Bahnsystemtechnik I Grundlagen Betrieb / Leit- und Sicherungstechnik
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- Damian Kraus
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1 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Michael Häßler Dipl.-Ing. Jan Wingens Bahnsystemtechnik I Grundlagen Betrieb / Leit- und Sicherungstechnik LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 1
2 Grundlagen Betrieb Sicherheit als Prinzip des Eisenbahnbetriebes Sicherheit als Grundprinzip des Eisenbahnbetriebes Der Eisenbahnbetrieb mit seinen Eigenheiten langer Bremswege (Stahlräder auf Stahlschienen) Spurbindung (auf Schienen verkehrende Fahrzeuge können nicht ausweichen) erheblicher Schäden bei Unfällen verfügt über ein besonders hohes Sicherheitsniveau in der Betriebsführung. Die Eisenbahn ist heute das sicherste Verkehrsmittel. Sicherung des Abstandes zwischen zwei Zügen (Zugfolgesicherung) Am Beispiel der Sicherung des Abstandes zwischen zwei einander folgenden Zügen (Zugfolgesicherung) werden grundlegende Prinzipien des Eisenbahnbetriebes erläutert. LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 2
3 Grundlagen Betrieb Sicherheit am Beispiel der Zugfolgesicherung Sicherheit des Eisenbahnbetriebes am stark vereinfachten Beispiel der Sicherung des Abstandes zwischen zwei einander folgenden Zügen (Zugfolgesicherung) Zugsymbole: Pachl, Jörn: Spurgebundener Verkehr. Grundlagen und Risiken. Braunschweig 2004 Zug 2 folgt Zug 1 LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 3
4 Grundlagen Betrieb Theorie der Zugfolgesicherung Theorien der Zugfolgesicherung Quelle: Pachl, Jörn: Spurgebundener Verkehr. Grundlagen und Risiken. Braunschweig 2004 Fahren im relativen Bremswegeabstand Zugschluss des vorausfahrenden Zuges als beweglicher Gefahrpunkt Überlagerung der Bremswege (wie im Straßenverkehr) mit erheblichen Risiken: Ungeplantes Bremsen des vorausfahrenden Zuges Ortsfeste Gefahrenpunkte (Weichenumstellung zwischen zwei Zügen) nicht berücksichtigt Fahren im absoluten Bremswegeabstand Vor jedem Zug wird ein seinem absoluten Bremsweg entsprechender Streckenabschnitt freigehalten Ortsfeste Gefahrenpunkte werden wie bewegliche Gefahrpunkte bei Abstandshaltung berücksichtigt Fahren im (festen/beweglichen) Raumabstand Zwischen zwei Zügen wird ein Mindestabstand (maximaler Bremsweg des zweiten Zuges) freigehalten Der Mindestabstand kann fest (fester Raumabstand fixed block) oder beweglich ( moving block) sein LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 4
5 Grundlagen Betrieb Praxis der Zugfolgesicherung 11, 13: Hauptsignale Sperrzeit eines Blockabschnittes Sperrzeitentreppe Quelle: Pachl, Jörn: Spurgebundener Verkehr. Grundlagen und Risiken. Braunschweig 2004 LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 5 Fahren im Sichtabstand Eisenbahn: Rangierfahrten (bis 25km/h) und im Störungsfall (bis 40km/h) Straßenbahn (bis 70km/h) Fahren im Zeitabstand Mindestzeitabstand zwischen zwei Zugfahrten Nur bei geringer Streckenbelastung zur rechtzeitigen Warnung nachfolgender Züge bei außerplanmäßigem Halt des vorausfahrenden Zuges (US-Güterverkehr) Fahren im festen Raumabstand Heute fast ausschließlich vorherrschendes Verfahren Einteilung der Strecke durch Hauptsignale in feste Blockabschnitte (in der Regel ca. 1000m) Einfahrt in den nächsten Block nur möglich, wenn Blockabschnitt und Durchrutschweg (overlap; Ende Blockabschnitt bis Signalzugschlussstelle) frei sind und der vorausfahrende Zug durch ein Halt zeigendes Signal gedeckt ist.
6 Grundlagen Sicherung Prinzipien der Sicherung des Eisenbahnbetriebes Zugmeldung Zugmeldung Ankündigung einer Zugfahrt von A nach B ( Anbieten und Annehmen eines Zuges) Gleisfreimeldung Prüfung, ob die zu nutzenden Strecken- oder Bahnhofsgleise frei sind Signalabhängigkeit Übereinstimmung von Signal- und Weichenstellung. Zugbeeinflussung Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Infrastrukturseitige Eingriffsmöglichkeit in den Zugverkehr Zentralisierung der Betriebsführung Rationalisierung der Betriebsdurchführung und Einführung modernster Technik Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 6
7 Grundlagen Sicherung Zugmeldung Zugmeldung Regelung der Zugfolge Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Quelle: Janicki J.: Systemwissen Eisenbahn. Berlin 2011, S. 160, Abb. 124 Zugmeldung Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Ankündigung einer Zugfahrt von A nach B ( Anbieten und Annehmen eines Zuges) Fahrdienstleiter A bietet Zug an, Fahrdienstleiter B nimmt ihn an (früher händisch, heute weitestgehend automatisiert) Wesentlich für die Regelung und Sicherung der Zugfolge Zugmeldungen werden für jeden Zug mit Zugnummer, Ankunfts- und Abfahrtszeit dokumentiert LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 7
8 Grundlagen Sicherung Gleisfreimeldung Zugmeldung Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Sechsteiliger Laufkranztaster (1930) Quelle: Siemens AG, Rail Automation: Chronik der Leitund Sicherungstechnik für Eisenbahnen, Braunschweig 2004 Gleisfreimeldung Prüfung, ob die zu nutzenden Strecken- oder Bahnhofsgleise frei, d.h. nicht durch andere Züge besetzt sind Arten der Gleisfreimeldung: Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Achszähler: Achszählkontakte am Anfang und Ende des Abschnittes; Vergleich der Zählergebnisse; bei Übereinstimmung Freimeldung Gleisstromkreise: Isolierung der beiden Schienen untereinander und gegenüber nächsten Streckenabschnitten; Einspeisung von Strom; Achsen verursachen Kurzschluss; dadurch Besetztmeldung des Gleises LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 8
9 Grundlagen Sicherung Signalabhängigkeit Zugmeldung Stelltafel Stw Oberhausen Hbf Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Signalabhängigkeit Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Übereinstimmung von Signal- und Weichenstellung Signale können nur auf Fahrt gestellt werden, wenn die Bedingungen für eine sichere Fahrt gegeben sind: Weichen sind in die vorgesehene Fahrtrichtung gestellt und festgelegt (gegen Umstellen gesichert) Flankenschutzeinrichtungen (zum Ausschluss von konfligierenden Fahrten anderer Züge) sind richtig gestellt Strecken(block)abschnitt (bzw. die aus Gleisen und Weichen gebildete Fahrstraße) ist frei, d.h. nicht von anderen Zügen besetzt LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 9
10 Grundlagen Sicherung Signalabhängigkeit Fahrwegsicherung Fahrstraße von Startsignal bis Zielsignal LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 10
11 Grundlagen Sicherung Signalabhängigkeit Fahrwegsicherung frei von Fahrzeugen und richtig gestellt Fahrwegelemente (Weichen, Gleise) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 11
12 Grundlagen Sicherung Signalabhängigkeit Fahrwegsicherung frei von Fahrzeugen und richtig gestellt Flankenschutzelemente (Flankenschutzeinrichtungen) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 12
13 Grundlagen Sicherung Signalabhängigkeit Fahrwegsicherung frei von Fahrzeugen und richtig gestellt Durchrutschweg LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 13
14 Grundlagen Sicherung Signalabhängigkeit Fahrwegsicherung Weichen festlegen (gegen Umstellen sichern) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 14
15 Grundlagen Sicherung Signalabhängigkeit Fahrwegsicherung Fahrstraße einstellen und festlegen LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 15
16 Grundlagen Sicherung Signalabhängigkeit Fahrwegsicherung Signal auf Fahrt stellen LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 16
17 Grundlagen Sicherung Zugbeeinflussung Zugmeldung Wirkungsweise PZB Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Quelle: Pachl, Jörn: Spurgebundener Verkehr. Grundlagen und Risiken. Braunschweig 2004 Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Zugbeeinflussung Infrastrukturseitige Informationsübertragung und Eingriffsmöglichkeit in den Zugverkehr Übertragung von Informationen über die zulässige Fahrweise von der Infrastruktur auf den Zug; bei Abweichung werden Schutzmaßnahmen aktiviert (z.b. Zwangsbremsung des Zuges beim Überfahren eines Halt zeigenden Signales) Arten der Zugbeeinflussung: Punktförmige Zugbeeinflussung (PZB): Informationsübertragung an bestimmten Stellen der Strecke Linienförmige Zugbeeinflussung (LZB): Kontinuierliche Informationsübertragung (Geschwindigkeitsvorgaben) via Linienleiter (im Gleis verlegtes Kabel) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 17
18 Grundlagen Sicherung Zugbeeinflussung Beispiele Zugmeldung Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Mechanische Fahrsperre, S-Bahn Berlin Quelle: Siemens AG, Rail Automation: Chronik der Leitund Sicherungstechnik für Eisenbahnen, Braunschweig 2004 Straßenbahn Amsterdam vor Überfahrt eines Gleismagneten Quelle: Siemens AG, Rail Automation: Chronik der Leit- und Sicherungstechnik für Eisenbahnen, Braunschweig 2004 Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 18
19 Grundlagen Sicherung Zentralisierung Betriebsführung Zugmeldung Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Bedienoberfläche EStW Duisburg Quelle: DB Netz AG Zentralisierung der Betriebsführung Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Rationalisierung der Betriebsdurchführung Ablösung älterer Stellwerksbauformen (mechanisch, elektromechanisch, Relais) durch Elektronische (EStW) Einrichtung einer Netzleitzentrale (NZ) und von sieben Betriebszentralen (BZ) zur Steuerung der EStW innerhalb des Blauen Netzes der DB Netz AG Rationalisierung der Betriebsdurchführung und Einführung modernster Technik LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 19
20 Technische Entwicklung Leistungsmerkmale und Einrichtung/Baulichkeit Zugmeldung Leistungsbild Betriebliche Erfordernisse, der Wunsch nach Effizienzsteigerung und Erkenntnisse aus Unfällen prägen von Anbeginn die Entwicklung der Leit- und Sicherungstechnik Trotz erheblicher technischer Fortschritte sind die Grundprinzipien der einzelnen Leistungsbilder weitgehend unverändert geblieben Das System Eisenbahn ist der einzige Industriezweig, der technische Einrichtungen und Baulichkeiten aus unterschiedlichen Jahrzehnten parallel betreibt und damit seine Leistung mit Technik aus verschiedenen Generationen erzielt. Technische Einrichtung/Baulichkeit Ortsgestellte Weichen Mechanische Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Elektromechanische Relais- (RStW) Elektronische (EStW) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 20
21 Technische Entwicklung Raum- statt Zeitabstand: Blockzeiger Zugmeldung Ortsgestellte Weichen Mechanische Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Elektromechanische Relais- (RStW) Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Elektronische (EStW) Quelle: Siemens AG, Rail Automation: Chronik der Leit- und Sicherungstechnik für Eisenbahnen, Braunschweig 2004 LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 21
22 Technische Entwicklung Wechselstromblock Zugmeldung Ortsgestellte Weichen Mechanische Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Elektromechanische Relais- (RStW) Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Elektronische (EStW) Quelle: Siemens AG, Rail Automation: Chronik der Leit- und Sicherungstechnik für Eisenbahnen, Braunschweig 2004 LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 22
23 Technische Entwicklung Blocksperre, Doppeldrahtzug-Stellbetrieb Zugmeldung Ortsgestellte Weichen Mechanische Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Elektromechanische Relais- (RStW) Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Elektronische (EStW) Quelle: Siemens AG, Rail Automation: Chronik der Leit- und Sicherungstechnik für Eisenbahnen, Braunschweig 2004 LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 23
24 Technische Entwicklung Erste elektromechanische Zugmeldung Ortsgestellte Weichen Mechanische Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Elektromechanische Relais- (RStW) Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Elektronische (EStW) Quelle: Siemens AG, Rail Automation: Chronik der Leit- und Sicherungstechnik für Eisenbahnen, Braunschweig 2004 LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 24
25 Technische Entwicklung Wuppertal: Selbstblock für die Schwebebahn Zugmeldung Ortsgestellte Weichen Mechanische Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Elektromechanische Relais- (RStW) Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Elektronische (EStW) Quelle: Siemens AG, Rail Automation: Chronik der Leit- und Sicherungstechnik für Eisenbahnen, Braunschweig 2004 LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 25
26 Technische Entwicklung Dortmund: Fernbahn-Selbstblock Zugmeldung Ortsgestellte Weichen Mechanische Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Elektromechanische Relais- (RStW) Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Elektronische (EStW) Quelle: Siemens AG, Rail Automation: Chronik der Leit- und Sicherungstechnik für Eisenbahnen, Braunschweig 2004 LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 26
27 Technische Entwicklung Erste Relaisstellwerke Zugmeldung Ortsgestellte Weichen Mechanische Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Elektromechanische Relais- (RStW) Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Elektronische (EStW) Quelle: Siemens AG, Rail Automation: Chronik der Leit- und Sicherungstechnik für Eisenbahnen, Braunschweig 2004 LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 27
28 Technische Entwicklung Erstes Drucktasten-Relaisstellwerk Zugmeldung Ortsgestellte Weichen Mechanische Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Elektromechanische Relais- (RStW) Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Elektronische (EStW) Quelle: Siemens AG, Rail Automation: Chronik der Leit- und Sicherungstechnik für Eisenbahnen, Braunschweig 2004 LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 28
29 Technische Entwicklung Leistungsmerkmale und Einrichtung/Baulichkeit Zugmeldung Ortsgestellte Weichen Mechanische Zentralisierung Betriebsführung Gleisfreimeldung Elektromechanische Relais- (RStW) Signalabhängigkeit Zugbeeinflussung Elektronische (EStW) Quelle: Siemens AG, Rail Automation: Chronik der Leit- und Sicherungstechnik für Eisenbahnen, Braunschweig 2004 LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 29
30 Technische Entwicklung Mechanisches Stellwerk Stellwerk Regensburg Ost Ortsgestellte Weichen Mechanische Stellwerk Bergisch Gladbach (Spannwerksraum) Elektromechanische Relais- (RStW) Elektronische (EStW) Quelle Regensburg Ost: DB Training: Seminar Vc7031, Modul 14 Regelbetrieb LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 30
31 Technische Entwicklung Elektromechanisches Stellwerk Stellwerk Hennigsdorf Hno Ortsgestellte Weichen Mechanische Elektromechanische Relais- (RStW) Elektronische (EStW) Quelle: aufgerufen am LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 31
32 Technische Entwicklung Relaisstellwerk Stellwerk Oberhausen Hbf Ortsgestellte Weichen Mechanische Elektromechanische Relais- (RStW) Elektronische (EStW) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 32
33 Technische Entwicklung Elektronisches Stellwerk EStW Hannover-Uelzen Ortsgestellte Weichen Mechanische Elektromechanische Relais- (RStW) Elektronische (EStW) Quelle: aufgerufen am LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 33
34 Technische Entwicklung Betriebszentrale Betriebszentrale der Kölner Verkehrsbetriebe KVB Ortsgestellte Weichen Mechanische Elektromechanische Relais- (RStW) Elektronische (EStW) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 34
35 Technische Entwicklung Überblick Stellwerksbauformen nach Bedienung Mechanische Hebel mechanisch Drahtzug Ortsgestellte Weichen Einteilung der nach ihrer Bedienungsart Elektromechanische Drehschalter elektrisch / mechanisch Bedienung über Verschlusseinrichtung Stellen der Fahrwegelemente durch Mechanische Relais- Drucktasten oder alphanumerische Tastatur elektrisch (Relais) elektrisch Elektromechanische Relais- (RStW) Elektronische Bedientablett, Maus / Monitor oder alphanumerische Tastatur elektronisch Elektronische (EStW) Quelle: DB Training: Seminar Vc7031, Modul 14 Regelbetrieb LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 35
36 Signale Hauptsignale (Hp) Hp 0 Halt Hp 1 Fahrt Hp 2 Langsamfahrt Quelle: DB Netz AG: Richtlinie 301 (Signalbuch) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 36
37 Signale Vorsignale (Vr) Vr 0 Halt erwarten Vr 1 Fahrt erwarten Vr 2 Langsamfahrt erwarten Quelle: DB Netz AG: Richtlinie 301 (Signalbuch) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 37
38 Signale Kombinationssignale (Ks) Ks 1 Fahrt Ks 2 Halt erwarten Quelle: DB Netz AG: Richtlinie 301 (Signalbuch) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 38
39 Signale Zusatzsignale (Zs) Zs 2 Richtungsanzeiger Zs 2v Richtungsvoranzeiger Quelle: DB Netz AG: Richtlinie 301 (Signalbuch) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 39
40 Signale Zusatzsignale (Zs) Zs 3 Geschwindigkeitsanzeiger Zs 3 Geschwindigkeitsvoranzeiger Quelle: DB Netz AG: Richtlinie 301 (Signalbuch) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 40
41 Signale Langsamfahrsignale (Lf) Lf 1 Langsamfahrscheibe (vorübergehend) Lf 2 Anfangscheibe Lf 3 Endscheibe Quelle: DB Netz AG: Richtlinie 301 (Signalbuch) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 41
42 Signale Langsamfahrsignale (Lf) Lf 6 Geschwindigkeitsankünde-Signal Lf 7 Geschwindigkeitssignal Quelle: DB Netz AG: Richtlinie 301 (Signalbuch) LuFG Bahnsystemtechnik: Vorlesung Bahnsystemtechnik I 42
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