AUTOSHUTTLE
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Bau und Betrieb des Verkehrssystems Autoshuttle

Andreas Steingröver / Rasmus Krevet

1  Einleitung, 2 Überblick über das Verkehrskonzept Autoshuttle,    3 Anwendungsbeispiel Duisburg-Köln,    4 Zusammenfassung, SchrifttumDie Autoren,   Résumé

Das vorgeschlagene Verkehrssystem Autoshuttle integriert den Straßen- und den spurgeführten Verkehr unter Ausnutzung und Zusammenführung der jeweiligen systemspezifischen Vorteile. Straßenfahrzeuge werden mit den Insassen und der Fracht in einzelnen Kabinen individuell befördert. Das Betriebskonzept sieht vor, dass die Kabinen ohne Zwischenhalte mit konstanter Reisegeschwindigkeit vom Start- bis zum Zielort fahren. Während der Fahrt werden strömungsgünstige Konvois gebildet, um den Energieverbrauch zu senken und den Verkehrsfluß zu erhöhen. An den Stationen verlassen nur die Kabinen den Konvoi auf einer starren Weiche, die an ihrem Zielort angelangt sind und bremsen auf einer gesonderten Spur, während die anderen Kabinen die dadurch entstandenen Lücken schließen und mit unverminderter Geschwindigkeit weiterfahren. Der vorliegende Artikel widmet sich den planerischen und finanziellen Aspekten einer vorgeschlagenen Anwendungsstrecke entlang der Autobahn A3 von Duisburg nach Köln.

1  Einleitung

Das Verkehrssystem Autoshuttle resultiert aus einer konsequenten Analyse der Benutzeranforderungen und der durch den Stand der Technik, Finanzierung, wirtschaftlichen Nutzen und Umweltschutz gegebenen Rahmenbedingungen.

Ausgangslage ist dabei ein in absoluten Zahlen stetig ansteigendes Verkehrsvolumen. Die größten Zuwächse werden entsprechend aller Prognosen beim Straßenverkehr erwartet [z. B. Verkehrprognose des Bundesverkehrsministeriums für 2015]. Dies betrifft sowohl den Güter- als auch den Personenverkehr. Folge ist die wohlbekannte Situation auf den Autobahnen mit täglichen Staus durch hohe Verkehrsaufkommen, bei Unfällen und Baustellen. Angesichts des zunehmenden Verkehrs wird sich die Situation in den nächsten Jahren noch verschärfen, da ein entsprechender Ausbau der Autobahnen gerade in den Ballungsgebieten kaum mehr oder nur noch mit großem Aufwand möglich ist. Selbst eine Erweiterung einer Autobahn um eine zusätzliche Fahrspur je Fahrtrichtung ist vielerorts aus Platzgründen nicht mehr machbar, oder nur mit umfangreichen Lärmschutzmaßnahmen oder in aufwendiger Trog- oder gar Tunnelbauweise zu realisieren.

Verkehrslenkende Maßnahmen wie zum Beispiel Verkehrsleit- und Stauwarnsysteme oder eine tageszeitabhängige Straßenmaut können den Verkehrsfluß allenfalls etwas vergleichmäßigen und daher die Notwendigkeit eines Autobahnausbaus nur etwas hinauszögern. Dem grundsätzlichen Bedarf an einer Erhöhung der Verkehrsleistung werden sie damit aber nicht gerecht. Auch die vielfach propagierte Verlagerung von Straßenverkehr auf die Schiene ist kaum durchführbar, da der gegenwärtige Schienenverkehr wegen der systembedingten Unflexibilität den Benutzeranforderungen nicht gerecht wird und damit nicht ausreichend akzeptiert wird. Sie bringt daher ebenfalls nur eine geringe Entlastung der Autobahnen.

Als Benutzeranforderungen für ein neues Verkehrsmittel sind als wichtigste Kriterien kurze Haus-zu-Haus-Reisezeiten, geringe Fahrtkosten, hohe Zuverlässigkeit, hohe Sicherheit, hohe Flexibilität und einfache Benutzung zu nennen. Als Zielwert ist dabei jeweils der Bestwert aller bereits bestehenden Verkehrssysteme anzuwenden. Nur wenn alle diese Zielwerte erreicht oder sogar bessere Werte erzielt werden ist mit einer ausreichenden Akzeptanz durch die Benutzer und auch die Gesellschaft insgesamt zu rechnen. Bei der Betrachtung der Akzeptanz vermögen es daher ausgezeichnete Werte bei einem oder mehreren Kriterien nicht schlechte Werte bei anderen Kriterien auszugleichen.

Statt eine Konkurrenz zum Straßenverkehrsmittel aufbauen zu wollen oder den Straßenverkehr ganz zu vermeiden, wird dem Wunsch der Mehrheit entsprechend das unveränderte Straßenverkehrsmittel in eine sehr effektive und umweltfreundliche Fortbewegungsart einbezogen.

Individuelle Kabinen transportieren Straßenfahrzeuge mit deren Insassen und der Fracht. Auf diese Weise werden zeitraubende Umstiegs- bzw. Umladevorgänge vermieden. Während der Fahrt werden Konvois mit sehr geringem Luftwiderstand gebildet, so dass der Energieverbrauch und damit die Fahrtkosten extrem niedrig sind. Wie bei einer Autobahn gibt es etwa alle fünf Kilometer Stationen, an denen eine individuelle Kabine nur hält, wenn der Benutzer dies beispielsweise zu Fahrtbeginn oder kurz vorher gewünscht hat. Zusammen mit einer konstanten Reisegeschwindigkeit ergeben sich kürzeste Haus-zu-Haus-Reisezeiten. Die Spurführung und der automatisierte Betrieb garantieren eine hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit.

Die bevorzugte Linienführung von Autoshuttle ist parallel zu einer vorhandenen Autobahn, da hierdurch die größte Entlastung der Autobahn erzielt wird. Für den Zugang zu Autoshuttle bieten sich Stationen an den vorhandenen Autobahnauf- und Abfahrten an. Aber auch isolierte Strecken zum Beispiel Querungen von Gebirgen mit Tunneln oder Verbindungen von Inseln mit dem Festland über Dämme oder Brücken profitieren von der Flexibilität und der Umweltfreundlichkeit von Autoshuttle.

Für das Verkehrssystem Autoshuttle eignet sich in besonderer Weise die Magnetschwebetechnik zur Spurführung kombiniert mit einem Langstatorantrieb, indem deren systemspezifische Vorteile ausgenutzt werden:

Autoshuttle wurde bereits in verschiedenen Fachmedien veröffentlicht. Einen Gesamtüberblick über Technik, Verkehrsnutzen und Finanzierung geben [1], [2] und [3]. Die signaltechnischen Aspekte und Zulassungsfragen gehen aus [4] und [5] hervor. Details des Langstator-Synchronantriebs werden in [6] beschrieben. Der vorliegende Artikel beschreibt nach einem kurzen Überblick über das Verkehrssystem ein Anwendungsbeispiel parallel zur A3 zwischen Duisburg und Köln.

2 Überblick über das Verkehrskonzept Autoshuttle

Abbildung 1: Magnetschwebe-Kabinen für Personenwagen (vorne) sowie Lastwagen und Busse (hinten)

Abbildung 1 zeigt ein Magnetschwebe-Kabine für den Transport von Personenwagen. Die Autoinsassen können während der Fahrt im Auto sitzen bleiben. Das Kabinengehäuse und die vordere, hochklappbare Ausfahrtstür sind aus durchsichtigem Kunststoff. Die hintere, zweiteilige und seitlich öffnende Einfahrtstür und das Untergestell sind undurchsichtig. Die Frontpartie ist strömungsgünstig ausgerundet. Die Heckpartie der Kabine steht am Fahrzeugumfang über die Hecktür hinaus, so daß sie mit der Frontpartie der nachfolgenden Kabine kongruent abschließt. Bei der Fahrt im Konvoi fährt die nachfolgende Kabine direkt bis an das Heck der vorausfahrenden Kabine heran, so daß ein strömungsgünstiger, fast vollkommen glatter Übergang mit konstantem Querschnitt zwischen den Fahrzeugen erreicht wird.

Es gibt Fahrzeuge mit kleinem Kabinenquerschnitt für Personenautos und mit großem Kabinenquerschnitt für Lastwagen und Busse. Beide Typen weisen verschiedene Längen auf. Alle Fahrzeugtypen fahren auf der gleichen Spurweite und bilden Konvois aus Fahrzeugen mit jeweils gleichem Querschnitt. Die übliche Reisegeschwindigkeit beträgt 180 km/h für alle Fahrzeugtypen. Durch die einheitliche Geschwindigkeit ergibt sich eine hohe Streckenleistungsfähigkeit.

Im Inneren der Kabinen ist ein flaches Bedienterminal beweglich an der linken Seite angeordnet, an dem der Fahrer per Spracherkennung oder Tastatur sein Fahrtziel eingibt und auch bezahlt. Eine Änderung des Fahrtziel ist dabei auch nach Fahrtantritt noch jederzeit möglich.

Abbildung 2 zeigt eine vereinfachte Prinzipskizze einer Station von oben. Die Stationen sind typischerweise so dicht wie Autobahnauffahrten entlang der Strecke angeordnet, also etwa alle 6 km. Über eine starre, das heißt ohne bewegliche Teile ausgeführte Weiche 1 verläßt eine ausfahrende Kabine 2 den Konvoi 3 aus unmittelbar hintereinanderfahrenden Kabinen. (Zur detaillierten Beschreibung der starren Weiche siehe [1]). Die Abzweigerichtung wird durch Aktoren auf dem Magnetschwebefahrzeug festgelegt. Auf einer etwa 1 km langen Verzögerungsspur 4 bremst die Kabine ab, fährt über eine weitere starre Weiche 5 nach rechts und kommt in einer Ausfahrbucht 6 zum Stehen, wo das beförderte Straßenfahrzeug durch die Vordertür ausfährt. Danach fährt die leere Kabine ein kurzes Stück zurück in eine Einfahrbucht 7, wo von hinten wieder ein neues Straßenfahrzeug einfahren kann.

Auf der Straße am Beginn der Einfahrbereiche findet eine automatische Fahrzeugerkennung statt. Neben einer Bestimmung der Fahrzeugmaße mit Lichtschranken ermitteln Kennzeichenlesegeräte die Kennzeichen der einfahrenden Fahrzeuge. Anhand eines Auszugs der Kraftfahrzeugregister wird den registrierten Kennzeichen der Fahrzeugtyp inklusive Motortyp zugeordnet. Der Autoshuttle-Fahrpreis ist für jeden Fahrzeugtyp 5% unter den Kraftstoffkosten des Straßenfahrzeugs und gegebenenfalls zusätzlich die Schwerverkehrsabgabe. Der Benutzer fährt im Autoshuttle im Regelfall also viel billiger als auf der konventionellen Autobahn, da die teilweise erheblichen Verschleißkosten eingespart werden. Die Durchschnittswerte liegen zur Zeit bei 0,07 Euro pro Kilometer für PKW und 0,30 Euro für LKW und Busse.

Die beladene Kabine fährt ein kurzes Stück vorwärts zu einem Wartegleis, so dass die Bucht gleich für die nächste Verladung genutzt werden kann. Sobald ein Konvoi 3 auf dem Hauptgleis 8 einen etwa 1400 m vorher liegenden Referenzpunkt passiert, beschleunigt die gerade beladene Kabine, schwenkt über eine starre Weiche 9 auf das Hauptgleis 8 und wird beim Erreichen der Betriebs-geschwindigkeit sanft vom Konvoi 3 eingeholt. Wer nicht ausfahren will, fährt also an einer Station mit voller Geschwindigkeit vorbei. Die Auto-Konvois folgen bei einer typischen Auslastung der Strecke im 2-Minutenabstand aufeinander, die Lastwagen- und Bus-Konvois ca. im 6-Minutenabstand.

Die Betriebsleitung übernimmt eine Zentrale. Zu den Aufgaben der Betriebsleitung gehört im wesentlichen die Disposition der Fahrzeuge. An den einzelnen Stationen müssen entsprechend dem erwarteten und dem aktuellen Bedarf genügend Fahrzeuge bereitgestellt werden. Weiterhin muß das einzelne Fahrzeug zu dem jeweiligen individuellen Ziel geleitet und Fahrpreisinformationen übermittelt werden. Dazu ist in geringem Umfang eine Kommunikation zwischen den Fahrzeugen und der Zentrale erforderlich die beispielsweise per Datenfunk erfolgen kann.

Die Zentrale empfängt  von den Fahrzeugen Meldungen zur Fahrzeug-Id, Position, Fahrtzielwunsch, Informationen zum abgebuchten Fahrpreis sowie Notfall- und Störungsmeldungen. Die Fahrzeuge empfangen von der Zentrale Anweisungen zur Fahrtrichtung auf der nächsten starren Weiche, dem km-Preis des beförderten Straßenfahrzeugs und Kommunikation mit der Notfallgegensprechanlage. Die Zentrale leitet den Betrieb, indem die von den Fahrzeugen empfangenen Informationen in entsprechende Fahrbefehle umgesetzt werden.

Die signaltechnisch sicheren Steuerungen sind dezentral angeordnet. Die sich nach dem Überfahren einer starren Weiche ergebenden Gleisbelegungen ergeben sich aus den Fahrtzielangaben der Fahrzeuge. Die Fahrtzielangaben werden ebenfalls dazu verwendet, die notwendigen Leerfahrten zur Optimierung des Fahrzeugangebotes zu veranlassen. Zusätzlich werden hierzu die Angaben über die aktuell in den Verladebereich einer Station eingefahrenen Straßenfahrzeuge sowie ein kalendertag- und uhrzeitabhängiges Vorhersageprogramm für die zu erwartenden Verkehrsflüsse benutzt.
 
Abbildung 2: Prinzipskizze einer Station
 
 Bild 2 zeigt eine vereinfachte Prinzipskizze einer Station von oben. Die Stationen sind typischerweise so dicht wie Autobahnauffahrten entlang der Strecke angeordnet, also etwa alle 5 km. Über eine starre, das heißt Ohne bewegliche Teile ausgeführte Weiche 1 verläßt ein ausfahrendes Fahrzeug 2 den Konvoi 3 aus unmittelbar hintereinanderfahrenden Fahrzeugen. (Zur detaillierten Beschreibung der starren Weiche siehe [2]). Die Abzweigerichtung wird durch Aktoren auf dem Fahrzeug festgelegt. Auf einer etwa 1 km langen Verzögerungsspur 4 bremst das Fahrzeug ab, fährt über eine weitere starre Weiche 5 nach rechts und kommt in einer Ausfahrbucht 6 zum Stehen, wo das beförderte Straßenfahrzeug durch die Vordertür ausfährt. Danach fährt das Magnetschwebefahrzeug ein kurzes Stück zurück in eine Einfahrbucht 7, wo von hinten wieder ein neues Straßenfahrzeug einfährt. Sobald ein Konvoi 3 auf dem Hauptgleis 8 einen 1500 m vorher liegenden Referenzpunkt passiert, beschleunigt das Magnetschwebefahrzeug, schwenkt über eine starre Weiche 9 auf das Hauptgleis 8 und wird beim Erreichen der Betriebsgeschwindigkeit sanft vom Konvoi 3 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 bei einer typischen Auslastung der Strecke im 2-Minutenabstand aufeinander, die Lastwagen- und Bus-Konvois ca. im 6-Minutenabstand.

3 Anwendungsbeispiel Duisburg-Köln

In Deutschland ist eine geeignete erste Strecke für Autoshuttle zum Beispiel die A3 zwischen dem Breitscheider Kreuz südlich von Duisburg und der Anschlussstelle Königsforst südlich von Köln. Die 56 km lange Strecke ist von einer hohen Auslastung und nahezu täglichen Staus gekennzeichnet. Die aktuellen Daten des Bundesverkehrsministeriums prognostizieren bis zum Jahre 2015 einen Anstieg des Personenverkehrs um über 15% und des Güterverkehrs um über 50%. Ein Ausbau der 6 bis 8-spurigen Autobahn ist wegen der teilweise beengten Platzverhältnisse und der Lärmschutzverordnungen nicht ohne weiteres möglich.

3.1 Trassierung

Die Autoshuttle-Hauptgleise werden in der Mitte der Autobahn gebaut. Die Autobahn wird dadurch zumeist von sechs auf vier Fahrspuren reduziert, was, wie unten gezeigt wird, für den verbleibenden konventionellen Verkehr ausreicht. Abbildung 3 zeigt den Querschnitt der Autobahn A3 im Abschnitt Köln-Leverkusen mit innen jeweils einem Autoshuttle-Hauptgleis.

Abbildung 3: Querschnitt Autoshuttle-Hauptgleise und Bremsgleis auf der 37,5m breiten A3

Abbildung 4: Aufsicht auf die Anschlussstelle Leverkusen mit Autoshuttle-Station

Die Autoshuttle-Stationen sind an den Auf- und Abfahrten der Autobahn. Von einer Zubringerstraße anreisende Fahrzeuge können direkt in die Autoshuttle-Station gelangen ohne vorher auf die Autobahn fahren zu müssen. Abbildung 4 zeigt die Autoshuttle-Station an der Anschlussstelle Leverkusen. Etwa einen Kilometer vor der Station zweigt in beiden Richtungen jeweils das Bremsgleis vom Hauptgleis ab. In der Mitte der Autobahn sind dann auf einer Länge von einem Kilometer vor der Station drei Gleise. Auf dem letzten Stück des Bremsgleise beginnt eine Rampe, die wegen der nur noch geringen Geschwindigkeit der bremsenden Kabinen von unter 70 km/h nur etwa 100 m lang ist. Das hochgeführte Bremsgleis schwenkt nach rechts in einer Kurve mit dem Radius 250 m über die Autobahn und fällt dann wieder etwas zum Ausfahrbereich der Station ab, die im Bereich zwischen den bestehenden Ausfahrtrampen und der Autobahn liegt.

Die sechs Ausfahrbuchten zweigen nach rechts in Richtung einer Verbreiterung der bestehenden Ausfahrtrampe ab. Die ausgefahrenen Straßenfahrzeuge können direkt auf die bestehende Ausfahrrampe einschwenken. Die entladenen Kabinen fahren rückwärts aus der Bucht, kreuzen das Zufahrtgleis und gelangen über ein rechts vom Zufahrtgleis liegendes Rückfahrgleis zurück an den Anfang der Station am Beginn der Autobahn-Ausfahrtrampe. Dort wechselt die Kabine wieder die Fahrtrichtung auf einem Stumpfgleis und fährt auf der nächsten Weiche nach links zum Abstellbereich in eines der fünf Abstellgleise. In jedem der Abstellgleise ist grundsätzlich nur ein Kabinentyp, das heißt mit bestimmtem Querschnitt und bestimmter Länge. Der Anfang des Abstellbereiches ist in einem Gefälle und die Gleise werden in einer neuen Unterführung unter der Straßenbrücke der kreuzenden Bundesstraße durchgeführt. Die abgestellten Kabinen setzen auf den Kufen ab und bleiben im Gefälle stehen. Hinter der Brücke steigen die Abstellgleise wieder an. Am anderen Ende des Abstellbereiches fahren die Kabinen über ein Stumpfgleis am Ende der Station und dann in Rückwärtsfahrt zu den Einfahrgleisen zur Verladung von Straßenfahrzeugen. Eine mindestens der Anzahl von Einfahrbuchten entsprechende Anzahl von Kabinen befindet sich in der Regel in Warteposition auf dem Zufahrgleis direkt vor den Einfahrbuchten. Nach der  Registrierung eines in die Autoshuttle eingefahrenen Straßenfahrzeugs kann dann nach wenigen Sekunden bereits in die passende Kabine eingefahren werden.

Abbildung 5: Autoshuttle Station an einer Autobahnauffahrt

Nach der Verladung des Straßenfahrzeugs fährt die Kabine zu einem der parallelen Wartegleise für jeden Kabinenquerschnitttyp. Abbildung 5 zeigt eine die Autobahn überquerende Zubringerstraße. Oben links fährt gerade ein Lastwagen in eine Autoshuttle-Kabine ein. Darunter ist die Abstellanlage auf Höhe der Autobahn angeordnet. Beim Annähern des nächsten Konvois vom gleichen Typ setzen sich die neustartenden Kabinen in Bewegung, überqueren die Autobahn (siehe Abbildung 6) und fahren nach 250 m etwa mit 70 km/h über eine Weiche auf das Hauptgleis. Dort werden sie nach weiteren 1200 m vom Konvoi beim Erreichen der Reisegeschwindigkeit von 180 km/h eingeholt.

Abbildung 6: Überquerung der Autobahn bei der Fahrt von der Station zum Hauptgleis

Die Ein- und Ausfahrbuchten sind für eine hohe Verladefrequenz optimiert. Direkt nachdem eine beladene Kabine das Lichtraumprofil des Zuführweges verlassen hat, kann die nächste leere Kabine aus dem direkt anschließenden Abstellbereich zum Beladen folgen. Die durchschnittliche Dauer zum Einfahren und Ausfahren wurde für die Kabinen mit Messungen bei Garageneinfahrten simuliert. Die Dauer für das Öffnen und Schließen der Türen und die Rangierbewegungen wurde simuliert. Es ergibt sich, dass eine PKW-Verladebucht durchschnittlich alle 33 Sekunden ein neues Fahrzeug verladen kann. Das bedeutet beispielsweise, dass die gezeigte Autoshuttle-Station mit nur sechs Einfahrbuchten pro Richtung selbst bei einer hohen Umsteigerate von der parallelen Autobahn von 70% ausreicht, wobei die auf [8] basierend prognostizierte Maximalbelastung von 7500 Fahrzeugen pro Richtung und Stunde sei und der an der Anschlussstelle ein- oder ausfahrende Anteil 12% betrage. Für das Entladen ergeben sich analoge Bedingungen. Die Konfiguration von Autoshuttle mit individuellen Kabinen, die vorwärts be- und entladen werden, hat somit eine sehr hohe Aufnahme- und Abgabekapazität.

Die erste und letzte Station der Autoshuttle-Strecke ist größer als die dargestellte Station, da hier der Hauptverkehr auf der Autobahn auf bzw. von Autoshuttle umgeschlagen werden soll. Sie weisen jeweils 30 Buchten zum Ein- und zum Ausladen auf. Die stündliche Umschlagskapazität beträgt bis zu 3270 Fahrzeuge pro Richtung. Wenn die Strecke später verlängert wird, wird die vormalige Endstation verkleinert. Die Hälfte der verbleibenden Buchten werden zu Einlade- bzw. Ausladebuchten umgebaut. Aufgrund der modularen Bauweise können die anderen Buchten an anderen Stationen wiedereingebaut werden. An den Streckenenden und an den Kreuzen Hilden und Leverkusen sind Wendeschleifen für die Kabinen angeordnet.

Autoshuttle kann fast vollständig auf der bestehenden Autobahn und auf ansonsten verlorenen Flächen zwischen Autobahn und Auffahrts- oder Abfahrtsrampen oder innerhalb von Autobahnkreuzen gebaut werden. Gegenüber dem ansonsten notwendigen Ausbau der normalen Autobahn ergibt Autoshuttle fast ohne neuen Bedarf an Nutzflächen eine wesentlich höhere Kapazität und Durchschnittsgeschwindigkeit und erniedrigt drastisch die Belastungen durch Unfälle, Lärm, Stau, Energieverbrauch und Emissionen.

3.2 Baustrategie

Um die Beeinträchtigung des Autobahnverkehrs während der Bauzeit zu minimieren, werden beim Bau der Strecke zunächst einige Zwischenstationen ausgelassen. Nachdem die Strecke in Betrieb gegangen ist, sinkt die Verkehrsdichte auf der Autobahn aufgrund der auf Autoshuttle umgestiegenen Langstreckenfahrten. Daraufhin werden die fehlenden Zwischenstationen mit geringerer Beeinträchtigung des Verkehrsflusses gebaut. Auch Teilstücke von z.B. nur 15 km Länge können schon in Betrieb gehen und dann Stück für Stück um weitere Teilstücke oder Stationen erweitert werden.

3.3 Finanzierung

Für die Strecke Duisburg-Köln wurden die Bau- und Betriebskosten sowie die Erlöse prognostiziert. Bei noch nicht detailliert genug vorliegenden Daten wurde konservativ geschätzt. Das Ergebnis der Betrachtungen soll zeigen, ob die Autoshuttle-Strecke Duisburg-Köln ohne Subventionen profitabel gebaut und betrieben werden kann. Die Beträge sind in Millionen Euro mit Preisstand 2002.

3.3.1 Baukosten

Die Baukosten wurden basierend auf einer umfassenden Auswertung von Infrastrukturmaßnahmen der Deutschen Bahn AG prognostiziert. Das Gleis mit Schwellen und auch die Ausführung der Dämme und Einschnitte ist der klassischen Eisenbahn sehr ähnlich. Die Meterlast ist jedoch mit etwa 4 Tonnen pro Meter geringer. Der Langstatorantrieb, die Energieversorgung und das Betriebsleitsystem basiert auf Kostenangaben für die Transrapidstrecke Hamburg – Berlin [5]. Für die Kabinen konnten einige Komponentenkosten wie zum Beispiel die Magnete sehr genau ermittelt werden, bei anderen Komponenten wurden aufgrund der ähnlichen Stückzahlen und der ähnlichen Konstruktionsart Kosten von Straßennutzfahrzeugen als Vergleichswerte genutzt. Die folgende Tabelle zeigt eine Zusammenfassung der Baukosten. Die Bauausführung hat eine genügende Kapazität für die gemäß der unten beschriebenen Prognose zu erwartenden Verkehrsmenge.
 
 

Baukosten
Mio.Euro
154 km Gleis inklusive 1300 starren Weichen
105
58 Überführungen über Straßen
99
29 Unterführungen unter Straßen
28
Langstator-Kabelwicklung für 154 km Gleis
47
Grunderwerb
26
Energieanlagen
298
Gebäude
65
Betriebsleittechnik
59
Planung, Sonstiges
79
2.254 Kabinen à 60.000.- Euro für PKW-Kabine und 
  530.000.- Euro für LKW/Bus-Kabine
350
Summe
1.158

Gemäß der in Kapitel 3.2 gezeigten Baustrategie geht die Strecke bereits zwei Jahre vor der Gesamtfertigstellung in Teilfertigstellungszuständen in Betrieb. Die Erlöse aus der Anfangszeit gehen in die Finanzierung des letzten Abschnitts ein, der vier Jahre nach Baubeginn in Betrieb geht. Bei üblichen Zinsen und einer Laufzeit von 25 Jahren ergeben sich hieraus jährliche Kapitalkosten von 112 Mio. Euro. Die Abschreibung wird, wie unten gezeigt wird, aus Überschüssen bezahlt.

3.3.2 Erlöse

Die Autoshuttle-Strecke wird privat und ohne Zuschüsse gebaut und betrieben. Einnahmequelle sind die Fahrpreiserlöse aufgrund von Straßenfahrzeugbenutzern, die Autoshuttle anstelle der parallelen Autobahn benutzen. Weiterer angezogener Verkehr ist in geringem Umfang zu erwarten, wird aber in der folgenden Betrachtung nicht berücksichtigt. Die Auslastung der Autobahn wurde mit [8] und den neuesten Verkehrsmengenprognosen des Bundesverkehrsministeriums ermittelt. Voraussetzung für hohe Erlöse ist eine hohe Akzeptanz bei den potentiellen Benutzern. Eine vorläufige Akzeptanzumfrage (siehe [1], Anhang A8) zeigt, dass Autoshuttle mit den Eigenschaften

den Wünschen eines sehr hohen Anteils der Verkehrsteilnehmer entsprechen. Der erste und dritte Punkt wird auf der Autoshuttle-Strecke fast immer erfüllt. Bei sehr kurzen Fahrtlängen ist jedoch aufgrund der verbleibenden Verlustzeiten beim Be- und Entladen die Brutto-Fahrtdauer nicht attraktiv, so dass nur mit geringer Akzeptanz für solche Reisen gerechnet werden kann. Darauf aufbauend wurde die Umsteigerate von der Autobahn auf Autoshuttle in einer Fahrzeugtyp-, Tageszeit- und Fahrtlängen-abhängigen Analyse prognostiziert. Dabei waren Einganggrößen: Für die zeitabhängige Auslastung des untersuchten Autobahnabschnitts wurden die Tages- und Wochengangslinien der Verkehrszähldaten verwendet [8]. Die Verteilung der Autobahn-Fahrtlänge ist als etwa gleichmäßig mit einem leichten Maximum bei 35 km angenommen. Die Umsteigerate ist vor allem von der Autobahn-Fahrtlänge abhängig. Bei Autobahn-Fahrtlängen bis 6 km ist die Umsteigerate Null. Zu Nachtstunden erreicht die Umsteigerate für PKW auch für die längste Fahrtstrecke von 56 km nur 36%. Weitere Verschärfungen der Lärmschutzbestimmungen würden hier auch einen Anstieg bringen. Im anderen Extrem erreicht die Umsteigerate auf der längsten Fahrtstrecke von 56 km Länge während der Rush-Hour 59% für PKW. Bei LKWs und Bussen beträgt der Wert 79%. Sie benötigen mit Autoshuttle 24 Minuten für die 56 km von der Einfahrt in die Station inklusive aller Wartezeiten bis zur Ausfahrt aus der Zielstation gegenüber 45 min auf der normalen Autobahn. Die Prognose ergibt insgesamt, dass voraussichtlich 32% der Fahrten auf Autoshuttle umsteigen werden. Da vorrangig längere Fahrten auf der Autobahn stattfinden, repräsentiert dieser Wert 40% der Autobahn-Fahrzeug-Kilometer. Der LKW/Bus-Anteil ist mit 28% deutlich höher als auf der Autobahn, wo er 14,4% beträgt. Die verbleibende vierspurige Autobahn wird zu Spitzenbelastungszeiten mit 1550 Fahrzeugen pro Fahrspur und Stunde etwas weniger ausgelastet als heute, so dass mit einer etwas niedrigeren Stauneigung zu rechnen ist. Mit dem oben angegebenen Fahrpreismodell „5% günstiger als die Kraftstoffkosten plus gegebenenfalls Schwerverkehrsabgabe“ ergeben sich Einnahmen in Höhe von 183 Mio. Euro. 62% der Einnahmen stammen von LKW und Bussen.

3.3.3 Betriebskosten

Die folgende Tabelle zeigt die jährlichen Betriebskosten. Die Abschreibung wird weiter unten gesondert beschrieben.
 

Betriebskosten
Mio.Euro
Personalkosten für 178 Mitarbeiter
10
Materialkosten für Instandhaltung
14
Energiekosten mit 0,06 Euro/kWh
12
Versicherungen
5
Summe
41

Die geringen laufenden Kosten der Magnetbahnkabinen resultieren aus dem einfachen Aufbau mit nur wenigen beweglichen Teilen. Weiterhin ist es kostengünstiger, einen Beförderungsraum für Straßenfahrzeuge anstelle von Sitzplätzen für Passagiere anzubieten. Die Energiekosten sind aufgrund der widerstandsarmen Konvoifahrt mit lediglich 180 km/h und der minimierten Brems- und Beschleunigungsvorgänge gering.

3.3.4 Nettoergebnis

Die Gesellschaft erwirtschaftet bereits im ersten Jahr des Betriebs auf der Gesamtstrecke einen Gewinn von 23 Millionen Euro. Selbst wenn nur 27% der Fahrten, das entspricht 33% der Fahrzeugkilometer, auf Autoshuttle umsteigen, wird Kostendeckung erreicht. Die vorausgesagte Umsteigerate liegt 24% über diesem Wert. Die Abschreibung wird aus dem Überschuss gezahlt. Wenn in späteren Ausbaustufen lange Autoshuttle-Strecken zu einem Netz verbunden sind, steigt die Umsteigerate weiter an, da vorrangig längere Fahrstrecken von der normalen Autobahn übernommen werden. Es können dann auch Strecken mit geringerer Auslastung ohne Zuschüsse gebaut und betrieben werden.

Das gewählte Fahrpreismodell bietet teilweise extrem geringe Kosten für den Benutzer. Beispielsweise ein Drei-Liter-Auto fährt von Berlin nach Frankfurt am Main für 13 Euro. Die Fahrzeit von Haus zu Haus beträgt etwas über 3 Stunden. Tatsächlich entstehen den meisten Benutzern weitere Kosten wie Reifenverschleiß, anteilige Inspektionskosten und der zwar geringe, aber nicht vernachlässigbare fahrleistungsabhängige Wertverlust. Zusammen mit den Kraftstoffkosten summieren sich diese Kosten für die Beispielstrecke zu 26 Euro. (siehe auch [1], Anhang 9) Die vorläufige Umfrage aus [1], Anhang 8 zeigt, dass ein sehr hoher Anteil der Straßenverkehrsteilnehmer die Berücksichtigung der Verschleißkosten des Straßenfahrzeugs bei der Bildung der Autoshuttle Fahrpreise akzeptieren würde. Höhere Fahrpreise als die hier betrachteten sind daher voraussichtlich akzeptabel.

4 Zusammenfassung

Der Bau der Autoshuttle-Strecke bietet ein Verkehrsmittel mit:

und erfüllt damit alle Kriterien die an ein neues Verkehrssystem gestellt werden. Anhand des Beispiels einer typischen Anwendungstrecke Duisburg-Köln kann gezeigt werden, dass auch unter pessimistischen Annahmen ein subventionsfreier Bau mit privater Finanzierung möglich ist. Aufgrund der hervorragenden Eigenschaften von Autoshuttle ergibt sich eine hohe Akzeptanz sowohl durch die Benutzer als auch durch Anwohner der Strecke. Autoshuttle führt zu einer wesentlichen Entlastung der Autobahnen und hilft damit eines der drängendsten Verkehrsprobleme nachhaltig und vorteilhaft für alle Beteiligten zu lösen.

Da Autoshuttle auch als Insellösung eine hohe Akzeptanz ermöglicht, kann ausgehend von den am meisten belasteten teilweise nur kurzen Korridoren ein Netz aufgebaut werden. Aufgrund des Netzeffektes und mit Reinvestition des Gewinns aus den ersten Strecken ist die Auslastung dann auch auf den weniger befahrenen Abschnitten genügend hoch für einen subventionsfreien kostendeckenden Bau und Betrieb.

Schrifttum

[1] www.autoshuttle.de

[2] Feasibility, Financial and Environmental Analysis of an Advanced Maglev-Based Intermodal System, Preprint CD-ROM of the 80th Annual Meeting of the Transportation Research Board, 7.-11.1.2001, Washington DC

[3] Intermodal Invention, Civil Engineering Magazine, American Society of Civil Engineers, April 2001

[4] Steuerungssysteme des Verkehrskonzepts Autoshuttle, Signal und Draht 7+8 2000, Tetzlaff Verlag

[5] Langstator-Synchron-Linearmotor-basierte Steuerung des Rendezvous-Manövers, Automatisierungs- und Assistenzsysteme für Transportmittel, Möglichkeiten, Grenzen, Risiken, Fortschrittberichte VDI, VDI-Verlag Düsseldorf, 2000

[6] Rendezvous-Manoeuvre with Long-Stator-Linear-Motor, Preprints of the 9th IFAC Symposium, Braunschweig, Germany, vol. II, p. 522

[7] Finanzierungskonzept für die Transrapid-Strecke Hamburg-Berlin, Thyssen, Siemens, AEG, 1993

[8] Verkehrsentwicklung auf Bundesfernstraßen 1999, Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen V 82, Bergisch Gladbach, 2000.
 

Die Autoren

Dr. Ing. Andreas Steingröver
Systemingenieur in der Eisenbahnsignalindustrie. Autoshuttle basiert auf nebenberuflicher Tätigkeit.--
Anschrift: Vor den Balken 3, D-38120 Braunschweig
E-mail: andreas.steingröver@t-online.de

Dr. rer. nat. Rasmus Krevet
Systemingenieur in der Eisenbahnsignalindustrie. Autoshuttle basiert auf nebenberuflicher Tätigkeit.--
Anschrift: Bammelsburger Str. 2, D-38114 Braunschweig
E-mail: rasmus.krevet@gmx.de

Résumé

The new economically and ecologically highly promising application of magnetically levitated systems „Autoshuttle“ for the transport of road vehicles with their passengers and goods provides an operational scheme with many small cabins, which form convoys during their journey in a rendez-vous-manoeuvre. At intermediate stations along the line a cabin leaves the convoy on demand only and then reaches the station via a non-moving point. a thorough financial analysis for a proposed commercial Autoshuttle line Duisburg-Cologne in Germany yields the prospect of subsidiary-free profitable private building and operation of the line.