Technik

Zu Beginn des Eisenbahnzeitalters waren spezielle Sicherungsmaßnahmen für den Bahnbetrieb noch nicht notwendig. Die wenigen Zügen fuhren langsam und konnten innerhalb der Sichtweite vor Hindernissen anhalten. Weichen wurden von Hand gestellt. Eine Betriebweise, wie sie heute noch vielfach bei den Straßenbahnen anzutreffen ist. Schon bald jedoch machten der rasch zunehmende und schneller werdende Verkehr spezielle Verfahren und technische Einrichtungen zur Sicherung des Betriebes notwendig.

Die gesamte Geschichte der Sicherungstechnik zu Beschreiben oder auch nur näher auf die einzelnen Sicherungsarten einzugehen würde den Rahmen dieser kurzen Einführung jedoch bei weitem Sprengen. Es sollen lediglich einige Grundlagen und Hintergründe vermittelt werden um dem interessierten Laien einen Einblick in die Welt der elektronischen Stellwerke zu geben und den Einstieg in die Simulation zu erleichtern. Für ein intensiveres Studium der Materie stellen die Links und Buchempfehlungen am Ende dieser Einführung einen guten Einstieg dar.

Neben vielen anderen - teilweise speziellen - hat die Eisenbahnsicherungstechnik im Wesentlichen zwei Aufgaben:

- Sichern der Zugfahrten gegen Auffahren und Gegenverkehr
- Sichern der Fahrwege

Sichern der Zugfahrten gegen Auffahren und Gegenverkehr

Durch die teilweise hohen Geschwindigkeiten und langen Bremswege von Eisenbahnfahrzeugen ist ein Fahren auf Sicht nicht möglich. Die Züge verkehren daher im Raumabstand. Dazu wird die Strecke in mehrere Abschnitte – sogenannte Blockabschnitte – unterteilt. Ein Zug darf in einen Blockabschnitt nur dann Einfahren, wenn sich in diesem Abschnitt kein anderer Zug befindet und der Blockabschnitt auch nicht für einen entgegenkommenden Zug reserviert ist. Blockabschnitte sind gegeneinander durch Hauptsignale abgegrenzt. Nach der Definition gibt es Blockabschnitte nur auf der freien Strecke zwischen zwei Bahnhöfen. Im Rahmen dieser einfachen Erklärung lässt sich das Prinzip aber auch auf die Bahnhöfe anwenden.

Bevor sich das Hauptsignal am Anfang eines Blockabschnitts auf Fahrt stellen lässt, überprüft die Sicherungstechnik 3 Bedingungen:

1. Ist der Blockabschnitt bis zum nächsten Hauptsignal frei von Fahrzeugen?
2. Zeigt das Hauptsignal am Beginn des nächsten Blockabschnitts Halt?
3. Ist der Blockabschnitt nicht für die Gegenrichtung reserviert?

Die erste Forderung ist klar: Wenn man Auffahrunfälle vermeiden will, muss man sicherstellen, dass der Blockabschnitt frei von anderen Fahrzeugen ist. Die Sicherungstechnik prüft dies mit Hilfe technischer Einrichtungen am Gleis. Die bekanntesten und am meisten verbreitetsten Arten dieser Gleisfreimeldung sind Achszähler und Gleisstromkreise. Bei den Achszählern zählt ein Sensor am Gleis jede Achse, die in den Blockabschnitt hineinfährt. Ein zweiter Sensor am Ende des Blockabschnitts zählt die herausfahrenden Achsen. Durch den Vergleich der beiden Zählungen stellt die Sicherungstechnik fest, ob alle Achsen den Blockabschnitt wieder verlassen haben. Die Gleisstromkreise hingegen arbeiten nach dem Prinzip des Ruhestromkreises. In einen Schiene wird ein Strom eingespeist, während die andere Schienen als Rückleiter dient. Am anderen Ende der Schiene ist ein Relais angeschlossen das über diesen Stromkreis anzieht und den Abschnitt als frei meldet. Befährt ein Fahrzeug diesen Abschnitt, dann wird der Stromkreis über die Räder und die Achse des Fahrzeugs kurzgeschlossen, das Relais fällt ab und meldet die Belegung des Blockabschnitts.

Die zweite Prüfung stellt fest, ob das folgende Hauptsignal Halt zeigt. Der Grund: Die Prüfung auf Freisein erstreckt nur über einen Blockabschnitt. Für den darauffolgenden Blockabschnitt ist das folgende Hauptsignal zuständig. Daher wird geprüft, ob das folgende Hauptsignal funktionsbereit ist, seine Aufgabe erfüllen und gegebenenfalls einem vorrausfahrendem Zug Rückendeckung geben kann.

Auf eingleisigen Strecken und modernen Hauptstrecken können Blockabschnitte in beiden Richtungen befahren werden. Um Zusammenstöße zu verhindern reicht hier die Freiprüfung aber nicht ausreichend denn unter Umständen sind beide Züge schon längst am deckenden Hauptsignal vorbeigefahren bevor die Freiprüfung wirksam wird. Soweit die Begründung der dritten Forderung. Daher wird über die sogenannte Erlaubnis festgelegt in welche Richtung ein Blockabschnitt befahren werden darf. Vor der Fahrstellung des Hauptsignals wird jedes Mal geprüft, ob die Erlaubnis zum Befahren des Blockabschnitts vorliegt. Sobald das Hauptsignal auf Fahrt steht, wird der Wechsel der Erlaubnis gesperrt bis der Zug den Blockabschnitt wieder verlassen hat.

Sichern der Fahrwege

Ein Fahrweg bzw. eine Fahrstraße hat immer einen fest definierten Start- und Zielpunkt. Im allgemeinen sind diese das Startsignal und das Zielsignal. Dabei können mehrere Fahrstraßen aneinander gereiht werden – z.B. für durchfahrende Züge.

Einen Teil der Fahrwegsicherung haben wir bei der Freiprüfung schon kennen gelernt. Auf der freien Strecke reicht dies auch aus und wird so angewendet. Im Bahnhof gibt es allerdings noch Weichen, die in die Sicherung mit einbezogen werden müssen. Zum einen müssen die Weichen, die vom Zug befahren werden sollen die richtige Lage haben um den Zug an das gewünschte Ziel zu bringen. Zum anderen muss sichergestellt werden, dass die Weichen nicht unter dem fahrenden Zug umgestellt werden.

Der zentrale Begriff in diesem Zusammenhang ist die Signalabhängigkeit.

Die Signalabhängigkeit besagt, dass sich alle Weichen in der richtigen Lage befinden und gegen Umstellen verschlossen sein müssen bevor sich das deckende Signal auf Fahrt stellen lässt und solange verschlossen sind, wie das Signal auf Fahrt steht. Die Reihenfolge sieht also wie folgt aus:

1. Weichen umstellen
2. Weichen gegen Umstellen sichern = Fahrstraße verschließen
3. Signal auf Fahrt stellen
4. Zug fahren
5. Signal wieder auf Halt zurück stellen
6. Fahrstraße auflösen
7. Weichen können wieder umgestellt werden.

In der mechanischen und elektromechanischen Stellwerkstechnik wurden diese Abhängigkeiten mit Hilfe von Mechanik – daher der Name – hergestellt. Dazu wurden auf eine Stange (Fahrstraßenschubstange) verschieden geformte „Eisenklötze“ montiert, die eine Bewegung der Stange verhindern wenn sich nicht alle Weichen in der richtigen Lage befinden. Bei den Drucktastenstellwerken wurden diese Abhängigkeiten dann mit Relais, Relaiskontakten und Stromkreisen hergestellt während in der elektronischen Stellwerkstechnik spezielle Software diese Aufgabe übernimmt.

Dieses Prinzip wird natürlich auch auf andere Fahrwegelemente sinngemäß angewendet wie z.B. bei den Bahnübergängen (Schranken).

Darüber hinaus drohen dem Zug im Gegensatz zu der freien Strecke noch aus einer anderen Richtung Gefahr – von der Seite. Denn an jeder Weiche besteht die Gefahr einem anderen Zug in die Flanke zu fahren. Um diese Gefahr abzuwenden werden Weichen in den Nachbargleisen in einer abweisenden Lage und Signale in der Haltstellung verschlossen. Zusätzlich wird überwacht, dass sich zwischen dem Fahrweg und der Flankenschutzeinrichtung kein Fahrzeug befindet und ihre Wirkung unterläuft.

Bevor eine Fahrstraße wieder aufgelöst werden kann muss die Stellwerksanlage die Mitwirkung eines Zuges registriert haben. Dies geschieht beispielsweise durch einen Schienenkontakt am Gleis hinter der letzten Weiche in Fahrtrichtung. In modernen Stellwerken wie den Spurplan- oder Elektronischen Stellwerken wird eine Fahrstraße zwischen Start und Ziel aus vielen Teilfahrstraßen gebildet. Dabei stellt jede Weiche eine eigene Teilfahrstraße dar. Die Gesamtfahrstraße – und damit die Fahrtstellung des Signals – lässt sich erst dann verschließen, wenn zuvor alle Teilfahrstraßen verschlossen wurden. Der Vorteil zeigt sich erst beim Auflösen. Das Signal wird sofort nach Vorbeifahrt des Zuges automatisch auf Halt gestellt (Bedingung 5) und der Gesamtverschluß aufgehoben. Das Verhindern der Weichenumstellung übernehmen nun die einzelnen Teilfahrstraßen. Diese Teilfahrstraßen werden nun einzelnd und nacheinander sofort nach dem Befahren durch den Zug – gesteuert durch die automatische Gleisfreimeldung – wieder aufgelöst und stehen frühzeitig wieder für andere Fahrstraßen zur Verfügung. Das bringt gerade in größeren Bahnhöfen einen enormen Zeitgewinn.

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