Neigetechnik ist eine Technik, bei der Fahrzeuge oder Teile von Fahrzeugen bei der Durchfahrung von Kurven quer zur Fahrtrichtung geneigt werden. Das reduziert die empfundene Seitenbeschleunigung bei Fahrgästen, da der Normalenvektor des Fahrzeugbodens zum Summen-Vektor aus Zentrifugalkraft und Gewichtskraft hin gedreht wird.

Anwendungen bei Schienenfahrzeugen

Bei Schienenfahrzeugen steht Neigetechnik konkret für eine Gleisbogenabhängige Wagenkastensteuerung (Abkürzung Neitech, GSt), bei der die Wagenkästen eines Eisenbahnzuges gegenüber ihrem Fahrwerk zur Kurveninnenseite geneigt werden. Die Neigetechnik erlaubt damit ein schnelleres Durchfahren von Gleisbögen, ohne dass die im Wagenkasten auftretenden waagerechten Anteile der Zentripetalkraft einen bestimmten Toleranzwert überschreiten. Dies wird auch als „bogenschnelles Fahren“ bezeichnet. Bei nicht erhöhter Geschwindigkeit (Regelgeschwindigkeit, konventionelle Geschwindigkeit) kann das System genutzt werden, um die Kurvenfahrt, durch eine geringere auf den Fahrgast wirkende seitliche Kraft, angenehmer zu gestalten. Die Hersteller einiger Neigetechniksysteme sprechen hier von einer „Komfortneigung“. Nicht alle Fahrzeuge mit Neigetechnik besitzen diese Einstellung.

Stellsysteme Man unterscheidet zwischen passiver und aktiver Neigetechnik: Bei der passiven Neigetechnik sind die Wagenkästen oberhalb ihres Schwerpunktes an erhöhten Fortsätzen des Fahrwerksträgers aufgehängt. Dadurch schwingen sie aufgrund der Fliehkraft im unteren Bereich nach außen, im oberen nach innen. Die Schwingungen werden durch Dämpfungselemente beruhigt. Der Neigewinkel ist auf 3,5° beschränkt. Dadurch ist der Geschwindigkeitsgewinn bei Bogenfahrt auch deutlich geringer als bei aktiven Systemen. Häufig dient die passive Neigetechnik wie beim spanischen Talgozug nur der Komfortverbesserung. In der Schweiz war geplant, eine passive Neigetechnik namens Wank-Kompensation zur Fahrzeitverkürzung einzusetzen, um ITF-Knotenzeiten halten zu können. Bei der aktiven Neigetechnik sorgen hydraulische Stellzylinder (Hydraulikzylinder) oder ein elektrischer Stellantrieb (E-Motor mit hochuntersetztem Getriebe und Spindelantrieb, der die Rotationsbewegung des E-Motors in eine lineare Bewegung umsetzt) dafür, dass die Wagenkästen auslenken. Der Neigewinkel kann bis 8,6° betragen. Die klassische Lösung mit Hydraulik birgt die stets latente Umweltgefahr durch die typischen Leckagen der Hydraulikzylinder. Es gibt Mischformen der Stellsysteme z. B. in Japan, beispielsweise passive Neigesysteme, bei denen die Neigung aktiv ein- und ausgeleitet wird.

Sensorik-Konzepte Man unterscheidet bei den aktiven Systemen zusätzlich noch zwischen verschiedenen Systemkonfigurationen der Regelung und der zugehörigen Sensorik: Beim inertialen System wird mindestens die Seitenbeschleunigung über inertiale Sensoren gemessen und die Neigung entsprechend eingestellt. Fast alle aktuellen Entwicklungen benutzen inertiale Systeme. Beim vollständigen System werden in drei Dimensionen alle sechs Freiheitsgrade (3 Beschleunigungen Bremsen, Stampfen, Pendeln und drei Winkelgeschwindigkeiten Gieren, Nicken, Neigen) über Sensoren gemessen und die Neigung entsprechend eingestellt. Diese Lösung wird nach Mess- und Fahrversuchen bisher kaum eingesetzt, da aus der Sicht der Maschinentechnik der Messaufwand für zu hoch gegenüber der erreichten Komfortverbesserung gehalten wird. Tatsächlich bedeutet der Aufwand für die Messtechnik auf der Basis moderner MEMS-Sensoren keinen preislichen Unterschied. Beim unvollständigen System werden in drei Dimensionen nicht alle sechs Freiheitsgrade (beispielsweise 3 Beschleunigungen und zwei Winkelgeschwindigkeiten) über Sensoren gemessen und die Neigung entsprechend eingestellt. Dieses System ist in den Messfehlern dem vollständigen System unterlegen und verursacht bei schnellem Wechsel auf Weichen ungefährliche, aber irritierende Fehlsteuerungen. Bei wissensbasierenden Systemen wird die zu erwartende notwendige Neigung in Abhängigkeit von der aktuellen Zugposition aus einer Datenbank entnommen. Ein ausschließlich wissensbasiertes System ist ohne Sensoren nicht robust gegen Störungen und daher kaum komforttauglich. „SIBI“ – die Neigetechnik des spanischen Herstellers CAF – verwendet vorgefertigtes Kartenmaterial in Verbindung mit GPS-Empfänger und Kilometerzählern und kann somit auf Balisen verzichten. Es gibt verschiedene Anordnungen der Messeinheiten in den Fahrzeugen: Eher selten wird im Wagenkasten gemessen, wo der Komfort hergestellt werden soll, diese Lösung ist träge gegenüber den Störungen, aber komfortabel. Meist wird im Drehgestell gemessen, wo die Störungen aus dem Gleisbett eingeleitet werden, diese Lösung ist flink gegenüber den Störungen. Besonders sparsam ist das Messen nur im ersten Fahrzeug, das die Störungen in den nachfolgenden Fahrzeugen nur schätzen lässt.

Folgen für die Raumaufteilung Damit die Züge auch mit aktiver Neigetechnik in das Lichtraumprofil von Altbaustrecken passen, werden die Seitenwände in der Regel schräg gestellt. Der Innenraum wird dadurch im oberen Bereich schmaler als in einem starren Zug.

Drehgestelle und Aufhängung fallen komplizierter aus als bei herkömmlichen Triebwagen. Auch sollten schwere Bauteile im geneigten Fahrzeugteil (Transformatoren oder Treibstofftanks, Dieselmotoren und Generatoren) möglichst in Höhe der Neigeachse montiert werden, um das Trägheitsmoment und damit den Kraftaufwand für den Neigevorgang möglichst gering zu halten; sie werden daher üblicherweise unter dem Fußboden angeordnet. Beides zusammen wird dann zu einem konstruktiven Problem, wenn das Fahrzeug zusätzlich noch in niederfluriger Bauweise ausgeführt werden soll.

Neigetechnik und Traktionskonzept mini|Einheitswagen Typ III der Bauart Swiss Express. Die ursprünglich vorgesehene Ausrüstung dieser Wagenserie mit Neigetechnik wurde später fallengelassen. Obschon die Neigetechnik prinzipiell – unter Einhaltung der zulässigen Achslasten – auch bei lokbespannten Zügen eingesetzt werden könnte, werden Neigezüge in aller Regel als Triebwagenzüge konzipiert. Wird dabei der Antrieb in Triebköpfen konzentriert, so müssen nur die Zwischenwagen mit Neigetechnik ausgerüstet werden, da das Verfahren ja lediglich den Fahrkomfort für die Reisenden (und nicht etwa auch die Sicherheit der Spurführung) verbessert.

Bei elektrischen Triebzügen mit verteiltem Antrieb dürfen sich die auf dem Dach der einzelnen Triebwagen montierten Stromabnehmer nicht neigen, damit der Kontakt zum Fahrdraht erhalten bleibt. Dies kann durch folgende Möglichkeiten erreicht werden: Das Fahrzeug, auf dem der Stromabnehmer montiert ist, neigt sich nicht. Die Lösung wurde beispielsweise im Triebkopf des X2000 realisiert. Der Stromabnehmer sitzt auf einem sich nicht neigenden Rahmen, der direkt auf dem Drehgestell aufliegt, wie z. B. beim FS ETR 470 Der Stromabnehmer sitzt auf einem Hilfsrahmen auf dem Dach des Fahrzeuges und wird von einem eigenen Stellantrieb entgegen der Neigung des Wagenkastens bewegt, wie z. B. beim ICE T und beim SBB RABDe 500.

Betriebseigenschaften Fahrten mit Komfortneigung unterscheiden sich betrieblich nur gering von Fahrten mit starren Zügen, sie führen zu einem gesteigerten Aufwand bei Bau und Wartung der komplexeren Züge.

Die Einführung von Neigetechnik zur Beschleunigung des Bahnverkehrs stellt komplexe Anforderungen an die gegenseitige Abstimmung von Infrastruktur und Rollmaterial. In diesem Fall steigt auch der Aufwand auf Seiten der Infrastruktur.

Insbesondere die Signaltechnik muss auf die höheren Geschwindigkeiten ausgelegt werden. In Deutschland kommt zusätzlich zur normalen Zugbeeinflussung (PZB) die Geschwindigkeitsüberwachung Neigetechnik (GNT) zum Einsatz, die die erhöhte Geschwindigkeit freigibt, wenn sie sicher gefahren werden kann. Die Sicherung von Bahnübergängen muss so geändert werden, dass die Schranken auch bei einem schnelleren Zug rechtzeitig geschlossen sind.

Für den Oberbau ist es bei gleicher Geschwindigkeit und Masse gleichgültig, ob der Wagen aufgerichtet oder geneigt durch die Kurven fährt. Allerdings führen erhöhte Kurvengeschwindigkeiten zu höherem Abrieb an Gleis und Radkranz. Um die Neigetechnik mit sanftem Wechsel der Neigung nutzen zu können, müssen Kurven Übergangsbögen enthalten. Plötzliche Wechsel der Krümmung, wie sie vor allem in Weichenbereichen auftreten, dürfen nicht bogenschnell befahren werden.

In Deutschland ist die Neigetechnik nur für bogenschnelles Fahren bis 160 km/h zugelassen. Im Hochgeschwindigkeitsbereich wird nur die Komfortneigung verwendet, neue Schnellfahrstrecken werden nicht für bogenschnelles Fahren ausgelegt. Hingegen kann die Neutrassierung von Altstrecken nach Einsatz der Neigetechnik unterbleiben.

Im europäischen Zugbeeinflussungssystem ETCS sind folgende Zugreihen für Neigezüge vorgesehen: Bezeichnung Zugtyp Überhöhungsfehlbetrag TILT 1 Neigezug 165 mm TILT 2 Neigezug 180 mm TILT 3 Neigezug 210 mm TILT 4 Neigezug 225 mm TILT 5 Neigezug 245 mm TILT 6 Neigezug 275 mm TILT 7 Neigezug 300 mm

Reisezeitverkürzung mini|Ein ICE T verlässt einen Gleisbogen. Gut zu erkennen sind die verschiedenen Neigungswinkel der einzelnen Wagenkästen. Durch den Einsatz einer aktiven Neigetechnik kann mit bis zu 30 % höherer Geschwindigkeit durch Gleisbögen gefahren werden. Dadurch werden auf kurvenreichen Strecken die Reisezeiten verkürzt.

Folgende Tabelle gibt ein Beispiel für die rechnerische Geschwindigkeitserhöhung durch Einsatz der Neigetechnik. Bogenhalbmesser Geschwindigkeit Geschwindigkeit Geschwindigkeit Geschwindigkeit Geschwindigkeit konventionell Wankkompensation (2,0°) passive Neigetechnik (2,5°) aktive Neigetechnik (6,5°) aktive Neigetechnik (8°) R / Meter vzul / (km/h) vzul / (km/h) vzul / (km/h) vzul / (km/h) vzul / (km/h) 200 65 70 70 85 90 500 105 115 120 135 140 800 135 145 150 170 180 1100 160 175 175 200 210 1400 180 195 200 225 235 1700 200 215 220 250 260 2000 215 235 240 270 285

mit

Konstante: in der Einheit , ergibt sich aus der gemittelten Schwerebeschleunigung an der Erdoberfläche von 9,81 m/s², einer Stützweite von 1500 mm sowie der Umrechnungszahl 3,6 für die Konvertierung von m/s nach km/h. Anmerkung: Die Tabellenwerte sind auf ganze 5 km/h abgerundet.

Nebenwirkungen mini|Im Inneren eines geneigten Triebwagens der Baureihe 612