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Kurwaldbahn

Physik

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Basiswissen


Die Kurwaldbahn im rheinland-pfälzischen Bad Ems an der Lahn befördert Menschen in rund 2½ Minuten zwischen der Talstation im unteren Teil von Bad Ems auf der Höhe der Lahn und der gut 130 Meter höher gelegenen Bergstation auf der Bismarckhöhe. Die im Jahr 1979 in Betrieb genommene Anlage läuft voll automatisch. Als erlebbares Körpergefühl interessant ist unter anderem die Betrachtung der sogenannten Sink- und Steigrate. Hier stehen einige technische Angaben, Rechnungen und interessante Fragestellungen für eine eigene Überprüfung.

Eine Talfahrt mit der Kurwaldbahn




In rund 130 Sekunden ging es etwa 130 Meter talwärts nach unten: damit kommt die Kurwaldbahn in Bad Ems auf eine Sinkrate von etwa 1 Meter pro Sekunde. Das Video, aufgenommen am 5 April 2025, zeigt eine komplette Talfahrt mit eingeblendeter Stoppuhr.

Technische Daten


Die hier angegebenen technischen Daten stammen einerseits aus "offiziellen" Quellen[1][11], andererseits auch aus eigenen Messungen und eigenen Rechnungen. Genaueres zur jeweiligen Quelle ist in den Fußnoten angegeben. Wo die Daten untereinander nicht zu 100 % konsistent sind, können sie als Abschätzung gedeutet werden.

Geographie




Geometrie



Geschwindigkeit



Antriebstechnik


  • Antriebsstation ist die Bergstation.
  • 120 Wh für eine Leerfahrt beider Kabinen[12]
  • Energierückgewinnung bei Bremsfahrt[12]
  • 12 mm Durchmesser für das Zugseil[13]
  • 2000 mm als Durchmesser der Antriebs- und Umlenkscheiben[15]

Die Sinkrate bei Talfahrt


Als Sinkrate bezeichnet man in der Fliegerei, wie viel Höhe man bezogen auf die Zeit verliert. Eine Boeing 747 hat beim Aufsetzen eine Sinkrate von etwa 3 Metern pro Sekunde. Ein kleines einmotoriges Sportflugzeug wie eine Cessna 172 kommt auf etwa 4 Meter pro Sekunde im Sinkflug. (Ein Falschirmspringer im freien Fall hat bei einer Geschwindigkeit von 200 km/h eine Sinkate von fast 56 m/s.) Es ist beim Landen immer wieder faszinieren, bewusst wahr zu nehmen wie schnell die Gegenstände auf dem Boden an scheinbarer Größe gewinne und näher kommen. Dieses Gefühl lässt sich auch mit der Kurwaldbahn sehr gut nachempfinden. Bei der Talfahrt wirken am Anfang die Häuser und Menschen im unteren Ort sehr klein. Doch sehr schnell kommen sie näher und wirken bald realistisch groß. Die Sinkrate der Kurwaldbahn liegt dabei aber deutlich unter der üblichen Sinkrate von Flugzeugen, bei nur etwa 1 m/s. Für einen Vergleich siehe auch Sinkraten ↗

Die Steigrate bei Bergfahrt


Umgekehrt zur Sinkrate kann man bei einer Bergfahrt die Steigrate von etwa 1 m/s oder rund 180 Fuß pro Minute (fpm) gut nachempfinden. Sehr schnell nach dem Ausfahren aus der Talstation werden die Gebäude und Gegenstände im unteren Ortsteil sehr klein. Und schnell weitet sich der Blick aus dem Tal heraus über die Hügel des Taunus im Süden und über die Windungen des Flusses Lahn. Typische Steigraten für Heissluftballons und Kleinflugzeuge liegen bei 3 bis 4 m/s. Siehe mehr unter Steigraten ↗

Fußnoten


  • [1] Offizielle Angabe der Touristenformation Bad Ems: "Die zwei Kabinen der Standseilbahn verbinden im Pendelverkehr die Stadtmitte mit dem Kurgebiet auf der Bismarckhöhe. Mit einer maximalen Geschwindigkeit von 4 m/s wird auf einer Streckenlänge von 220 m ein Höhenunterschied von 132 m bewältigt. Mit dieser 78-prozentigen Steigung gehört die Kurwaldbahn zu den steilsten Standseilbahnen der Welt!" Stand 6. April 2025. Online: https://www.badems-nassau.info/poi/kurwaldbahn
  • [2] Selbst aus Google Earth über eine Entfernungsmessung an einem großen Bildschirm entnommen. Bildet man das rechtwinklige Dreieck aus horizontaler Entfernung (175 m), Höhenunterschied (132 m) und der Gleislänge (220), so passen diese auf ganze Meter gerundeten Längen bis auf etwa 0,5 % genau auf den Satz des Pythagoras. Nimmt man eine durchschnittliche Neigung von 37° an, so passen auch die trigonometrischen Beziehungen des Sinus, Cosinus und Tangens recht genau. Die hier wiedergegebenen Werte sind damit im Rahmen von Messungenauigkeiten rechnerisch plausibel.
  • [3] Die durchschnittliche Neigung wurde berechnet als Verhältnis des Höhenunterschiedes von 132 zum horizontalen Abstand von Berg- und Talstation von 175 m. In Prozenten ausgedrückt gab das rund 75 %. Als Winkel sind das rund 37°. Siehe auch Prozent in Grad bei Steigungen ↗
  • [4] Die Breiten- und Längengrade wurde aus Google Earth entnommen.
  • [5] Die Höhen der Berg- und Talstation wurden aus Google Earth entnommen. Dabei ist unklar, ob sich die Höhenangaben auf eine fiktiv angenommene Bodenhöhe (topographisch) oder auf real gemessene Höhen der alleine sichtbaren Dachflächen beziehen.
  • [6] Der offiziell von der Touristeninformation angegebene Höhenunterschied kann auf Google Earth nicht genau nachvollzogen werden. Bei starkem Zoom wurden Höhen auf der Straßenebene der Talstation und direkt auf der Straßenebene der Bergstation genommen. Das kann als maximaler Höhenunterschied gedeutet werden, den die Bahn überwindet. Dabei lag die Straße am Eingang der Talstation bei 81 m und die Straße am Eingang der Bergstation bei 206 m. Somit wäre der maximale Höhenunterschied, den die Bahn überwindet, die Differenz, nämlich nur 125 Meter.
  • [7] Eigene Messung bei einer Fahrt am 5. April 2025: mit Hilfe einer Videoprogrammes (Shotcut) wurde die Dauer vom Beginn der ersten Fahrbewegung bis hin zum automatischen Öffnen der Tür in der Talstation mit 154 Sekunden oder 2 Minuten und 34 Sekunden gemessen. Dabei hat die Bahn aber für die letzten 2 bis vielleicht 4 Höhenmeter sehr viel Zeit benötigt, nämlich gut 14 Sekunden.
  • [8] Für eine Abschätzung der Geschwindigkeit und der Steig- und Sinkrate wurde nicht die gesamte Fahrdauer bis zum Öffnen der Türen zugrunde gelegt sondern die Fahrdauer bis zum Beginn des langsamen Einfahren in die Talstation. Die dann noch zu verbleibende Resthöhe wurde per Augenmass auf etwa 4 Meter geschätzt. Diese Dauer der eigentlich schnellen Fahrt lag bei etwa 130 Sekunden oder umgerechnet auch zwei Minuten und 10 Sekunden.
  • [9] Für die durchschnittliche Geschwindigkeit wurde die Dauer der eigentlich schnellen Fahrt bis zum Beginn der Einfahrt in die Talstation zugrundelegt, also 130 Sekunden. Wenn die fehlende Höhe zu diesem Zeitpunkt etwa 4 Meter, sind fehlen von den 220 Meter der Gesamtlänge gerunde auf ganze Meter noch 7 m. So kommt man auf eine Strecke 213, die in 130 Sekunden zurück gelegt wurde. Das entspricht einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 1,6 Metern pro Sekunde. Die Angabe der Touristeninformation Bad Ems, dass die maximale Geschwindigkeit bei 4 m/s pro liegt erscheint unrealistisch, da zumindest nach dem eigenen Körpergefühl die Geschwindigkeit der Bahn während der Fahrt nicht stark zu- oder abnahm.
  • [10] Als Sinkrate bezeichent man in der Fliegerei den Höhenverlust pro Zeiteinaht, oft angegeben in Fuß pro Minute, seltener auch in Meter pro Sekunde. Für die schnelle Fahrt bis zum Beginn der Einfahrt in die Talstation wurden rund 128 Meter Höhe in rund 130 Sekunden überwunden. Damit kommt man auf eine Sinkrate von ziemlich nahe bei 1 m/s oder rund 180 Fuß pro Minute (fpm). Eine realistische Sinkrate eines kleinen Sportflugzeuges liegt bei zum Beispiel 720 fpm. Siehe auch Sinkraten [Beispiele] ↗
  • [11] Persönliche Mitteilung von Herr Roman Engelhard, Kurwaldbahn Bad Ems GmbH. 11. April 2025.
  • [12] Quelle wie 11: "Bei der Schätzung sind Verbräuche wie die Kommunikation zwischen den Fahrzeugen, das Fahrlicht, das Öffnen der Türen, etc. nicht berücksichtigt. Beachten Sie hierbei z.B. den Fall: Obere Kabine voll und untere Kabine leer: In dem Fall wird die obere Kabine bei der Talfahrt motorisch gebremst und erzeugt dadurch nahezu auf der ganzen Fahrt Energie."
  • [13] Quelle wie 11: "Das Zugseil hat einen Nenndurchmesser von 22 mm (6x19 Seale SES mit Stahleinlage) und wurde [im März 2025] erneuert."
  • [14] Quelle wie 11: "Die Masse des Zugseils beträgt 2,03 kg/m, Gesamtlänge des eingesetzten Seils ca. 250 m inkl. der Aufpollerung unter den Fahrzeugen. Das Zugseil wird unter der Kabine 3,5 x um den Poller (ca. 800 mm Durchmesser) gewickelt und hat dadurch an der Halteklemme eine stark reduzierte Resthaltekraft. Die Seilauflageflächen am Poller sind mit einem Hartgummi- Belag versehen."
  • [15] Quelle wie 11: "Die Antriebs und die beiden Umlenkscheiben haben einen Auflagedurchmesser von 2000 mm" Sowie: "Das Rillenfutter der Antriebs- und den beiden Umlenkscheiben besteht aus einem Kunststoff namens Becorit (ist vielleicht relevant für die Reibung)"
  • [16] Quelle wie 11: "Wir besitzen 2 Betriebsbremsen (1 x 25 kpm und 1 x 40 kpm, beide durch ein Federpaket voreingestellte Bremskraft). Aufgehalten werden die Bremsen mittels Elektromagnete. Der Einsatz einer dieser Bremsen ist vom Lastfall abhängig, also von der Zuladung und Geschwindigkeit der Fahrzeuge und die dafür benötigte Leistung. Im Maschinenraum ist außerdem eine Sicherheitsbremse vorhanden, diese wirkt direkt auf das Antriebsrad und kommt nur zum Einsatz, wenn die Bremskraft oder die Verzögerung der Betriebsbremsen zu gering erscheint."
  • [17] Quelle wie 11: "Ein Fahrzeug wiegt ca. 3,2 t und kann mit ca. 2 t beladen werden."
  • [18] Quelle wie 11: "Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 4 m/s, im Tagesbetrieb ist die Geschwindigkeit auf 45 % eingestellt. Damit die Fahrt nicht so schnell vorbei ist."