Eisenbahn: Sicherheitseinrichtungen
Seit den ersten Tagen der Eisenbahn wurden immer ausgeklügeltere Techniken entwickelt, um einen unfallfreien Zugverkehr zu gewährleisten. Neben leistungsfähigen Bremssystemen sind der Einsatz von Zugbahnfunk, die Sicherheitsfahrschaltung (Sifa), die induktive Zugsicherung (Indusi) und die Linienzugbeeinflussung (LZB) heute allgemeiner Standard. Nicht zuletzt gewährleisten auch elektronisch gesteuerte Stellwerke und bis ins Detail ausgearbeitete Fahrpläne einen reibungslosen Schienenverkehr.
Fahrplangestaltung
Eine der wichtigsten Voraussetzungen für einen zügigen Verkehrsablauf ist eine einheitliche Zeitrechnung — bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts keine Selbstverständlichkeit! Bevor die mitteleuropäische Zeit (MEZ) am 3. März 1893 in Deutschland eingeführt wurde, gab es zehn unterschiedliche Zeitzonen; zwischen Königsberg und Köln etwa bestand ein Zeitunterschied von mehr als einer Stunde.In den 1930er-Jahren verfügte die Deutsche Reichsbahn über eine eigene Zeitdienststelle, die jeden Morgen das Zeitzeichen der MEZ über das Diensttelegrafennetz übermittelte. Die Uhrensteuerzentrale der Bundesbahn in Hamburg war seit den 1950er-Jahren an die Atomuhr der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig angeschlossen; sie steuerte die Hauptuhren in den drei Großnetzknoten Essen, Frankfurt am Main und Nürnberg. Seit Anfang der 1990er-Jahre werden automatisch steuerbare Funkuhren zunehmend dezentral installiert.
Bei der Aufstellung eines Fahrplans müssen verschiedene Faktoren besonders beachtet werden: Die Anzahl der eingesetzten Züge und ihre Größe hängt von den Verkehrsbedürfnissen, aber auch von der Leistungsfähigkeit der Strecken und Bahnhöfe ab. Besonders wichtig sind korrekt berechnete Fahrzeiten zwischen den einzelnen Bahnhöfen und Abzweigstellen. Damit Verspätungen wieder aufgeholt werden können, werden zu den reinen Fahrzeiten Zuschläge addiert, die zusammen die planmäßigen Fahrzeiten ergeben.
Im Personenverkehr werden vor allem Taktfahrpläne erstellt, das heißt, die Züge fahren in konstanten Abständen ab. Von diesem System kann abgewichen werden, wenn etwa international verkehrende Züge vorrangig behandelt werden sollen — es entsteht ein rhythmischer Fahrplan. Im Güterverkehr und bei schwachen Belastungen im Personenverkehr können die Verkehrsströme auch individuell gelenkt werden.
Signale und Stellwerke
Um die Strecken optimal auszunutzen, war man bestrebt, so viele Züge wie möglich einzusetzen. Damit wurden aber auch effektive Sicherungsmaßnahmen notwendig, die Kollisionen verhinderten. Verkehren auf einer Strecke nur relativ wenige Züge mit gleicher Geschwindigkeit, kann der Abstand über die Zeit festgelegt werden. Bleibt der vorausfahrende Zug allerdings auf freier Strecke liegen, müssen die nachfolgenden über den Zugfunk informiert werden. Heute ist das Fahren im Raumabstand am weitesten verbreitet: Um gleich bleibende Abstände zu gewährleisten, wird die Strecke in mehrere Blockabschnitte eingeteilt, die durch Hauptsignale begrenzt werden. In jedem Blockabschnitt darf sich höchstens ein Zug befinden. Passiert ein Zug das Hauptsignal am Anfang eines Abschnitts, wird diese Teilstrecke für alle anderen Züge automatisch gesperrt. Sie wird erst dann wieder freigegeben, wenn der Zug den Abschnitt verlassen hat, also das Hauptsignal am Ende passiert hat.
Da bei den heute gefahrenen Geschwindigkeiten der Bremsweg meist länger ist als der Sichtweg, muss das an einem Hauptsignal zu erwartende Signal durch ein Vorsignal angekündigt werden; der Regelabstand zwischen Vor- und Hauptsignal beträgt 1000 Meter. Zusatzsignale geben zum Beispiel Langsam- oder Beschleunigungsfahrt vor oder weisen auf einen Gleiswechsel hin. Schutzsignale zeigen an, ob ein Gleisabschnitt innerhalb eines Bahnhofs befahren werden darf oder nicht.
Die ersten Sichtsignale bestanden aus Ballons, die — je nach Art der Meldung — an einem Pfosten in unterschiedliche Höhe hochgezogen wurden. Sie wurden von zweiflügeligen Hauptsignalen und tellerförmigen Vorsignalen abgelöst, die mechanisch durch Drahtseile verstellt werden konnten und mit Gas, Petroleum oder Karbid beleuchtet waren.
Heute sind elektrische Lichtsignale die Regel, die vor allem in der Nacht und bei schlechter Sicht besser zu sehen sind. Hochgeschwindigkeitszüge werden nicht mehr über Streckensignale gesteuert, sondern über Lichtsignale, die am Steuerpult des Zugführers aufleuchten.
In der Anfangsphase des Eisenbahnverkehrs wurden Weichen und Signale von Hand durch einen Wärter oder das Zugpersonal gestellt, was sehr arbeitsintensiv und mit einem hohen Sicherheitsrisiko behaftet war. Um die Bedienungsvorgänge zu zentralisieren, wurden die ersten mechanischen Stellwerke eingerichtet; Weichen und Signale wurden nun über Seilzüge und Hebel bedient.
Die mechanischen Stellwerke wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts von elektromechanischen abgelöst, bei denen Elektromotoren die Stellarbeit übernahmen. Ein weiterer Fortschritt waren die Drucktastenstellwerke, die mit Relais arbeiteten. Damit konnten Weichen und Signale weit über den Sichtbereich hinaus gesteuert und mithilfe einer automatischen Gleismeldetechnik überwacht werden. Bei Neubauten werden heute nur noch elektronische Stellwerke vorgesehen, die die Stellaufträge auf mehreren Rechnerebenen verarbeiten. Da die Rechner dezentral angeordnet sein können, ist der Stellbereich praktisch unbegrenzt.
Indusi und Sifa
Die in den 1920er-Jahren entwickelte induktive Zugsicherung (Indusi) verhindert, dass durch Unachtsamkeit des Zugführers ein Haltesignal überfahren wird. Die mit Indusi ausgerüsteten Fahrzeuge sind mit einem Elektromagneten ausgestattet, der einen Schwingkreis darstellt. Dieser ist auf die drei Frequenzen 500, 1000 und 2000 Hertz abgestimmt. Bei 1000 Hertz wird am Vorsignal die Wachsamkeit des Fahrers geprüft. Bei bestimmtem Abstand vor dem Haltesignal kontrolliert der 500-Hertz-Schwingkreis die Fahrzeuggeschwindigkeit. Der am Hauptsignal angeordnete 2000-Hertz-Schwingkreis löst beim Überfahren eines »Halt« gebietenden Hauptsignals die Zugbremse aus.
Im Gegensatz zu Dampflokomotiven, die von zwei Personen — dem Lokführer und dem Heizer — betreut wurden, konnte bei Elektrolokomotiven und später bei Diesellokomotiven der Heizer und damit die zweite Person eingespart werden. Damit lag die Sicherheit des Zuges in den Händen von nur einer Person. Dieser Umstand förderte die Nachfrage nach einer weiteren technischen Sicherheitseinrichtung, die im Notfall den Zug selbsttätig zum Stehen bringen kann, falls der Lokführer ausfällt.
Mithilfe der seit 1964 eingesetzten Sicherheitsfahrschaltung (Sifa) kann die Dienstfähigkeit des Fahrzeugführers ständig überwacht werden. Dazu muss er eine Wachsamkeitstaste, einen Fußkontakt oder die Fahrkurbel gedrückt halten. Innerhalb von 30 Sekunden muss er die Kurbel oder die Taste für etwa eine halbe Sekunde loslassen. Geschieht dies nicht, leuchtet eine Meldelampe auf, nach weiteren drei Sekunden ertönt ein Summer. Reagiert der Zugführer auch auf dieses Signal nicht, wird eine Zwangsbremsung ausgelöst, bei der zusätzlich die Antriebe des Triebfahrzeugs abgeschaltet werden.
Linienzugbeeinflussung
Der normale Bremsweg zwischen Vor- und Hauptsignal beträgt 1000 Meter und ist für eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu 140 km/h, mit Magnetschienenbremse bis zu 160 km/h ausgelegt. Als die Deutsche Bundesbahn 1965 zur Internationalen Verkehrsausstellung in München auf der Strecke nach Augsburg erstmals einen fahrplanmäßigen Schnellverkehr mit 200 km/h einrichtete, war die Schnellfahrstrecke zuvor mit einem zusätzlichen Sicherheitssystem, der Linienzugbeeinflussung (LZB), ausgerüstet worden. Denn Züge, die schneller als 160 km/h fahren, können nicht mehr innerhalb des normalen Bremsweges von 1000 Metern zwischen Vor- und Hauptsignal zum Stehen gebracht werden.
Die Linienzugbeeinflussung informiert den Lokführer, unabhängig von den herrschenden Sichtverhältnissen, über Signalstellungen bis zu 5000 Meter im Voraus. Diese Informationen werden in einer codierten Form über den Linienleiter übermittelt, einadrige Kupferkabel, die als lange, alle 100 Meter gekreuzte Schleifen im Gleis verlegt sind. Die höchstens 12,7 km langen Linienleiterschleifen eines Bereichs reichen über mehrere Blockabschnitte und sind jeweils über Fernspeisegeräte mit einer Streckenzentrale verbunden. Über an der Unterseite der Lokomotive angebrachte Koppelspulen werden genaue Positionsmeldungen an die Zentrale gesendet. Diese Daten sowie die Information über die Stellung der Signale werden vom Rechner der Steuerstelle verarbeitet und wieder zum Fahrzeugführer zurückgeschickt, der sie auswertet. Bestehen zwischen den gemessenen Istwerten und den vorgegebenen Sollwerten sehr große Abweichungen, erkennt das Sicherungssystem auf »Störung« und leitet eine Zwangsbremsung ein.
Dr. Hartmut Knittel
Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:
Hochgeschwindigkeitstechnik: Züge der Zukunft
Grundlegende Informationen finden Sie unter:
Eisenbahn: Personenverkehr und Gütertransport
Literatur:
Die ICE-Katastrophe von Eschede. Erfahrungen und Lehren - eine interdisziplinäre Analyse, herausgegeben von Ewald Hüls und Hans-Jörg Oestern. Berlin u. a. 1999.
Lexikon der Eisenbahn, herausgegeben von Gerhard Adler u. a. Berlin-Ost u. a. 81990.
Rudolph, Ernst: Eisenbahn auf neuen Wegen. Hannover - Würzburg, Mannheim - Stuttgart. Darmstadt 1989.