Die Beschreibung umfaßt die 1.
Ausgangssituation, 2.
Konzeption des Autoshuttle, 3.
Umweltverträglichkeit, 4.
Verkehrsleistungsfähigkeit und Platzbedarf, 5.
Aktzeptanz, 6. Finanzierung,
7.
Schlußfolgerungen. Die Beschreibung wird dabei gestützt
durch Anhänge, die die entsprechenden Tabellen, Berechnungen und Ergebnisse
enthalten.
Das schwerwiegendste Verkehrsproblem weltweit ist der überhand nehmende Straßenverkehr in Ballungsgebieten und in hochsensiblen Korridoren wie beispielsweise Alpenpässen. Alle aktuellen Verkehrsprognosen deuten darauf hin, daß der Großteil des Verkehrs in diesen Räumen weiterhin mit Straßenfahrzeugen abgewickelt werden wird - mit in den Übergangs- und Entwicklungsländern beträchtlich wachsenden Absolutwerten. Ursachen hierfür sind die hohe Flexibilität, Bequemlichkeit und Individualität bei akzeptablen Fahrtkosten des Straßenverkehrs.
Abbildung
1: Entwicklung der Straßenverkehrsleistung in Deutschland
Personenverkehr: rot in
Mill.Pkm
Güterverkehr: grün Mill.tkm.
Anteil des Straßenverkehrs
am Gesamtverkehr im Jahre 2010: Personenverkehr 89%, Güterverkehr
62%.
Quelle: StBA, BAG/KBA, DB/DR,
DIW, Stat. Amt DDR, ifo
Für den Verkehrsteilnehmer zeigt sich das Verkehrsproblem vor allem in Form von Staus und erhöhtem Unfallrisiko. Streckenanwohner und die sonstige Umwelt leiden unter dem Platzbedarf, Zerschneidungseffekt, Lärm, Energieverbrauch, den Emissionen und dem Unfallrisiko.
Neue Technologien wie alternative Antriebsarten für Straßenfahrzeuge und die Telematik sind äußerst sinnvoll, jedoch ist in einigen Punkten kaum mit einer deutlichen Entschärfung des Verkehrsproblems zu rechnen, solange das Grundprinzip des einzeln fahrenden Straßenfahrzeugs beibehalten wird. Beispielsweise ist die Massenleistungsfähigkeit vieler Magistralen bereits mit konventioneller Verkehrsführung voll ausgeschöpft, so daß hier auch ein Verkehrsleitsystem nur noch zu einer mäßigen Verringerung des relativen Verkehrsflächenbedarfs führen wird. Weiterhin zeigt sich, daß beim Autokauf die Merkmale Sicherheit, Fahrleistung und Komfort gegenüber einem extrem niedrigen Kraftstoffverbrauch häufig Vorrang genießen.
Es wurden daher Alternativen vorgeschlagen, die das Grundprinzip des einzeln fahrenden Straßenfahrzeugs während der Fahrt auf den Hauptverkehrsachsen verlassen. Mit Autoreisezügen und Lastwagen-Huckepack oder Trailer-Transportzügen läßt sich zwar theoretisch bei hoher Streckenauslastung ein günstiger relativer Verkehrsflächenbedarf erreichen. Bei den bisher verwirklichten Betriebsweisen führt jedoch die zeit- und kostenaufwendige Be- und Entladung der Züge, sowie die mit steigender Haltestellendichte empfindlich sinkende Durchschnittsgeschwindigkeit nur zu einem geringen Verkehrsanteil in Ballungsgebieten. Gerade in Ballungsgebieten sind viele Haltestellen unverzichtbar, falls ein großer Anteil des Straßenverkehrs übernommen werden soll. Überdies ist der Energieeinspareffekt eines Zuges schnell dahin, wenn auslastungsbedingt viele Leerplätze mitbefördert werden und auch wenn die Fahrgeschwindigkeit deutlich über den im Straßenverkehr üblichen Geschwindigkeiten liegt.
Eine ganz andere Lösung ist das im
Rahmen des PROMETHEUS-Projektes in den achtziger Jahren von VW entwickelte
Konvoi-Konzept für dichtbefahrene Autobahnen . Dabei fährt der
Autofahrer wie gewohnt auf der rechten Autobahnspur und gibt dann auf Knopfdruck
die Fahrzeugführung an einen Computer ab, der das Auto auf die linke
Autobahnspur lenkt. Dort wird das Auto von einem "Konvoi" von hinten eingeholt,
so daß es die neue Konvoispitze bildet. Die Autos im Konvoi fahren
sensorgesteuert mit ca. 2 Meter Abstand hintereinander. Im Laufe der Fahrt
folgen dann weitere Autos von vorne nach. Zum Aussteigen wird auf Knopfdruck
einfach nach rechts auf die rechte Autobahnspur aus dem Konvoi ausgeschert.
Der Autofahrer übernimmt danach wieder die Führung. Die verbleibende
Lücke im Konvoi wird automatisch von den hinteren, aufrückenden
Autos geschlossen. Die Massenleistungsfähigkeit der Autobahn wird
durch die dichte Fahrweise erhöht. Der Luftwiderstand sinkt durch
das Windschattenfahren um ca. 35 % bei 130 km/h. Leider haften dem Konzept
Sicherheitsprobleme an. Platzt beispielsweise einem Fahrzeug ein Reifen,
werden wahrscheinlich die nachfolgenden Autos im Konvoi in Mitleidenschaft
gezogen. Das Konzept wird gegenwärtig nicht weiterentwickelt. Bei
der DaimlerChrysler AG wird zur Zeit ein ähnliches Konzept nur für
LKW entwickelt. Der Energieeinspareffekt ist jedoch aufgrund des hohen
Rollreibungsanteils noch geringer als bei Personenwagen.
| 2.1 Magnetbahn-Fahrzeuge
Wenn die Autos nicht selbst fahren, sondern je einzeln in Magnetschwebe-Fahrzeugen transportiert werden, vermeidet man die Sicherheitsprobleme der "Selbstfahr"-Konvoi-Konzepte. Die Autoinsassen können dabei im Auto sitzen bleiben.
Die Magnetschwebe-Fahrzeuge sind äußerst einfach aufgebaut. Das Kabinengehäuse und die vordere, hochklappbare Ausfahrtstür sind aus durchsichtigem Kunststoff. Die hintere, zweiteilige und seitlich öffnende Einfahrtstür und das Untergestell sind undurchsichtig. Im Dachbereich können Solarzellen angeordnet werden. Die Frontpartie ist strömungsgünstig ausgerundet. Die Heckpartie der Kabine steht am Fahrzeugumfang über die Hecktür hinaus und am hinteren Ende sind am gesamten Fahrzeugumfang flexible Kunststoffbahnen als Verlängerung angebracht. Bei der Fahrt im Konvoi fährt das nachfolgende Fahrzeug direkt bis an das Heck des vorausfahrenden Fahrzeugs heran. Da die Heckpartie der Kabine kongruent zur Frontpartie des nachfolgenden Fahrzeugs ausgebildet ist, legen sich die Kunstoffbahnen an den Übergangsbereich von der Kabinenfront zur Kabinenseitenwand des nachfolgenden Fahrzeugs, so daß ein strömungsgünstiger, fast vollkommen glatter Übergang mit konstantem Querschnitt zwischen den Fahrzeugen erreicht wird. |
Abbildung
3a: Draufsicht eines Magnetschwebefahrzeugs mit PKW
Es sind Fahrzeuge mit kleinem Kabinenquerschnitt für Autos - 2,20 m Innenbreite und 1,70 m Innenhöhe - und mit großem Kabinenquerschnitt für Lastwagen und Busse - 3,30 m Innenbreite und 4,30 m Innenhöhe vorgesehen. Beide Typen weisen wiederum verschiedene Längen auf - von 3,60 m bis 5,60 m Innenlänge für Personenwagen und von 6 m bis 19 m Innenlänge für Lastwagen und Busse. Alle Fahrzeugtypen fahren jedoch auf der gleichen Spurweite und bilden Konvois aus Fahrzeugen mit gleichem Querschnitt. Die übliche Betriebsgeschwindigkeit beträgt 180 km/h für alle Fahrzeuge. Durch die einheitliche Geschwindigkeit ergibt sich eine optimale Streckenleistungsfähigkeit. |
Abbildung
3b: Querschnitt eines Magnetschwebefahrzeugs mit PKW
Im Inneren ist ein flaches Kommunikationsmodul
beweglich an der linken Seite angeordnet, das sich sensorgesteuert etwas
unterhalb das geöffnete Fahrertürfenster des eingefahrenen Straßenfahrzeugs
bewegt, sobald der Fahrer etwas aus dem Fenster hält. An dem Kommunikationsmodul
gibt der Fahrer per Spracherkennung oder Tastatur sein Fahrtziel ein und
bezahlt durch Abbuchung von einer Karte mit Zahlungsfunktion.
Der Typ des eingefahrenen Straßenfahrzeugs wird an der Einfahrstation durch ein Kennzeichenlesegerät anhand eines Auszugs der Datenbanken der Kraftfahrzeugzentralregister ermittelt. Der Fahrpreis wird anhand einer für jeden Autotyp mit Motortyp erstellten Tabelle der Selbstfahr-Betriebskosten berechnet. Der Fahrpreis ist etwas geringer als die beim Selbstfahren entstehenden Kraftstoffkosten und zuzüglich gegenbenenfalls die Schwerverkehrsabgabe. Die günstigsten Kleinwagen kosten 0,04 EUR pro Kilometer. Die Fahrzeugmaße werden mit Lichtschranken ermittelt, so daß eine passende Kabine bereitgestellt wird. Weiterhin ist ein Schnellausstiegsknopf zum Anhalten an der nächsten Station, eine Notruf-Gegensprechanlage, ein 12 Volt-Anschluß für die Bordverbraucher wie Heizung und Lüftung, sowie eine Kabinenlüftungs- und Fensteröffnungsfernsteuerung vorhanden. Alternativ zum 12 Volt-Anschluß kann das Straßenfahrzeug während der Fahrt den Motor im Leerlauf laufen lassen, um die Heizung und andere Bordverbraucher zu betreiben. |
| 2.2 Stationen
Abbildung 4 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Station von oben. Die Stationen sind so dicht wie Autobahnauffahrten entlang der Strecke angeordnet, also etwa alle 5 km. Über eine starre Weiche verläßt ein ausfahrendes Fahrzeug den Konvoi. (Die Funktionsweise der starren Weiche wird weiter unten beschrieben.) Auf einer etwa 1 km langen Verzögerungsspur bremst das Fahrzeug ab, fährt über eine weitere starre Weiche nach rechts und kommt in einer Ausfahrbucht zum Stehen, wo das beförderte Straßenfahrzeug durch die Vordertür ausfährt. Danach fährt das Magnetschwebefahrzeug ein kurzes Stück zurück in eine Einfahrbucht, wo von hinten wieder ein neues Straßenfahrzeug einfährt. Sobald sich ein Konvoi auf Sollabstand angenähert hat, beschleunigt das Magnetschwebefahrzeug, schwenkt über eine starre Weiche auf das Hauptgleis und wird beim Erreichen der Betriebsgeschwindigkeit sanft vom Konvoi eingeholt. Wer nicht ausfahren will, fährt also an einer Station mit voller Geschwindigkeit vorbei. Die Durchschnittsgeschwindigkeit ist daher annähernd 180 km/h. Die Auto-Konvois folgen im 2-Minutenabstand aufeinander, die Lastwagen- und Bus-Konvois ca. im 6-Minutenabstand. Nachts wird die Frequenz erniedrigt. Ein Ankoppeln der einzelnen Fahrzeuge im Konvoi ist prinzipiell nicht notwendig, es wird jedoch eine einfache hinterschneidende und seitwärts lösbare Kupplung vorgesehen. Beim Ausschwenken eines Magnetschwebefahrzeuges aus dem Konvoi muß der Konvoi nicht auseinandergezogen werden. |
| 2.3 Trag- und Führsystem und Starre
Weiche
Abbildung 5 zeigt das experimentell realisierte Magnetschwebesystem in Frontansicht mit den L-förmigen Schienen und Teilen des Fahrgestells mit dem Schwebesystem.
Die Schwebegestelle der Magnetschwebe-Fahrzeuge haben auf beiden Fahrzeugseiten jeweils die Form eines auf dem Kopf stehenden "T"s. Die kombinierten Trag- und Führmagnete sind regelbare Hybridmagnete mit minimiertem Energieverbrauch. (Kennwerte des Antriebs-, Trag- und Führsystems siehe Anhang A1) Die Konfiguration des Schwebesystems ermöglicht auch das Schweben, wenn nur ein horizontaler Schenkel des "T"s im Bereich der starren Weiche im Eingriff ist. (Abmessungen der starren Weiche siehe Anhang A2) Zusätzlich sind nur beim Befahren der Weichenspitzen von der spitzen Seite kurzzeitig aktivierte Zusatzseitenführungsmagnete vorhanden. Beim Überfahren der starren Weiche ist auf jeder Fahrzeugseite immer mindestens eine Seite des Trag- und Führsystems im Eingriff (Abbildung 6: Starre Weiche und Trag- und Führsystem). Die zeitliche Änderung der von einem Fahrzeug untergriffenen Fahrwegreaktionsteilfläche wird durch allmähliche Querschnittsverringerung dieser Flächen vor und nach den Überschneidungsbereichen minimiert. Die Anforderungen an die Luftspaltregelung der Hybridmagneten werden somit gegenüber einem abruptem Abbruch der Fahrwegreaktionsteile verringert. |
Abbildung
6: Starre Weiche und Trag- und Führsystem
Als mechanische Sicherung sind im Verzweigungsbereich in der Fahrwegmitte des geraden und abbiegenden Weichenstrangs senkrechte Leitbleche angeordnet. Unter dem Magnetfahrzeug befindet sich vorne in der Mitte ein senkrecht herabstehender Führungsdorn, der seitlich um etwa 10 cm bewegbar ist. Das an die spitz befahrene starre Weiche herannahende Fahrzeug legt vor Erreichen des Sicherheits-Bremsabstandes zur Weiche die Abbiegerichtung, beispielsweise rechts, fest, indem der rechte Zusatzseitenführungsmagnet wie oben beschrieben geschaltet wird und zusätzlich der Führungsdorn um 10 cm nach rechts bewegt wird. Beim Erreichen des Sicherheits-Bremsabstandes wird der Umstellantrieb für den Führungsdorn von der Stromversorgung getrennt. Bei einer fehlerhaften Einstellung erfolgt eine Zwangsbremsung. Der Führungsdorn fährt auf der Weiche seitlich rechts berührungslos an dem rechten Leitblech vorbei. Eine Fehlleitung ist auch bei spontan versagender Elektronik durch diese mechanisch formschlüssige Sicherung unmöglich. Der Sicherheitsstandard dieser starren Weiche ist somit mindestens genauso hoch wie bei herkömmlichen Weichen. Die Abzweigerichtung wird mit einer mechanisch formschlüssig wirkenden Sicherung festgelegt, bevor das Fahrzeug den Sicherheits-Bremsabstand erreicht. |
Als Antrieb bietet sich der Langstator-Synchron-Antrieb
mit eisenfreiem Stator an. In den Bereichen, in denen Fahrzeuge mit geringem
Abstand voneinander mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fahren müssen,
sind die Motorabschnitte bis herab auf 2,70 m lang. Jeder der kurzen Motorabschnitte
wird von einem Umrichter versorgt, der auch über eine Pollageerfassung
und Statorstromregelung verfügt. Der Langstator-Synchron-Antrieb mit
eisenfreiem Stator weist einen einfachen Aufbau auf und erreicht aufgrund
des geringen Leistungsbedarfs der Konvois in Konstantfahrt und aufgrund
der kurzen Motorabschnitte während der Beschleunigungsfahrt einen
sehr hohen Wirkungsgrad.
Die Betriebsleitung und -sicherung übernimmt eine Zentrale. Die Kommunikaton zwischen den Fahrzeugen und der Zentrale findet beispielsweise mit Funk oder HF-Leckkabeln im Fahrweg statt. Die Zentrale empfängt von den Fahrzeugen die folgenden Meldungen:
3.1 Energieverbrauch
Zum Energieverbrauch des AUTOSHUTTLE
tragen bei:
1. Leistungsbedarf der Magnetschwebefahrzeuge
verursacht durch:
Im Anhang A5 wird
der Ressourcenverbrauch unter Berücksichtigung der Rohstoffaufwendungen
für den Bau und den Betrieb des AUTOSHUTTLE
mit den entsprechenden Werten des herkömmlichen Autoverkehrs verglichen.
Es ergibt sich, daß der AUTOSHUTTLE einen
deutlich geringeren Ressourcenverbrauch hat.
Aufgrund des Energieverbrauches ergeben
sich für den Personenverkehr folgende Schadstoffemissionswerte des
normalen Autoverkehrs, des ICE und des AUTOSHUTTLE
:
| l/100Pkm | CO2 | CO | HC | NOX | SO2 | |
| PKW | 7,1 | 17100 | 670 | 98 | 147 | 8,5 |
| ICE | 2,5 | 6050 | 1,55 | 0,28 | 7,1 | 8,9 |
| AUTOSHUTTLE PKW | 2 | 4727 | 1,21 | 0,22 | 5,55 | 6,9 |
| AUTOSHUTTLE Bus | 0,6 | 1418 | 0,36 | 0,066 | 1,67 | 2,1 |
Der Auslastungsgrad ist beim PKW 1,4 Personen
pro Auto. Der Bus sei zu 40% besetzt. Für den ICE wurden die Angaben
der Deutschen Bahn AG gemäß E. Jänsch, Elektrische Bahnen
93 (1995) 1/2, 25, verwendet. Die Einheit für die Emissionswerte ist
g/100 Pkm. Es wird angenommen, daß die Schadstoffart "radioaktiver
Abfall" bei keiner Beförderungsart anfällt, da die Emissionswerte
des AUTOSHUTTLE und des ICE unter der Annahme
fehlender Kernenergie-Stromerzeugung nach oben angepasst wurden. Es ergibt
sich, daß der AUTOSHUTTLE deutlich günstigere
Werte als PKW und ICE aufweist.
In Anlehnung an die Meßwerte des
TR 07 kann bei Vorbeifahrt eines Konvois mit 180 km/h etwa mit einer Lärmbelastung
von 74 dB in 25 m Entfernung von der Strecke gerechnet werden. Mit den
üblichen Konvoifrequenzen von 80/h und Vorbeifahrtdauern von 4 s ist
dies ein sehr geringer Wert, der Schallschutzmaßnahmen neben der
Strecke weitgehend überflüssig macht. Eine AUTOSHUTTLE-Strecke
kann auch quer durch Wohngebiete gebaut werden, ohne daß dadurch
eine unakzeptable Lärmmehrbelastung entsteht.
Bei Maximalauslastung ist die Strecke bis auf Einfädelungslücken und Reserven für Unregelmäßigkei-ten voll belegt. Fahren die Personenwagenkonvois alle 2 Minuten und die Lastwagen- und Buskonvois alle 6 Minuten ab, ergibt sich eine Verkehrsleistungsfähigkeit von 15.000 Fahrzeugen pro Stunde und pro Richtung oder 30.000 Fahrzeugen pro Stunde auf einer Doppelspur. (siehe Anhang A6) Das entspricht fast 3 sechs-spurigen normalen Autobahnen. Der Gesamtplatzbedarf, d. h. für Fahrwege, Stationen und Abstellanla-gen ist dabei 4 mal geringer. (siehe Anhang A7) Wenn nur der Verkehr einer gut befahrenen sechsspurigen Autobahn übernommen werden soll, ist der spezifische Platzbedarf halb so groß wie bei der normalen Autobahn.
Die Haupt-, Brems- und Startgleise können
in der Mitte einer Autobahn gebaut werden. Die um zwei Spuren verringerte
Autobahn reicht für die verbleibenden konventionellen Verkehr aus.
An Stationen schwenkt das Bremsgleis mit kurzen Rampen und Brücken,
auf denen die Kabinen nur noch mit gerin-ger Geschwindigkeit fahren, über
die Autobahn. Die Stationen sind neben der Autobahn und werden vorzugsweise
auf "verlorenen" Flächen zwischen Rampen und Autobahn gebaut. Ebenfalls
mit Überfüh-rungen schwenkt das Startgleis wieder zurück
zur Autobahnmitte. Die gesamte Anlage aus AUTOSHUTTLE
und restlicher Autobahn hat eine viel höhere Leistungsfähigkeit
als die konventionelle Autobahn. Die Plazierung der Stationen ist flexibel.
Auf diese Weise kann an besonders kritischen Engpässen ohne Verbreiterung
der Trasse eine maßgebliche Erhöhung der Verkehrsleistungsfähigkeit
erreicht werden.
Die Akzeptanz wurde mit einer möglichst repräsentativen Umfrage mit 125 Befragten geschätzt. (siehe Anhang A8) Teilweise wurde die Befragung mit Passanten in der Fußgängerzone von Köln durchgeführt. Die Frage lautete: "Würden Sie das hier dargestellte Verkehrsmittel anstelle der normalen Autobahn benutzen?" wichtigste Rahmenparameter sind:
Die Finanzierung wird am Beispiel der Strecke Breitscheider Kreuz (zwischen Duisburg und Düsseldorf)-Köln-Königsforst von 56 km Länge dargestellt. (siehe Anhang A10) Zielgröße ist:
Wieviel Prozent der Fahrzeuge müssen von der Autobahn auf den AUTOSHUTTLE umsteigen, um der Betreibergesellschaft subventionsfrei ein positives Wirtschaftsergebnis zu ermöglichen ?
Gemäß der niedrigsten Prognose befahren zum angenommenen Inbetriebnahmejahr 2010 durchschnittlich etwa 124.000 Fahrzeugen pro Tag diese Autobahnstrecke .
Der mittlere Fahrpreiserlös für
Autos, Lastwagen und Busse ist 5% günstiger als die Kraftstoffkosten
zuzüglich gegebenenfalls die Schwerverkehrsabgabe und beträgt
im Mittel 0,07 EUR/km für PKW und 0,30 EUR/km für LKW und Busse
nach Preisstand 2002. Die Aufwendungen für den Bau der Anlage werden
in Anlehnung an die Daten aus dem Finanzierungsmodell der Firma Thyssen
für die Transrapid-Strecke Hamburg-Berlin und an die Kostentabelle
für Bahnbau geschätzt. Der AUTOSHUTTLE
wird vollkommen privat ohne Zuschüsse finanziert.
Zusammengefasst ergibt sich:
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| Ausgaben | |
| Kreditkosten bei einer Kreditlaufzeit von 25 Jahren |
111 Mio. EUR
|
| Betriebs-, Abschreibungs- und sonstige Kosten |
44 Mio. EUR
|
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Summe
|
155 Mio. EUR
|
| Einnahmen | |
| Genauso hohe Einnahmen ergeben sich, wenn 46.116 Fahrten auf der Gesamtstrecke täglich stattfinden: |
155 Mio. EUR
|
Diese Anzahl von Fahrten pro Tag entspricht
einer Umsteigerrate von der Autobahn auf den AUTOSHUTTLE
von 33% der Fahrzeug-Kilometer, das entspricht 27% der Fahrten, da bevorzugt
längere Fahrten auf AUTOSHUTTLE stattfinden.
Diese Umsteigerrate wird unter anderem in Anbetracht des positiven Umfrageergebnisses
voraussichtlich überschritten werden. Der Kostendeckunggrad steigt
in den folgenden Betriebsjahren weiter an und erreicht im 26. Betriebsjahr
263%. Diese extrem gute Finanzierbarkeit macht AUTOSHUTTLE
nicht nur unabhängig von staatlicher Förderung, sondern auch
zu einem der gewinnträchtigsten Großunternehmen überhaupt.
AUTOSHUTTLE
läßt sich auch bei geringer frequentierten Strecken rentabel
betreiben. Für das mittlerweile nicht mehr realisierungsträchtige
Projekt Transrapid Hamburg-Berlin ergibt sich vergleichsweise ein Kostendeckungsgrad
im ersten Betriebsjahr von nur 60%.
Das vorgeschlagene neue Verkehrmittel AUTOSHUTTLE ist in der Lage, wesentlich zu einer Verminderung der Belastungen durch den überhandnehmenden Straßenverkehr in Ballungsgebieten und hochsensiblen Korridoren wie beispielsweise Alpenpässen beizutragen. Der AUTOSHUTTLE ist