Übung: Leittechniksysteme

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1 Übung: Leittechniksysteme Grundlagen und Begriffe Arten der Zugbeeinflussung Punktförmige Zugbeeinflussung (PZB) mechamisch-elektrische Zugbeeinflussung Induktive Zugsicherung (InduSi) Magnetische Zugbeeinflussung Zugbeeinflussung auf Transponderbasis Linienförmige Zugbeeinflussung (LZB) Funkfahrbetrieb (FFB) Standardisierung europäischer Signalsysteme European Rail Traffic Managenent System (ERTMS) European Train Control System (ETCS) GSM-Rail Leittechnik am Beispiel von ICE 3, ICE-T und BR 185 Sicherheitsfahrschaltung (SiFa) Automatischer Betrieb

2 Zukunftorientiertes Bahnleitsystem Quelle: DB AG

3 Zugbeeinflussung allgemein Nach EBO 15, Abs. 2 müssen Strecken, die mit mehr als 100 km/h befahren werden, mit Zugbeeinflussung ausgestattet sein Technische Einrichtungen zur Verhinderung von Vorbeifahrten an Halt zeigenden Signalen und zur Geschwindigkeitsüberwachung Zugbeeinflussungssysteme bestehen aus Strecken- und Fahrzeugausrüstung Historisch: Sicherheitssystem Eingriff in Betriebsablauf, wenn Signal missachtet wird Zwangsbremsung Zusätzlich: Funktion von Vorsignalen Überprüfung der Bremskurven Elektronische Sicht, die über die optische Sicht hinausgeht Höhere Geschwindigkeiten und geringere Blockabstände werden ermöglicht Quelle: DB AG, Siemens

4 Arten der Zugbeeinflussung Art der Informationsübertragung punktförmig linienförmig punktförmig und linienförmig mechanisch/ elektrisch induktiv magnetisch Funkübertragung Transponderprinzip mit Schienen- Linienleiter mit Kabel- Linienleiter ERTMS / ETCS

5 PZB: Eigenschaften Übertragung von Informationen an das Fahrzeug nur an ausgewählten Punkten (z.b. Signalstandort) Ergänzung zum ortsfesten Signalsystem: Überwachung der Umsetzung der Signalinformationen Schwerpunkt: Überfahren Halt zeigender Signale PZB ist ungeeignet für selbsttätige Fahrzeugführung (Signalwechsel auf Fahrstellung bei Annäherung wird nicht auf Fahrzeug übertragen; nur bedingter Schutz bei Anfahren gegen Halt zeigendes Signal) Negative Beeinflussung des Leistungsverhaltens (eingeleiteter Bremsvorgang wird auch nach Signalisierungswechsel bis zur Sollgeschwindigkeit durchgeführt)

6 PZB: Technische Realisierung Mechanische/elektrische Informationsübertragung Alte Bauformen Mechanischer Teil am Fahrzeug in Höhe von Signalen Bewegliche Streckenanschläge (z.b. Einleiten der Zwangsbremsung durch Öffnen der Hauptluftleitung per Anschlag) Mechanisch/elektrisch: Auslösung von Kontaktelementen an Signalanlagen Keine Geschwindigkeitsüberwachung beim Fahrsperrensystem Quelle: S-Bahn Berlin

7 InduSi PZB: Technische Realisierung Technisch überholt, aber weit verbreitet, betr. Höchstgeschwindigkeit 160 km/h Prinzip der elektromagnetischen Induktion Auf Triebfahrzeugen mehrere aktive (d.h. gespeiste) Schwingkreise (1000 Hz: Vorsignal, 500 Hz vor Hauptsignal, 2000 Hz: Hauptsignal) mit permanenter Erregung installiert Induktivitäten aller Schwingkreise im sog. Fahrzeugmagneten zusammengeführt Fahrweg mit passiven Schwingkreisen ( Gleismagneten ) gleicher Frequenzen ausgerüstet Bei Fahrt begrenzenden Signalisierungen werden diese entsprechend kurzgeschlossen Beim Passieren des Fahrzeuges erfolgt im frequenzabgestimmten Schwingkreis Gegeninduktion und somit Resonanz Pro Gleismagnet nur Binärinformation (wirksam/unwirksam) je mehr Frequenzen, desto mehr Informationen Beispiel: Reisezug muss innerhalb von 22 Sekunden nach 1000 Hz - Beeinflussung die Geschwindigkeit von 95 km/h unterschritten habe, am 500 Hz - Magnet 65 km/h PZB 90 mit erweiterter Geschwindigkeitsüberwachung, um Sicherheitslücken (z.b. Anfahren gegen Halt zeigendes Signal) zu schließen Hauptproblem: Ausfall eines Gleismagneten wird fahrzeugseitig nicht registriert

8 PZB: Technische Realisierung Magnetische Beeinflussung Permanentmagnete an der Strecke Durch Signalgesteuerte Löschspulen neutralisierbar (Negation/Ruhestrom) Fahrzeugseitig Magnetanker (Impulsgeber) Vorteil des Systems: bei Ausfall der Signalstromkreise sichere Signalisierung Nachteile: Energiebedarf durch Dauerruhestrom, EMV Überwiegend als Fahrsperre verwendet (z.b. Hamburger Hochbahn) PZB auf Transponderbasis Datenpunkte durch Balisen auf der Strecke Nicht nur binäre Informationen, sondern Datentelegramme (z.b. Detaillierte Geschwindigkeit, Entfernung bis zum nächsten Datenpunkt, Ortsdatensynchronisation,...) Signaltechnisch sichere Systemgestaltung Durch Vergleich mit fahrzeuginterner Entfernungsrechnung kann Ausfall von Datenpunkten selektiert werden ( Zwangsbremsung) Passive Teile im Gleisbett, Nutzung der Energieversorgung des Triebfahrzeuges (induktiv)

9 Sicherheitsfahrschaltung (Sifa) Wachsamkeitskontrolle Totmanneinrichtung (Dienstunfähigkeit des Lokführers feststellen Technisch sehr einfach; frühe, sehr weite Verbreitung Nach Summton 3s Zeit zum Betätigen des Quittierungsstarters, sonst Schnellbremsung Teilweise Zeitrückstellung/Verlängerung durch bestimmte Handlung des Lokführers Auch Wegeabhängigkeit möglich, z.b m nach letzter Handlung

10 LZB: Eigenschaften Kontinuierliche Informationsübertragung vom Fahrweg zum Fahrzeug Möglichkeit zur Führung ohne ortsfeste Signalanlagen, nur nach Vorgaben der LZB Generell mit Führerstandssignalisierung Auch automatische Fahrzeugführung möglich Höhere Geschwindigkeiten, als bei ortsfesten Signalsystemen zulässig Höheres Leistungsverhalten als ortsfeste Signalanlagen (nur tatsächlich erforderlicher Bremsweg berücksichtigt)

11 LZB: Technische Realisierung Schienen-Linienleiter Codierte Gleisstromkreise Frequenz- oder Impulscodierung Pro Freimeldeabschnitt eine konstante Geschwindigkeit Vorteil: kein besonderes Übertragungsmedium notwendig Nachteil: Notwendigkeit von Gleisstromkreisen Anwendung: TGV-Strecken der SNCF Kabel-Linienleiter Im Gleis verlegte Kabel-Antenne (Leiterschleife) Eine Ader in Gleismitte, zweite in Laschenkammer der Schiene regelmäßige Kreuzung beider Adern auf einer Schwelle als Ortungsinformation Übertragung von Führungsgrößen für Fahrzeuge (örtlich zulässige Geschwindigkeit, Entfernung bis zum nächsten Ziel, Zielgeschwindigkeit)

12 Funkzugbeeinflussung (FZB) (Mischform aus Punkt- und Linienförmiger Zugbeeinflussung) Geringer Umfang an Streckenausrüstung Einrichtungen zur sicheren Ortung von Zügen z.t. passive Datenpunkte zur Ortung (Balisen) Als europäischer Standard vorgesehen (ETCS/ERMTS) Kombinierte Beeinflussung LZB in Bereichen von Gefahrenpunkten (z.b. Signalstandorte) PZB in allen anderen Bereichen ausreichend Führung und automatischer Betrieb auch hier möglich

13 Automatischer Betrieb Voraussetzung: sehr komplexe, umfangreiche, erprobte Leittechnik Probleme: - Leit- und Sicherungstechnik - Hinderniserkennung Fahrweg (bisher meist exklusiver Fahrweg) - Bahnsteigsicherung - Bahnübergangssicherung - Automatisches Auf- und Abrüsten - Fahrzeugsteuerung / -leittechnik - Selbstabfertigung des Fahrzeuges - Fahrzeugeigendiagnose - Sicherheit im Zug

14 Europäische Leitsysteme Interoperabilität der Leittechnik soll europaweit mittels ERTMS bzw. ETCS unter Zuhilfenahme von GSM-R erzielt werden Quelle: JZ (S+D)

15 Europäische Leitsysteme Quelle:

16 Geplante ERTMS Einführung in Europa Quelle:

17 ERTMS Projekte in Europa Quelle:

18 Projekt ERTMS / ETCS Pilotstrecke DB AG Berlin - Halle / Leipzig RBC RBC Koordinaten der Pilotstrecke RBC - Länge: 154 km, 27 Bahnhöfe - Art: zweigleisige Hauptstrecke - Verkehrsart: Personen- und Güterverkehr - Höchstgeschw.: 200 km/h (ehem. 160 km/h) - Züge / Tag: RBC: 3 - Testfahrzeuge: 5 Loks BR 101, 1 TCT - Testzeitraum: 10/ /2002 Quelle: DB AG

19 ETCS: Spezifikationen Einhaltung von zulässigen Geschwindigkeiten Überwachung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit Einheitliche Anzeige auf dem Zug mit notwendigen Informationen für Lokkführer Einheitliche Informationsübertragung zwischen Strecke und Zug Spezifikation differenziert nach ETCE, Level 1-3

20 Haupt-Module des ETCS EURO-Balise: transponderbasierte, streckenseitige Systeme zur punktförmigen Datenübertragung zwischen Streckeneinrichtungen und Fahrzeugen; Fahrzeugortung EURO-Loop: streckenseitiges System zur linienförmigen Datenübertragung (Kabel-Linienleiter, nur begrenzte Entfernungen) zwischen Streckeneinrichtungen und Fahrzeugen EURO-Radio: sicheres GSM-R-basiertes Datenübertragungsverfahren zur kontinuierlichen, ortsunabhängigen Datenübertragung zwischen Fahrzeugen und einer Zentrale (FZB) EURO-Cab: entsprechende standardisierte Fahrzeugeinrichtungen; alle Komponenten über einen ETCS-Bus mit sicherem Fahrzeugrechner (EVC) verbunden Quelle: Pachl, Schwertner, Wiling

21 Kürzel im Bahnfunk ERTMS (european Rail Traffic Management System): Eine User Group der deutschen, italienischen und französischen Bahnen entwickelt seit 1995 die Grundlagen für das von der EU geförderte Verkehrsmanagementsystem. ETCE (European Train Control System: Das europäische Zugsteuerungs- und Zugsicherungssytem soll in mehreren Stufen zum europaweiten Fahren ohne Signale bei höheren Streckenkapazitäten führen GSM-R (Global System for Communication Rail: Digitales Mobilfunksystem, das die GSM-Technologie der öffentlichen Mobilfunknetze für Private Netzwerke der Verkehrsträger nutzt. Erweiterung um Leistungsmerkmale EIRENE (European Integrated Railway Radio Enhanced): NetworkEuro-Balise. Am Gleis installierter Transponder, der feste Ortsdaten oder z.b. die Signalstellung an die vorbeifahrende Lock übermittelt. Quelle: VDI nachrichten,

22 European Train Control System (ETCS) ETCS fahrzeugseitig ETCS fahrwegseitig Quelle: JZ (S+D)

23 Funktionsstufen des ETCS Level 1: Level 2: Level 3: vollständiges ortsfestes Signalsystem mit landesspezifischer Ausprägung, feste Blocklängen signalabhängige Daten in Form von standardisierten Telegrammen mittels schaltbarer Euro-Balise und/oder Euro-Loop zum Fahrzeug übertragen weitgehender Verzicht auf streckenseitiger Signalisierung Zugführung über FZB (GSM-R), Übertragung von Radio Block Centern (mit Verbindung zu Stellwerken) Ortung über Euro-Balisen ( elektronische Kilometersteine ), Positionsmeldung per Funk konventionelle Gleisfreimeldung (Gleisstromkreise, Achszähler) Signalisierung funkbasiert, d. h. ohne Streckensignale Ortung über Euro-Balisen (wie Level 2) keine ortsfesten Einrichtungen zur Gleisfreimeldung, Feststellung der Zugvollständigkeit (Integrität) im Zug Fahren im virtuellen bzw. mobilen Block, d. h. nicht mehr nach Raumabstand (Abkehr vom klassischen Fahren) Quelle: Pachl, Schwertner, Wiling

24 ETCS - Level 1 Quelle: Pachl

25 ETCS - Level 2 Quelle: Pachl

26 ERTMS Level 2 (Teil 1) Anordnung ERTMS Level 2 mit festem Blockbereichen Blockwechsel bzw. Überfahrt Balise(n-Paar) - Senden/Emfangen Quelle: ADtranz Signal

27 ERTMS Level 2 (Teil 2) Aufenthalt/Fahrt im festen Blockbereich Blockwechsel bzw. Überfahrt Balise(n-Paar) - Senden/Emfangen Quelle: ADtranz Signal

28 ERTMS Level 2 (Teil 3) Aufenthalt/Fahrt im festen Blockbereich Erster praktischer Einsatz von ERTMS Level 2 weltweit bei SBB Quelle: ADtranz Signal

29 ETCS - Level 3 Quelle: Pachl

30 Triebfahrzeugausüstung Funkeinheit ( Herzstück ) Touchscreen (Führerstand) Quelle: ADtranz Signal

31 Leittechnikzentrale Leittechnikzentrale Zugüberwachung Quelle: ADtranz Signal

32 Visualisierung Zentrale Positionserfassung aller Fahrzeuge Rückmeldung an Triebfahrzeug Quelle: ADtranz Signal

33 Transponderkomponenten Fahrzeugantenne Euro-Balise S21 und fahrzeugseitiger Sender/Empfänger Quelle: ADtranz Signal, Simens VT

34 Euro-Balisen Balise bzw. Balisengruppe Balisengruppe im Einsatz SBB Quelle: Siemens VT, SBB

35 BR 185 Leittechnik Blockschaltbild der Zugsicherung am Beispiel der BR 185 mit punktförmiger und linienförmiger Zugbeeinflussung Quelle: ADtranz

36 BR 185 Leittechnik (Detail) Quelle: DB AG

37 BR 185 Antennen- und Magnetanordnung Länderspezifische Anordnung der einzelnen Antennen bzw. Magnete Quelle: ADtranz, DB AG

38 BR Fahrzeugantenne Anordnung der Fahrzeugantenne des LZB 80 unter dem Triebfahrzeug Quelle: ADtranz

39 BR 185 Induktive Zugsicherung Anordnung eines InduSi- Fahrzeugmagneten der PZB 90 an der BR 185 Quelle: ADtranz

40 Einführung Führerstandssignalisierung SBB Schematische Darstellung des Einfahrtszenarios in den FSS*-Bereich Blockdiagramm der Systemarchitektur mit Aussenanlagen, Stellwerk, Leitsystem, FSS*-Streckenzentrale und GSM-R * FSS: Führerstandssignalisierung Quelle: SBB

41 Einführung der Balisen bei S-Bahn Berlin Pilotstrecken von 7 km Länge Ohne Sicherheitsverantwortung ZBS (Punktförmiges Zugbeeinflussungssystem nach ETCS, Level I Übertragung eines vollständigen Fahrprofils Keine Führerraumsignalisierung; lediglich Unterstützung des Zugführers durch Anzeigen im Führerstand Übertragung an Haupt-, Vor, Mehrabschnitts und Rangiersignalen

42 Statisches Überwachungsprofil Einführung der Balisen bei S-Bahn Berlin Dynamisches Überwachungsprofil Quelle: S-Bahn Berlin

43 Einführung der Balisen bei S-Bahn Berlin Bremskurve auf ein Halt zeigendes Signal Aufwertung an Aufwertebalise Quelle: S-Bahn Berlin

44 Einführung der Balisen bei S-Bahn Berlin Test- bzw. Einführungsstreckenabschnitt Quelle: S-Bahn Berlin

45 Mobile Kommunikation BLZ CIR ERTMS ETCS ESTW FZB FFB GSM-R LZB MMI PZB SatZB ZBL Betriebsleitzentrale Computer Integrated Railroading European Rail Traffic Management System European Train Control System Elektronisches Stellwerk Funk-Zugbeeinflussung Funk-Fahrbetrieb Global System for Mobile Communication Rail Linienförmige Zugbeeinflussung Mensch-Maschine-Interface Punktförmige Zugbeeinflussung Satelitengestützter Zugleitbetrieb Zukunftorientiertes Bahnleitsystem Quelle: DB AG

46 7 Literaturverzeichnis [1] J. Pachl: Systemtechnik des Schienenverkehrs, Teubner Verlag, 1999 [2] H. Fricke, K. Pierick: Verkehrssicherung, Teubner Verlag, 1990 [3] Ž. Filipovič: Elektrische Bahnen Grundlagen, Triebfahrzeuge, Stromversorgung Springer Verlag, 1995 [4] P. Mnich: Neuartige und weiterentwickelte Bahnsysteme Vorlesungsskript, TU Berlin, Fachgebiet, [5] D. Kupper: Telematik Nutzen und Anwendung im spurgeführten Verkehrssystemen, Vorlesungsskript, TU Berlin, Fachgebiet, [6] K. H. Kraft: Fahrdynamik und Automatisierung von spurgebundenen Transportsystemen, Springer-Verlag, 1988 [7] E. Schnieder: Telematik im Schienenverkehr, Kompendium der Verkehrstelematik, TÜV, 1999 [8] F. Schwertner, K. Wilting: Grundlagen für Telematiklösungen im Eisenbahnverkehr, Edition Eisenbahntechnische Rundschau (ETR): Informationstechnologie bei den Bahnen, Hestra-Verlag, 2000 [9] A. Steingröver: Die Zugsicherung für die Mehrsystem-Güterzuglokomotive BR 185, Signal+Draht Heft 11, 2000 [10] R. Gammert: Zweifrequenzlokomotive Baureihe 185, Deine Bahn (DB AG) Heft 9, 2000 [11] N. N.: Class 185 pioneers use of ETCS, Leittechnik.doc

47 Railway Gazette International No. 9, 2000 [12] C. Kundmann, D. Möller, J. Prem, N. Schmitz: Die Leittechnik der neuen Triebzüge ICE 3 und ICE T, Teil 1 ZEV+DET Glaser s Analen Heft 8, 2000 [13] C. Kundmann, D. Möller, J. Prem, N. Schmitz: Die Leittechnik der neuen Triebzüge ICE 3 und ICE T, Teil 2 ZEV+DET Glaser Analen Heft 9, 2000 [14] J. Janicki: Eine neue Eisenbahnsicherungstechnik: FFB (FunkFahrBetrieb), Deine Bahn Heft 4, 1999 [15] W. Jonas: Der FunkFahrBetrieb Es funkt auf dem Haller Willem, Deine Bahn Heft 7, 2000 [16] F. Eilers: Leitsystem Betriebliche Informationsverteilung (LeiBIT): Zum besseren und schnelleren Disponieren, Deine Bahn Heft 6, 1999 [17] B. Gedda: ERTMS auf dem Weg, Signal+Draht Heft 5, 2000 [18] J. Tamarit, P. Winter: Tests zum Nachweis der Interoperabilität zwischen ETCS-Komponenten, Signal+Draht Heft 9, 2000 [19] S. Lazarevic, M. Stojkovic: Interoperabilität im juguslawischen Eisenbahnnetz mit ERTMS/ETCS, Signal+Draht Heft 11, 2000 [20] A. Behr, O. Mense: ETCS für Hochgeschwindigkeitszüge Erfahrungen aus dem Sicherheitsmanagement der Entwicklung eines modernen Eisenbahnsicherungssystems, Eisenbahningenieur Heft 10, 2000 [21] H. Thies, A. Wik: Das FSS-Pilotprojekt der SBB weltweit erste Applikation von ETCS Level 2, Signal+Draht Heft 9, 2000 [22] [23] U. Dolder: Die Einführung der Führerstandssignalisierung bei den SBB: Pilotanwendung von Leittechnik.doc

48 ETCS Level 2 auf der Strecke Zofingen-Sempach, Eisenbahn-Revue International Heft 8-9, 2000 [24] J. Tamarit, P. Winter: Die Erprobung von ETCS-Komponenten verschiedener Hersteller auf der EMSET- Testanlage in Spanien, Eisenbahn-Revue International Heft 5, 2000 [25] C. Frerichs, R. Detering, M. Wiemann: Die interoperable ERMTS/ETCS-Spezifikation und ihre Umsetzung im Pilotprojekt Berlin-Halle/Leipzig, ZEV+DET Glaser s Annalen Heft 8, 2000 [26] W. Kirchner, K. With: Prüfung der Elektromagnetischen Verträglichkeit in der Signaltechnik, Signal+Draht Heft 5, 2000 [27] M. Kant, S. Mura: Command and Control Technology for Modern Railway Operations, Railway Technical Review No. 3/4, 1998 [28] A. S. Schatunow: Moderne Systeme für die Zugsicherung und Zugsteuerung bei den russischen Eisenbahnen, Rail International (Schienen der Welt) Heft 6, 2000 [29] J. Polz, R. Beck: Automatisches Fahren auf Bahnen nach EBO, Eisenbahntechnische Rundschau Heft 10, 2000 [30] K. F. Zastrow: Analyse und Simulation von Entstörungsstrategien bei der Automatisierung von U- Bahnsystemen, Dissertation, TU Berlin, 2000 [31] H.-H. Dubenkropp, A. Nuszkiewicsz: Informations- und Kommunikationstechnik auf dem Bahnsteig, ZEV+DET Glaser s Annalen Heft 8, 2000 [32] N. N.: Telematik Technologische Intelligenz im Dienst von Bahn und Mobilität, DB AG, FTZ München, 1997 [33] N. N.: Diverses Informationsmaterial von ADtranz Signal Leittechnik.doc