Linienförmige Zugbeeinflussung

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Dies ist eine alte Version dieser Seite, zuletzt bearbeitet am 15. August 2006 um 19:05 Uhr durch SteveK (Diskussion | Beiträge) (Änderungen von Benutzer:Joh999 rückgängig gemacht und letzte Version von Benutzer:Fomafix wiederhergestellt). Sie kann sich erheblich von der aktuellen Version unterscheiden.
Zur Navigation springen Zur Suche springen

Die Linienzugbeeinflussung (auch Linienförmige Zugbeeinflussung, Abk.: LZB) ist ein Zugsicherungssystem der Eisenbahn, bei dem die Fahrzeuge kontinuierlich überwacht werden. Sie wird vorranging auf Schnellfahrstrecken ab Geschwindigkeiten von über 160 km/h eingesetzt. Ferner kann die LZB die Leistungsfähigkeit von Strecken durch dichtere Zugfolgen erhöhen. LZB-Technik wird in Deutschland, Spanien und Österreich eingesetzt.

Einführung

Bei der Punktförmigen Zugbeeinflussung wird die Einhaltung von Signalen punktförmig überwacht. Der Triebfahrzeugführer muss hier, bei maximaler Geschwindigkeit und minimaler Sicht, zwischen Vorsignal und Signal anhalten können. Dies ist bei Geschwindigkeiten innerhalb des Regelbremswegs von 1.000 m bei Personenzügen ab 160 km/h nicht mehr gegeben. Bei der Deutschen Bahn AG ist deshalb der Einbau einer kontinuierlichen Zugbeeinflussung (LZB oder ETCS) auf Strecken mit einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit von über 160 km/h vorgeschrieben.

Bei der LZB übernimmt eine Streckenzentrale (Zentralrechner) die Überwachung der Zugfahrt. Die Streckenzentrale steht über einen im Gleis verlegten Linienleiter immer mit den Fahrzeugen in Verbindung. Über diese Verbindung melden die Fahrzeuge ihre Position und Geschwindigkeit an die Streckenzentrale. Diese berechnet für jeden Zug individuelle Fahrbefehle und sendet diese an die Fahrzeuge. Im Fahrzeug wird die Einhaltung der Fahrbefehle überwacht (genauer siehe Funktionsweise). Die LZB zeigt dem Triebfahrzeugführer die Stellung des nächsten Signals bzw. den nächsten Geschwindigkeitswechsel bis zu 10 km (bei manchen Bauarten auch mehr) im Voraus an. Diesen Vorgang nennt man „Fahren auf elektronische Sicht“.

In Verbindung mit der Automatischen Fahr-Bremssteuerung (AFB) ist auf diese Weise eine vollautomatische Steuerung des Zuges möglich. Die Rolle des Triebfahrzeugführers beschränkt sich dann im Wesentlichen auf die eines Beobachters. Jedoch sind Eingriffe des Triebfahrzeugführers jederzeit möglich und haben Vorrang vor der AFB.

Entwicklung der Linienzugbeeinflussung

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Entwicklungsschritte der LZB.

Daten Beschreibung Steuerung / Länge
1963 Testfahrten auf der Strecke ForchheimBamberg
1965 200 km/h-Präsentationsfahrten auf der Strecke München–Augsburg mit der Baureihe 103.0
19651974 Entwicklung und Sicherheitsnachweis
19741976 Betriebserprobung auf der Strecke BremenHamburg 3 Zentralen / 90 km
1976 Ausbau der Strecke HammGütersloh
19781980 S-Bahn Pilotprojekt in Madrid (RENFE) 1 Zentrale / 28 km
19801985 Serienausrüstung bei der Deutschen Bundesbahn 7 Zentralen / 309 km
1987 Betriebsbeginn auf den Neubaustrecken FuldaWürzburg und MannheimHockenheim 4 Zentralen / 125 km
1987 Beschluss der Österreichischen Bundesbahn zur Einführung von LZB
19881990 Weitere Ausbaustrecken bei der DB 2 Zentralen / 190 km
1991 Inbetriebnahme Neubaustrecken Hannover–Fulda und Mannheim–Stuttgart und weiterer Ausbaustrecken 10 Zentralen / 488 km
1992 Neubaustrecke MadridCordobaSevilla (RENFE) zur Weltausstellung in Sevilla 8 Zentralen / 480 km
1992 Erster Abschnitt der Strecke WienSalzburg bei der ÖBB 1 Zentrale / 30 km
1995 Inbetriebnahme S-Bahn-Linie Cercanias C5 Madrid 2 Zentralen / 45 km
1998 Inbetriebnahme Neubaustrecke Hannover–Wolfsburg–Berlin und Ausbaustrecke WürzburgNürnberg mit ESTW-Koppelung 6 Zentralen
1999 Inbetriebnahme CIR-ELKE-Pilotstrecke OffenburgBasel mit CE1-Systemsoftware 4 Zentralen
2001 Inbetriebnahme CIR-ELKE-Pilotstrecke Achern 1 Zentrale
2002 Inbetriebnahme Schnellfahrstrecke Köln–Rhein/Main mit CE2-Systemsoftware 4 Zentralen
2003 Inbetriebnahme Ausbaustrecke Köln–Düren(–Aachen) (CE2-Software auf ABS) 1 Zentrale
2004 Inbetriebnahme Ausbaustrecke HamburgBerlin (CE2-Software auf ABS) 5 Zentralen
2004 Inbetriebnahme S-Bahn München (CE2-Software mit verkürzten Blockabständen) 1 Zentrale
2006 Inbetriebnahme Ausbaustrecke BerlinHalleLeipzig (CE2-Software in ETCS-Doppelausrüstung) 4 Zentralen
2006 Inbetriebnahme Schnellfahrstrecke Nürnberg–Ingolstadt (CE2-Systemsoftware mit Weichenausdehnung) 2 Zentralen

Komponenten und Aufbau

Für einen LZB-Betrieb muss sowohl die Strecke als auch das Triebfahrzeug oder auch der Steuerwagen für LZB vorbereitet sein. Dazu werden die im folgenden beschriebenen Komponenten benötigt.

Streckeneinrichtungen

Linienleiter im Gleis

Linienleiterverlegung

Für die Übertragung zwischen Fahrzeug und Streckenzentrale verwendet die LZB einen im Gleis verlegten Linienleiter. Der Bereich, in dem dieselbe Information übertragen wird, heißt Schleifenbereich.

Der Linienleiter wird in Schleifen verlegt. Dabei wird ein Kabel in Gleismitte, das andere im Schienenfuß verlegt. Nach 100 Metern werden die Kabel getauscht (gekreuzt), an dieser Stelle ändert sich die Phasenlage des Signals um 180°. Dies eliminiert elektrische Störungen und wird vom Fahrzeug zur Ortung genutzt. Dieser Ort wird auch als Kreuzungstelle oder 100-m-Punkt bezeichnet. Maximal können 126 Kreuzungstellen pro Schleifenbereich gelegt werden, wodurch sich dieser in maximal 127 Fahrorte teilt und sich somit eine maximale Länge von 12,7 km pro Schleifenbereich ergibt.

Linienleiterverlegung in Kurzsschleifen

Kurzschleifentechnik: Bei der Kurzschleifentechnik werden die Schleifenbereiche in einzelnen Schleifen von maximal 300 Meter Länge verlegt. Die Speisung der Kurzschleifen erfolgt parallel, so dass in einem Schleifenbereich in allen Kurzschleifen die gleiche Information übertragen wird. Die Verbindung zwischen Fernspeisegerät und Streckenzentrale wird ebenfalls mittels eines 4-Draht-Kabels hergestellt, an dem alle Speisegeräte eines Schleifenbereichs angeschlossen werden. Vorteil der Kurzschleifentechnik ist die höhere Ausfallsicherheit, bei einer Unterbrechung des Linienleiters fällt maximal ein 300 Meter langes Teilstück aus. Diese Unterbrechung kann vom Fahrzeug überbrückt werden.

Langschleifentechnik: Der Schleifenbereich besteht aus einer einzigen Schleife, die von einem Fernspeisegerät gespeist wird. Dieses ist ungefähr in der Schleifenmitte positioniert. Die Verbindung zur Streckenzentrale wird mit einem 4-Draht-Kabel hergestellt. Nachteil dieser Verlegeart ist, das bei einem Ausfall des Fernspeisegerätes oder der Unterbrechung des Linienleiters der ganze Schleifenbereich ausfällt. Aus diesem Grunde wird diese Verlegeart nicht mehr installiert.

Topologie

Topologie einer LZB-Zentrale

Für die Ausrüstung einer Strecke mit LZB stehen pro Streckenzentrale 16 Schleifenbereiche zur Verfügung. Diese können je nach Streckengegebenheiten parallel und/oder hintereinander angeordnet werden. Für mit LZB ausgerüstete Überholungen werden eigene Schleifenbereiche benötigt (siehe Bild). Bei Bedarf werden weitere Streckenzentralen eingesetzt. Benachbarte Streckenzentralen heißen Nachbarzentralen.

Rein theoretisch kann mit einer Streckenzentrale 101,6 km zweigleisige Strecke (ohne Überholungen) ausgerüstet werden.

Streckengeräte

Streckenseitig werden im Wesentlichen folgende Einrichtungen benötigt:

LZB-Streckenzentrale: Der Kern der LZB-Streckenzentrale besteht aus einem 2-aus-3-Rechnersystem, welches die Fahrbefehle für die Fahrzeuge berechnet. Über spezielle Modemverbindungen wird die Verbindung zwischen Fernspeisegeräten, Nachbarzentralen und Stellwerken unterhalten. Die Übertragung der Information erfolgt auf dem Informationskabel, in dem je Übertragungskanal (Schleifen, Nachbarzentralen, Stellwerke) ein Kabelvierer (je zwei Adern für Richtung Zentrale–Geräte bzw. Geräte–Zentrale) vorhanden ist. Die Verbindung zu Elektronischen Stellwerken (ESTW) erfolgt über eine LAN-Koppelung.

Fernspeisegeräte (bei Kurzschleifentechnik Kurzschleifenfernspeisegeräte KFS): Das Fernspeisegerät speist die von der LZB-Zentrale kommenden Informationen des Informationskabels in den Linienleiter ein. Vom Fahrzeug gesendete Antworttelegramme werden verstärkt und über das Informationskabel an die LZB-Zentrale gesendet. In einem Schleifenbereich, bei Kurzschleifentechnik in allen Kurzschleifen, wird von der LZB-Zentrale die gleiche Information eingespeist.

Voreinstellungsgeräte oder Anfangsgeräte (VE-Geräte, A-Geräte): Geräte für die Erzeugung von Voreinstelltelegrammen in den Voreinstellschleifen.

Linienleiterkabel

Potentialtrennschränke: Durch Fahrleitungseinflüsse kommt es im Informationskabel zu Fremdspannungen. Durch eine galvanische Trennung in den Potentialtrennschränken wird die Einhaltung der maximalen Fremdspannungswerte innerhalb des Informationskabels erreicht.

Verstärkerschränke: Wegen der teils großen Entfernung zwischen Streckenzentrale und Fernspeisegeräten ist eine Verstärkung der Signale erforderlich. Hierzu werden Verstärkerschränke verwendet.

Linienleiterschleifen im Gleis: Die Linienleiterschleifen werden mit einem stabilen, einadrigen Kabel verlegt, das den Witterungseinflüssen widersteht. Es ist kein Koaxialkabel (siehe Bild).

Zusätzliche LZB-Signalisierung (v. a. LZB-Blockkennzeichen, Bereichskennzeichen): LZB-Blockkennzeichen werden an den Stellen montiert, an denen ein LZB-Block endet. Bereichskennzeichen signalisieren den Übergang in den nächsten Schleifenbereich.

Fahrzeugausrüstung

Die fahrzeugseitige Ausrüstung für den LZB-Betrieb besteht in Deutschland aus folgenden Komponenten:

LZB-Fahrzeugrechner: Abhängig vom Hersteller gibt es zwei Konzepte:

  • Die aus drei parallel arbeitenden Rechnern bestehende Rechnereinheit bildet durch einen programmgesteuerten Datenvergleich ein sicherungstechnisches Schaltwerk.
  • Es läuft eine diversitäte Software auf einem sicheren Rechner.

Stromversorgung: Die Stromversorgung ist redundant aufgebaut und wird vom Fahrzeugrechner überwacht.

Sende-/Empfangsantennen: Die Antennen des Fahrzeuges sind ebenfalls redundant ausgelegt, es gibt je zwei Sende- und zwei bzw. vier Empfangsantennen (zwei Paar). Die Anzahl der Empfangsantennen ist Fahrzeugspezifisch und wird vom Hersteller festgelegt.

Wegsensorik: Für die Weg- und Geschwindigkeitsmessung werden zwei Rad-Sensoren (Wegimpulsgeber) und ein Beschleunigungsmesser oder ein Radar verwendet (Verschiedene Herstellerkonzepte).

Zwangsbremseingriff: Beim Zwangsbremseingriff erfolgt eine Sicherheitsreaktion auf die Hauptluftleitung, diese wird entlüftet. Der Zwangsbremseingriff erfolgt auf die Hauptluftleitung entweder über eine so genannte Bremswirkgruppe oder über eine Sicherheitsschleife.

Zugdateneinsteller: Am Zugdateneinsteller werden alle relevanten Daten des Zuges eingegeben, wie z. B. Zuglänge, Bremsart, Bremshundertstel und maximale erlaubte Geschwindigkeit des Zuges. Bei modernen Fahrzeugen (wie z. B. bei der BR185 erfolgt die Zugdateneingabe über das DMI (Driver Machine Interface).

Modulare Führerstandsanzeige (MFA): Die modulare Führerstandsanzeige gibt dem Triebfahrzeugführer einen vollständigen Überblick über die vorausliegende Strecke. Er werden Ist-, Soll-, Zielgeschwindigkeit, sowie Zielentfernung im MFA analog und bei neueren Triebfahrzeugbaureihen digital mittels Display angezeigt. Über Leuchtmelder im MFA werden dem Triebfahrzeugführer Status- oder Störmeldungen und weitere wichtige Informationen angezeigt, z. B. bei LZB-Übertragungsausfälle, LZB-Nothaltauftrag.

Bei modernen Fahrzeugen (z. B. BR185 ist das MFA durch ein DMI (Driver Machine Interface) erstetzt worden. Das DMI bietet eine größere Flexibilität hinsichtlich der Gestaltung.

Funktionsweise

Ortung

Wie schon oben beschrieben werden die Linienleiter nach 100 ± 5 Metern gekreuzt, d. h. der in der Mitte verlegte Linienleiter wird mit dem am Schienenfuß verlegten Linienleiter vertauscht. Zwei Kreuzungsstellen begrenzen in der LZB einen Fahrort, im Folgenden Grobort genannt. Groborte werden in Zählrichtung von 1 beginnend aufwärts gezählt, gegen Zählrichtung von −1 (255) abwärts. Je Schleifenbereich sind maximal 127 Groborte möglich, welche in Zählrichtung dann die Nummern 1 bis 127, gegen Zählrichtung die Nummern −1 (255) bis −127 (129) haben.

Das Fahrzeuggerät unterteilt über die Wegsensorik die Groborte nochmals in 8 Feinorte (0 bis 7) mit einer Länge von 12,5 Metern. Um Toleranzen in der Wegsensorik und bei der Linienleiterverlegung auszugleichen, nutzt das Fahrzeuggerät die Phasensprünge der Kreuzungsstellen für die Fahrortzählung. Mit Erkennen der Kreuzungsstelle wird der Feinortzähler auf 0 gesetzt und der Grobortzähler entsprechend der Fahrrichtung weitergezählt. Der in Zählrichung letzte Feinort wird entsprechend verlängert oder verkürzt.

Aufnahme in die LZB

Voraussetzung für die Aufnahme in die LZB ist eine funktionsbereite LZB-Ausrüstung des Fahrzeugs. Ferner müssen gültige Zugdaten (Bremsart, Bremsvermögen, Zuglänge, Zughöchstgeschwindigkeit) am Zugdateneinsteller eingegeben worden sein.

Fährt ein entsprechender Zug in einen mit Linienleiter ausgerüsteten Bereich, wird er nur dann in die LZB-Führung aufgenommen, wenn der Fahrzeugrechner einen Wechsel der Bereichskennung erkennt. An definierten Einfahrstellen wird der Wechsel der Bereichskennung durch Voreinstellschleifen vorbereitet. In den Voreinstellschleifen werden fest parametrierte Voreinstelltelegramme übertragen, die die notwendigen Informationen (Fahrortnummer, Fahrtrichtung, Übergang zum Linienleiter am 50- oder 100-m-Punkt) des Einfahrortes übermitteln. Mit dem Erreichen des eigentlichen LZB-Bereichs empfängt das Fahrzeug die Aufruftelegramme der Zentrale für den Einfahrort und antwortet mit dem angeforderten Rückmeldetelegramm. Daraufhin beginnt die Zentrale, Kommandotelegramme an das Fahrzeug zu senden. Das Fahrzeuggerät wird in der Regel erst beim Passieren des nächsten Signals hell geschaltet.

Fährt ein Fahrzeug ohne eine Voreinstellschleife zu passieren in einen LZB-Bereich, so erfolgt die Aufnahme in die LZB erst hinter dem nächsten Bereichskennzeichenwechsel (BKW mit Grundstellung). Das Fahrzeuggerät empfängt die Aufruftelegramme der Zentrale, beantwortet diese jedoch nicht. Mit Überfahren des BKWs empfängt das Fahrzeuggerät Aufruftelegramme mit geänderter Bereichskennung. Darauf wird im Fahrzeuggerät der Fahrortzähler zurückgesetzt (auf 1 bei Fahrt in Zählrichtung / −1 bei Fahrt gegen Zählrichung) und die ortfesten Aufruftelegramme des am BKW befindlichen Einfahrortes werden beantwortet. Die Aufnahme in die LZB erfolgt dann wie oben beschrieben.

Betrieb

Im Betrieb sendet die Zentrale Aufruftelegramme mit den Führungsgrößen (Bereichskennung, Fahrortnummer, Fahrtrichtung, Bremskurve und den Zielinformationen) an das Fahrzeug. Das Fahrzeug übermittelt im Antworttelegramm seine Zugdaten (Fahrortquittung, Bremscharakter, Feinort und Geschwindigkeit). Aus den gemeldeten Fahrzeugdaten, den vom Stellwerk übermittelten Streckenzustand (Weichen-/Signalstellungen) und den in der Zentrale hinterlegten Streckenprofilen ermittelt die Zentrale die Fahrkommandos und übermittelt diese mit dem nächsten Aufruftelegramm an das Fahrzeug. Hier werden diese im Führerstand signalisiert. Jeder Zug wird, abhängig von der Anzahl der LZB-geführten Züge, zwei- bis fünfmal pro Sekunde aufgerufen.

Erkennt das Fahrzeuggerät eine oder zwei Kreuzungsstellen nicht, wird über die Wegsensorik am 100 m-Punkt eine Kreuzungsstelle simuliert. Wird die darauffolgende Kreuzungsstelle erkannt, kann unter LZB-Führung weitergefahren werden. Werden drei hintereinanderliegende Kreuzungsstellen nicht erkannt, fällt das Fahrzeug aus der LZB-Führung.

Ermittlung der Soll-Geschwindigkeit

Darstellung der Soll- und Überwachungsgeschwindigkeit

Die wesentliche Aufgabe der LZB ist die Vorgabe und Überwachung der zulässigen Geschwindigkeit. Dazu übermittelt die Streckenzentrale eine Führungsgröße XG und die zugrundeliegende Bremsparabel an das Fahrzeug. Die Führungsgröße kennzeichnet den Bremsweg bis zu einem Haltpunkt. Im Falle eines Geschwindigkeitswechsels kann dieser Haltpunkt auch fiktiv sein. Aus der Führungsgröße (XG) und der Bremsverzögerung (b) kann das Fahrzeug unter Berücksichtigung des zurückgelegten Weges kontinuierlich die Sollgeschwindigkeit (in m/s) berechnen:

Im Diagramm ist der Wechsel der zulässigen Höchstgeschwindigkeit (hier von 300 km/h auf 200 km/h) und das Bremsen bis zum Halt dargestellt. Die Bremsparabel wird jeweils so gelegt, dass sie durch den einschränkenden Punkt des Geschwindigkeitsprofils verläuft und am Haltpunkt endet.

Telegrammtypen

Aufruftelegramm

Das Aufruftelegramm wird mit einer Übertragungsrate von 1.200 Baud von der Zentrale zum Fahrzeug gesendet und hat eine Länge von 83,5 Bit, wobei in den Kopfdaten zur Synchronisation ein Bit mit einer Länge von 1,5 Bit übertragen wird. In den Nutzdaten sind folgende Informationen enthalten:

  • Adresse (Bereichskennung und Fahrortnummer)
  • Sicherheitsinformationen (Fahrtrichtung, Bremskurvenform und -nummer)
  • Bremsinformationen
  • Zielinformation (Entfernung und Zielgeschwindigkeit)
  • Anzeigeinformationen (Signal- und Zusatzinformation)
  • Hilfsinformationen (Typ des angeforderten Rückmeldetelegramms, Teil-/Ganzblock)
  • Zyklische Redundanzprüfung (ZRP, engl. CRC) (Prüfsumme)

Rückmeldetelegramme

Rückmeldetelegramme werden vom Fahrzeug zur Zentrale mit einer Übertragungsrate von 600 Baud gesendet. Die Telegramme haben eine Länge von 41 Bit. Im Folgenden werden die Nutzinhalte aufgeführt:

Telegrammtyp 1

Telegrammtyp 2

Telegrammtyp 3

Telegrammtyp 4

Telegrammübertragung

Die Übertragung der Telegramme von der Zentrale Richtung Fahrzeug erfolgt mit einer Übertragungsfrequenz von 36 kHz und einem Modulationshub von ± 0,4 kHz. Die Übertragungsgeschwindigkeit beträgt dabei 1200 Baud. Bei der umgekehrten Übertragungsrichtung ist die Übertragungsfrequenz 56 kHz ± 0,2 kHz. Der geringere Modulationshub resultiert aus der geringeren Übertragungsgeschwindigkeit von 600 Baud.

Strecken

Erläuterung: kursiv = Standort einer LZB-Zentrale; in Klammern: Streckenkilometer-Angaben

DB

Gegenwärtig sind folgende Strecken der Deutschen Bahn mit LZB ausgerüstet und damit für einen Betrieb mit mehr als 160 km/h zugelassen, sofern die Streckenverhältnisse (Zustand von Oberbau, Gleisen, Oberleitung u. a.) diese Geschwindigkeit zulassen:

Die Strecke Offenburg–Basel ist mit der erweiterten Linienzugbeeinflussung CIR-ELKE ausgestattet. Gefahren wird auf diesem Abschnitt maximal 160 km/h. Des Weiteren wird CIR-ELKE Systemsoftware unter anderem auf den Strecken Köln–Rhein/Main, Köln–Düren sowie Hamburg–Berlin und auf der S-Bahn-Stammstrecke München eingesetzt.

ÖBB

RENFE

Die Strecke ist seit April 1992 in Betrieb. Seit März 2004 ist auch der Endbahnhof Madrid–Atocha mit LZB ausgerüstet.

Im November 2005 wurde ein Abzweig nach Toledo in Betrieb genommen (20 km).

  • S-Bahn Madrid-Linie C5 von Humanes über Atocha nach Móstoles.

45 km Streckenlänge mit 2 LZB-Zentralen und 76 Fahrzeugen der Serie 446.

Sonstige Strecken

Die LZB-Technik wird aber nicht nur bei Vollbahnen eingesetzt, sondern auch bei U- und Stadtbahnen. So ist die Stadtbahn Düsseldorf und Duisburg in den Tunnelbereichen mit LZB ausgerüstet. Auf Teilen der Strecke nach Krefeld und dem Hochbahnteilstück der Linie U 79 in Duisburg ist ebenfalls eine LZB verlegt, die aber nur der Telemetrieübermittlung zur Leitstelle dient. Überdies ist die so genannte „Stammstrecke“ der Münchner S-Bahn zwischen den Stationen Laim und Ostbahnhof mit der LZB bzw. ihrer Fortentwicklung LZB L72 CE II ausgerüstet.

Weblinks