst muß das Ladestraßengleis 6 mit den von E abgehenden Wagen ausrangiert werden, deshalb wird mit dem Zug auf den Berg gezogen, nach 6 zurückgesetzt, gekuppelt, hochgezogen. Die 28 Wagen werden ausrangiert, Gleisbelegung wie gekennzeichnet. Zug A-H kann unterdessen auf Gleis 2 einfahren. Auch er wird in seine 28 Wagen zerlegt, die Lok bleibt stehen. Im zweiten Ablaufgang werden jetzt die Gleise 5 und 6 ausgezogen. Wagen nach E laufen nach 6 zurück, Wagen nach A für Zug H-A nach Gleis 1, dann B nach 1 und F nach 2 für Zug A-H. Schließlich werden Gleis 3 und 4 hochgezogen und abgedrückt. Nach Beifahren der Abdrücklok an Gleis 1 stehen beide Züge richtig gereiht. In Gleis 1: <Lok|D|C|B|A|, Gleis 2: |H|G|F|Lok>, Ortwagen stehen in Gleis 6.

Gegenüber dem Standard-Gleisplan mit 4 Weichen hat der Plan mit Ablaufberg nur einen Mehraufwand von 3 Weichen (+ 75%) und ca. 3 Zuglängen Gleis (Berggleis zuglang, Gleise 3-6 je gute halbe Zuglänge). Die Zeitersparnis kann nicht mehr auf einen Zug allein bezogen werden, da Zug H-A wegen der einzustellenden Rückläufer nicht unmittelbar nach Ankunft des Zuges A-H abfahren kann.

Nach einer Studie über den Rangierbahnhof Zürich-Limmattal dauert des Hochziehen eines 60 Wagen starken Zuges 6 Minuten, der Ablauf 12 Minuten (bei 5 Wagen pro Minute) und das Beifahren einer zweiten Lok zum Aufdrücken der Sammelgleise 2 Minuten. Also ergibt sich ein Zyklus von 20 Minuten. Da unsere Auszüge nur 28 Wagen umfassen, aber mit der Abdrücklok auch beigedrückt werden muß, setzen wir 15 Minuten pro Auszug an. Bei 4 Auszügen dauert der Ablaufbetrieb eine Stunde. Mit Vor- und Nachbereitung müßte sich das Rangiergeschäft in E in 70 Minuten bewältigen lassen.

70 Minuten mit Ablaufberg sind gegenüber der Version mit 8 beidseitig angebundenen Gleisen und ca. 50 Minuten natürlich kein Fortschritt bezüglich des Zeitbedarfs, aber 7 gegen 14 Weichen ist eine erhebliche Ersparnis.

Wenn man den Ablaufberg (der im Modell schwierig funktionsfähig herzustellen ist) wegläßt, behält man die selben Betriebsmöglichkeiten bei allerdings viel längeren Rangierzeiten. Dabei fällt auf, daß bereits ein eher unscheinbarer Unterwegsbahnhof eine zentralbahnhofstaugliche Gleisausstattung hat.

Vorbild Badersleben

                __10Z__
            KSR  Ldstr \
         Gs 4a ___5____ \
Ost    EG 3a__X___4____\_\__Z___    West
_<>__________/__<_1_>_____/__________<>_
       \________<_2_>____/     
                     _3_/       (11 Weicheneinheiten)
                   Kornhaus

Das ist der Gleisplan von Badersleben 1971. Gleis 10Z ist das ehemalige Übergabegleis zur Zuckerfabrik. Überträgt man das eben entwickelte Schema, so lassen sich in den drei Gleisen 4, 5 und 10Z sechs Gruppen bilden. Beim Zusammenstellen der beiden Ausgangszüge auf Gleis 1 und 2 müßte allerdings der Personenzugfahrplan eine mehrstündige Lücke (z. B. zwischen 1 und 5 Uhr) haben, da der Bahnhof dann unpassierbar ist. Badersleben wäre also tauglich als Zentralbahnhof einer Strecke mit 6 Stationen, länger werden Nebenbahnen beim FREMO kaum. Es besteht die Option, das 1971 fehlende zweite Zuckerfabrik-Gleis 9Z hinzuzufügen. Eine tatsächlich angeschlossene Zuckerfabrik würde den Binnenverkehr sehr beleben und auf Badersleben konzentrieren, der Rangierknoten läge hier genau richtig.

Vorbild Braunschweig West


       Anschl__________11__________
                 / ____10__________
                / / ____9__________
                |/ /____8__________
                | / ____7__________
                |/ /____6___
                ||/ ____5___WL_____
                |/ /____4__________
    ___14_______/_/__<<_3_>>____3a_
  _______Berg__/_____<<_2_>>___\
_<_>_________/___\____<_1_>_____\________<_>_
Nord       /  / \____12___  EG            Süd
(ABCD) Anschl/  /  / Ldstr              (FGH)
          Anschl Anschl     (WL = Waage + Lademaß)

Braunschweig West, hier der Zustand 1975, ist geradezu geschaffen als Zentralbahnhof mit Ablaufberg. Hier könnten die 8 Gruppen unseres Beispiels direkt ausgeschieden werden. Ein 2. Ablauf entfällt, statt dessen nur einige Umsetzbewegungen. Während aller Rangierarbeiten bleibt Gleis 1 für Personenzüge verfügbar.

Angenommen, Zug H-A fährt nach Gleis 3 ein und zerlegt sich über den Ablaufberg in die Gleise 3-11. Gruppe D soll sofort nach Gleis 3 laufen. Zug H-A wird dort unter Ausnutzung des Stummels 3a zusammengesetzt. Zur Einfahrt des Zuges A-H nach Gleis 2 muß der Ablaufbetrieb allerdings kurz unterbrochen werden (besser läge der Berg in Gleis 14). Der Zeitbedarf zum Ablauf zweier Züge zu je 28 Wagen wäre 30 min.

Beim Zusammensetzen der Züge können sich beide Lok nützlich machen. Nach Auflösung ihres Zuges durch die Lok H-A rollt die Lok A-H ans nördliche Ende des Gleises 2. Wenn nach dem letzten Ablauf die Lok H-A an ihre Gruppe C heranfährt, wechselt sie über den Berg an Gruppe F. Lok H-A zieht nun nach 14 vor und stößt nach 3 zurück usw. So können im gegenseitigen Wechsel beide Lok ihre Züge zusammenbauen, sie stören sich gegenseitig nur wenig. Lok A-H läuft durch Gleis 1 an die Zugspitze zurück, während Zug H-A aus Gleis 3 ausfährt. Die Bedienung der verzwickt liegenden örtlichen Ladestellen wird sinnvoll in aller Ruhe vor und nach dem Nahgüterzugknoten durch eine Kleinlok vorgenommen. Sie kann über den Berg die Ortswagen bequem nach Ladestellen ausrangieren, bevor sie mit der Zuführung beginnt.

Der Zeitbedarf für das Zusammensetzen des Zuges nach A sei beispielhaft kalkuliert. Die Lok setzt vom Berg an Gruppe D, dann an Gruppe C, dann an Gruppe B, schließlich an Gruppe A und zurück nach 3. Das sind 5 Umsetzbewegungen mit 5 * 90 s = 7 min 30 s Zeitbedarf. Mit Zugfertigstellung und unter Berücksichtigung der gegenseitigen Behinderungen dürften 10 min ausreichen. Zug H-A rollt nach 40 Minuten ab.


Balsine