Zugbeeinflussung

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Zugbeeinflussung, Zugbeeinflussungssystem oder auch Zugsicherungssystem[1][2] nennt man technische Anlagen und Systeme bei Eisenbahnen, die die Fahrt von Zügen in Abhängigkeit von der zulässigen Geschwindigkeit kontrollieren. Ist die Fahrt nicht zugelassen oder fährt ein Zug zu schnell, so wird er durch eine Zugbeeinflussung selbsttätig gebremst.

Das Hauptsignal erlaubt dem Zug die Fahrt in den nächsten Zugfolgeabschnitt.

Zur Sicherung von Zugfahrten wurden bereits im 19. Jahrhundert verschiedene technische Systeme und betriebliche Vorschriften entwickelt. Weit verbreitet sind Signale, die Fahrten für einen bestimmten Streckenabschnitt zulassen (Fahrtstellung) oder untersagen (Haltstellung), wobei das gleichzeitige Zulassen feindlicher Fahrten häufig durch technische Abhängigkeiten weitgehend ausgeschlossen wird. Signale wirken jedoch nicht unmittelbar auf den Zug. Der Lokführer muss sie wahrnehmen und bei Annäherung an ein Halt zeigendes oder die Geschwindigkeit begrenzendes Signal den Zug entsprechend bremsen. Übersieht aber ein Lokführer ein Signal, kann es zu erheblichen Gefährdungen und schweren Unfällen kommen. Um dieser Gefahr zu begegnen, wurden Systeme entwickelt, die direkt in den Fahrbetrieb eingreifen, indem sie erforderlichenfalls eine Zwangsbremsung auslösen. Mit der gleichen Technik lässt sich auch die Geschwindigkeit der Züge überwachen.

Rechtliche Situation[Bearbeiten]

Dieses Gleis im Bahnhof Wittenberg ist sowohl mit punktförmiger Zugbeeinflussung (gelbe Eurobalisen für ETCS) als auch mit linienförmiger Zugbeeinflussung (Kabellinienleiter in der Gleismitte für LZB) ausgerüstet.

In Deutschland müssen Eisenbahnstrecken, die Hauptbahnen sind oder Nebenbahnen, auf denen schneller als 80 km/h gefahren wird oder mehrere Züge fahren und Reisezugverkehr stattfindet oder schneller als 50 km/h gefahren wird, mit einem Zugbeeinflussungssystem ausgerüstet sein (§ 15 EBO). Die auf diesen Strecken verkehrenden Triebfahrzeuge, Triebzüge und Steuerwagen benötigen eine Fahrzeugausrüstung der entsprechenden Zugbeeinflussung. (§ 28 EBO)

Strecken, auf denen nicht mehr als 160 km/h zugelassen sind, müssen dabei mit einer Zugbeeinflussung ausgerüstet sein, die einen Zug selbsttätig anhält und ein unzulässiges Anfahren gegen Halt zeigende Signale überwacht (§ 15 Abs. 2 Satz 1 EBO). Die konkrete Ausgestaltung dieser Forderung obliegt dem Eisenbahn-Infrastrukturunternehmen. Auf Strecken der DB Netz kommt dabei vorwiegend die induktive Zugbeeinflussung der Dreifrequenz-Resonanzbauart (früher: Indusi) zum Einsatz, die Auswertung erfolgt von einem Fahrzeuggerät der Bauart PZB 90. Der Einsatz einer Linienzugbeeinflussung (LZB) ist aber auch möglich und wird dann zur Block­verdichtung angewandt, wie auf der Strecke Karlsruhe–Basel oder der S-Bahn München. Auch ETCS Level 1 erfüllt die Forderungen der EBO, ist in Deutschland allerdings bisher von Versuchsstrecken abgesehen noch nicht zugelassen worden.

Strecken, auf denen mehr als 160 km/h zugelassen sind, müssen mit einer Zugbeeinflussung ausgerüstet sein, durch die ein Zug selbsttätig zum Halten gebracht und außerdem geführt werden kann. Dazu wird in Deutschland die so genannte Linienzugbeeinflussung und zukünftig auch ETCS Level 2 eingesetzt. ETCS Level 2 wurde in Deutschland noch auf keiner Strecke zugelassen.

Auch in anderen Ländern wird die Auffassung vertreten, dass:

  • für Geschwindigkeiten über 160 km/h linienförmige Zugbeeinflussungssysteme oder mindestens Zugbeeinflussungen mit teilkontinuierlicher Datenübertragung erforderlich sind.
  • bei Geschwindigkeiten über 160 km/h zusätzlich die Automatische Fahr- und Bremssteuerung zum Einsatz kommen sollte.
  • bei U-Bahnen und Stadtbahnen wegen der hohen Zugdichte und den Tunnels auch bei niedrigen Geschwindigkeiten Zugbeeinflussungsanlagen notwendig sind.

Punktförmige Zugbeeinflussungen[Bearbeiten]

Crocodile-Kontaktbürste als Bestandteil einer elektromechanischen Zugbeeinflussung an der Unterseite einer Lokomotive
Magnetische Zugsicherung ZST-90: links Permanentmagnet, rechts Elektromagnet

Punktförmige Zugbeeinflussungen übertragen die Signalinformationen nur an diskreten Punkten – oft an den Standorten der Streckensignale – auf das Triebfahrzeug. Sie sind signaltechnisch nicht sicher, weil sie nach dem Arbeitsstromprinzip wirken. Ausfälle der Streckeneinrichtung sind nur durch besondere Prüfungen feststellbar. Trotzdem bieten punktförmige Zugbeeinflussungen einen hohen Sicherheitszuwachs bei verhältnismäßig geringen Kosten.

Nach der Art der Informationsübertragung gibt oder gab es folgende Arten der punktförmigen Zugbeeinflussung:

Mechanische Zugbeeinflussung[Bearbeiten]

Die Informationsübertragung erfolgt vor oder am Haltesignal durch mechanische Berührung zwischen Strecken- und Fahrzeugeinrichtung. Die mechanische Zugbeeinflussung ist für verhältnismäßig geringe Geschwindigkeiten bis ca. 90 km/h geeignet. Bekannte Anwendung: Fahrsperren, z. B. bei der Berliner S-Bahn.

Elektromechanische Zugbeeinflussung[Bearbeiten]

Die Stromübertragung vom fahrenden Zug auf die Streckeneinrichtung erfolgt mit Kontaktbürsten oder Kontaktschuhen. Die Stromrückleitung erfolgt über die Schienen. Durch Schnee und Eis können Störungen bei der Signalübertragung auftreten. Bekannte Anwendung: Crocodile bei den französischen, belgischen und luxemburgischen Eisenbahnen.

Magnetische Zugbeeinflussung[Bearbeiten]

Bei der magnetischen Zugbeeinflussung befinden sich an der Strecke Permanentmagnete, deren Magnetfelder von vorbeifahrenden Triebfahrzeugen aufgenommen und ausgewertet werden. Ein neben dem Permanentmagnet angeordneter Elektromagnet baut bei Fahrt zeigendem Signal ein entgegengesetztes Magnetfeld auf, so dass sich die Wirkung der beiden Magnetfelder aufhebt und die Züge ungehindert durchfahren können. Die magnetische Zugbeeinflussung wird auch als magnetische Fahrsperre bezeichnet. Anwendungen sind auf Zugsysteme mit durchweg mäßigen Geschwindigkeiten beschränkt:

Induktive Zugbeeinflussung[Bearbeiten]

Funktionsweise einer punktförmigen Zugbeeinflussung (ETCS Level 1)

Induktive Zugbeeinflussung nutzt Datenübertragung durch elektromagnetische Kopplung.

Induktive Zugbeeinflussung mit magnetischem Gleichfeld[Bearbeiten]

Der Permanentmagnet oder Elektromagnet des vorbeifahrenden Triebfahrzeugs induziert beim Überfahren eines Gleismagneten einen Strom, der bei Fahrt zeigendem Signal kurzgeschlossen wird. Bei Fahrt zeigendem Signal induziert ein zweiter Elektromagnet einen Strom an der Empfängerspule des Fahrzeugs, der von der Fahrzeugausrüstung ausgewertet wird. Diese Zugbeeinflussung kann nur zwei Zustände annehmen und übertragen. Bekannte Anwendung: Integra-Signum in der Schweiz

Induktive Zugbeeinflussung mit elektromagnetischen Wechselfeldern im Niederfrequenzbereich[Bearbeiten]

Ein mit Wechselstrom versorgter Fahrzeugmagnet erzeugt ein Wechselfeld, das beim Überfahren eines Gleismagneten in diesem eine Spannung induziert. Durch Rückkoppelung (Resonanz) des Gleisschwingkreises auf den Fahrzeugmagneten wird der Strom im Fahrzeugschwingkreis geschwächt, was vom Fahrzeug ausgewertet wird. Diese Zugbeeinflussung kann nur zwei Zustände annehmen und übertragen.

Bekannte Anwendung: Indusi/PZB in Deutschland, Österreich und weiteren Ländern

Induktive Zugbeeinflussung mit elektromagnetischen Wechselfeldern im Hochfrequenzbereich[Bearbeiten]

Gleiskoppelspulen (Balisen) übertragen Datentelegramme bidirektional zwischen Gleiskoppelspule und Fahrzeug. Die dazu notwendige Energie wird von Treibfahrzeugantennen abgestrahlt und von den Gleiskoppelspulen aufgenommen. Mit dem großen übertragbaren Informationsvolumen, können präzise Bremskurven mit Zielgeschwindigkeit und Zielentfernung berechnet werden. Weil jede Gleisspule die Entfernung zum nächsten Datenpunkt mitüberträgt, werden Ausfälle von Gleiskoppelspulen erkannt (überwachtes Arbeitsstromprinzip).

Bekannte Anwendung: Zugbeeinflussungssystem S-Bahn Berlin

Optische Zugbeeinflussung (Opsi)[Bearbeiten]

Bei der Opsi wurden die Fahrwege mit Lichtschranken gesichert. Weil das System bei Verschmutzung unzuverlässig arbeitete, wurden die Versuche in Deutschland 1943 eingestellt. Anwendung: Bauart Bäseler-Zeiss

Zugbeeinflussungen mit kontinuierlicher Datenübertragung[Bearbeiten]

Fahrzeugempfangsantenne LS für Schienenlinienleiter an einem tschechischen Triebzug
Schienenlinienleiter mit codiertem Gleisstromkreis
Rot: Fahrzeugausrüstung mit Empfangsantennen (E), Fahrzeuggerät (A, mit Auswertesystem und Führerstandstandsanzeige), Bremswirkgruppe (B) und Radsätzen (R); Fahrtrichtung (F) des Zuges
Blau: Speiseseite des Gleisstromkreises mit Codiereinrichtung (S) des Schienenlinienleiters mit Ansteuerung vom zugeordneten Signal
Schwarz: Isolierstöße (I) des Gleisstromkreises
Gelb: Vom Fahrzeug kurzgeschlossener Strom des Gleisstromkreises
Kabellinienleiter mit einer Kreuzungsstelle, die Führung des zweiten Kabels ist an der linken Schiene zu erkennen.

Bei diesen Systemen werden ohne Unterbrechung Daten zwischen Strecke und Triebfahrzeug ausgetauscht. Dadurch werden Änderungen der zugelassenen Geschwindigkeit unverzüglich dem Fahrzeug übermittelt, was den Betriebsfluss verbessert und die Sicherheit vergrößert. Kontinuierliche Übertragungssysteme wirken nach dem Ruhestromprinzip, wodurch Ausfälle der Streckeneinrichtung auf den Fahrzeugen sofort erkannt werden. Sie verursachen hohe Kosten, sind aber für den Hochgeschwindigkeitsverkehr unentbehrlich. Durch die signaltechnisch sichere Anzeige der zulässigen Geschwindigkeit im Führerstand werden ortsfeste Signale entbehrlich. Mit solchen Systemen ist auch eine weitgehend automatische Fahr- und Bremssteuerung möglich.

Linienleiter[Bearbeiten]

Linienleiter ermöglichen die induktive Übertragung von Informationen zum Fahrzeug.

Schienenlinienleiter[Bearbeiten]

Die Signalübertragung erfolgt über ein elektromagnetisches Feld, das sich bei Gleisstromkreisen um die Schienen herum ausbildet. Über Triebfahrzeug-Empfangsantennen wird das Feld abgetastet und damit die in den so genannten codierten Gleisstromkreisen eingespeisten Informationen empfangen. Nachteilig ist die im Gegensatz zum Kabellinienleiter größere elektrische Dämpfung, wodurch nur ein geringes Informationsvolumen übertragen werden kann. Unterschiedliche Frequenzen der codierten Gleisstromkreise ermöglichen die Übertragung mehrerer Geschwindigkeitsstufen. Ein Halt aus Höchstgeschwindigkeit erfolgt über mehrere Abschnitte, wobei die Geschwindigkeitsstufen so gewählt werden, dass sich ungefähr gleiche Bremswege zum nächstniedrigeren Abschnitt ergeben.

Das System ist technisch einfach und benötigt außer den Gleisstromkreisen keine zusätzlichen Leiter am Gleiskörper. Für die Übertragung der zusätzlichen Informationen, die vor der ersten Achse des führenden Fahrzeuges aufgenommen werden, müssen die Gleisstromkreise allerdings umschaltbar sein. Es ist erforderlich, dass während einer Zugfahrt immer die Relaisseite des Gleisstromkreises zuerst befahren wird. Bei Fahrten gegen die Erlaubnis und in Bahnhöfen ohne eingestellte Fahrstraße ist keine kontinuierliche Informationsübertragung möglich. Da keine Standortinformation vom Zug an die Streckenausrüstung übertragen wird, muss die Länge der Gleisstromkreise und damit auch die Länge der Blockabschnitte je nach Steigungsverhältnissen der Länge des Bremsweges angepasst werden. Weil die Information „Halt“ erst beim Befahren des Blockabschnittes erkannt wird, befindet sich der Gefahrpunkt hinter dem Ende des Abschnitts.

Bekannte Anwendungen: TVM auf französischen Hochgeschwindigkeitsstrecken, RS4 Codici und BACC in Italien

Kabellinienleiter[Bearbeiten]

Zugbeeinflussung mit Funkübertragung: Funktionsweise von ETCS Level 2

Zur Datenübertragung dient ein elektromagnetisches Feld, das sich um ein zwischen den Schienen ausgelegtes Kabel ausbreitet. In festen Abständen, z. B. alle 100 m sind die Kabel gekreuzt. Diese Kreuzungsstellen können zur Positionsbestimmung der Züge benutzt werden. Das System zeichnet sich durch gute Übertragungseigenschaften zwischen Strecke und Fahrzeug und umgekehrt aus. Durch die Möglichkeit extrem kurzer Blockabstände können sehr kleine Zugfolgezeiten erreicht werden. Die Kabellinienleiter sind jedoch empfindlich gegen Beschädigungen, z. B. bei Gleisbauarbeiten.

Bekannte Anwendung: Linienzugbeeinflussung (LZB) in Deutschland und weiteren Ländern

Funkübertragung[Bearbeiten]

Die Funktechnik hat sich in den letzten Jahrzehnten so weit entwickelt, dass sie zur sicheren Datenübertragung zwischen ortsfesten Streckenzentralen (Radio Block Center RBC) und Triebfahrzeugen eingesetzt werden kann. Sie hat den Vorteil, dass keine Geräte im oder am Gleis erforderlich sind. Voraussetzung ist eine stabile Funkverbindung, bei einer Unterbrechung oder Störung können die Züge nur noch auf Sicht fahren. Aus wirtschaftlichen Gründen werden bahninternen Funkdienste und die Mobiltelefon­versorgung der Reisenden mit dem Standard GSM-R zusammengefasst.

Europaweite Anwendung mit ETCS Level 2 und 3

Zugbeeinflussungen mit teilkontinuierlicher Datenübertragung[Bearbeiten]

Lücken bei diskreter Informationsübertragung

Eine punktförmige Zugbeeinflussung überträgt die Informationen nur an gewissen Stellen auf das Triebfahrzeug, wo sie zur Sicherung der Zugfahrt ausgewertet werden. Zwischen den Übertragungspunkten (ÜP1 und ÜP2 im Bild rechts) erfolgt keine Informationsübertragung. Wenn kurz nach der Vorbeifahrt am Vorsignal ein geschwindigkeitserhöhender Signalbegriff angesteuert wird, entsteht eine Betriebsbehinderung. Falls nach der Vorbeifahrt am Vorsignal das Signal unerwartet auf Halt wechselt, was allerdings sehr selten ist, entsteht eine Betriebsgefahr. Derartige Probleme lassen sich durch eine am Übertragungspunkt ÜP1 anschließende kontinuierliche Signalübertragung reduzieren.[3] Solche Zugbeeinflussungen mit teilkontinuierlicher Datenübertragung bestehen aus Komponenten von punktförmigen Zugbeeinflussungen und von System mit kontinuierlicher Datenübertragung.

Zu den teilkontinuierlich wirkenden Systemen gehören ETCS Level 1[4] (europaweit), SELCAB (Spanien) und ZUB 121 (Schweiz).

Literatur[Bearbeiten]

Einzelnachweise und Anmerkungen[Bearbeiten]

  1. Glossar. Internetseite des (Schweizerischen) Bundesamtes für Verkehr BAV. Abgerufen am 28. März 2013.
  2. Die Fahrdienstvorschriften der schweizerischen Eisenbahnen bezeichnen Zugbeeinflussung mit dem Begriff Zugsicherung.
  3. Indusi/PZB verringert diese Problematik mit dem 500 Hz-Gleismagnet, der 150 bis 250 m vor dem Hauptsignal steht.
  4. Weil bei ETCS Level 1 sehr häufig auf die linienförmige Komponente verzichtet wird, kommt es in der Regel als punktförmig wirkendes Zugbeeinflussungssystem zum Einsatz.

Weblinks[Bearbeiten]