Die Basis der vorliegenden Arbeit bildet die Herleitung der Fahrdynamik von Triebfahrzeugen im Eisenbahnverkehr. Aufbauend hierauf wird die Berechnung von Fahrzeiten und damit verbundenen kapazitiven Größen vollständig analytisch hergeleitet. Dies ist ein großer Unterschied zu bereits bestehenden Lösungen. Nur wenn die Wechselwirkung von Zügen untereinander mathematisch gelingt, ist eine Simulation von Eisenbahnverkehr möglich. Anders als im Straßenverkehr ist die Fahrweise stark durch Sicherungstechnik reglementiert und damit in der Regel nicht durch einfache Annahmen formulierbar. Dies eröffnet jedoch auch die Möglichkeit Simulationen deutlich präziser und unabhängiger von humanen Faktoren umzusetzen. Die eigentlich mögliche Präzision bisheriger Lösungen wird jedoch durch häufig unzureichende, ineffiziente Berechnungsansätze verhindert. Neben der hohen Präzision und der geringen Rechenzeit des vorgestellten Ansatzes, zahlt sich die analytische Herangehensweise durch die besonders einfache Umsetzung des Quellcodes aus. Fertige Simulationsumgebungen können durch den nicht zugänglichen Sourcecode nicht die nötige Simulationstiefe bieten, insbesondere bei neuen Fragestellungen. Auch die Automatisierung der Simulation und Auswertung von Testszenarien leidet hierunter sehr. Mit dem neuen Simulationsframework können völlig neue Probleme behandelt werden. Insbesondere das Aufzeigen von Staueffekten stellt hohe Anforderungen an eine Eisenbahnbetriebssimulation, da hier die Wechselwirkung von Zügen nicht durch die einfache Modellierung von Mindestzugfolgezeiten gezeigt werden kann. Daher müssen die Sicherungssysteme inklusive der Zugbeeinflussung implementiert sein, was die Rechenzeit in klassischen Verfahren deutlich erhöht. Um die Ursachen von Staueffekten zu erklären wird außerdem ein zellularauto-matenbasiertes Modell vorgestellt, das aufgrund seines reduzierten Umfangs hilft, die Effekte klar zu verstehen. Hieraus werden neue Ideen zur Reduktion von Staus auf hochbelasteten Eisenbahnstrecken anhand der S-Bahn-Stammstrecke in München vorgestellt. Diese Dissertationsschrift startet in Kapitel 1 mit der Motivation. Wichtige Begriffe werden in Kapitel 2 erklärt. Der Eisenbahnverkehr wird in Kapitel 3 vom Automobilverkehr abgegrenzt. In Kapitel 4 wird die Fahrdynamik und die Berechnung von Fahrzeiten vorgestellt. Kapitel 5 hat die Beschreibung von Mindestzugfolgezeiten und der Fahrzeuginteraktionsmodelle auf Basis des analytischen Verfahrens zum Inhalt. Dazu ergänzend wird in Kapitel 6 das zugehörige Datenmodell vorgestellt. In Kapitel 7 wird das Zellularautomatenmodell zur Beschreibung der Fahrzeuginteraktion präsentiert. Abschließend finden sich in Kapitel 8 und Kapitel 9 Fazit und Ausblick.