Stellwerk

Ein Stellwerk dient zum zentralen Stellen von Weichen und Signalen in Eisenbahnanlagen, v.a. in Bahnhöfen.

In den Anfangstagen der Eisenbahn erfolgte das Stellen der wenigen vorhandenen Weichen vor Ort mit Hilfe eines Hebels und Muskelkraft. Damals wie heute hatte der Fahrdienstleiter die Verantwortung und Übersicht über seinen Bahnhof. Da es noch keine Zugmeldesysteme gab, durfte ein Zug den Bahnhof erst verlassen, wenn der planmäßige Gegenzug eingetroffen war. Erst mit der Einführung des elektrischen Telegraphen konnte man auf diese Vorgehensweise verzichten.

Mit steigendem Verkehrsaufkommen und Vergrößerung der Bahnanlagen wurde das Stellen der Weichen und Signale vor Ort zu unpraktisch und unsicher. Etwa um 1850 wurden in England die ersten mechanischen Stellwerke erfunden, mit denen die Sicherungsanlagen zentral bedient werden konnten. 1867 wurde auch in Deutschland das erste Stellwerk nach dem Vorbild der englischen Firma Saxby & Farmer gebaut. Im Laufe der nächsten 50 Jahre stellten eine Vielzahl von Firmen ihre jeweils eigenen Stellwerks-Systeme vor. Die vielen unterschiedlichen Bauarten waren jedoch einer effektiven Wartung und Instandhaltung eher hinderlich. Die Deutsche Reichsbahn-Gesellschaft definierte deshalb 1920 den ersten Einheitsstellwerks-Typ.

Die Entwicklung der Stellwerks-Technik

Die Entwicklung von Stellwerken hielt im Laufe der Jahre immer Schritt mit der allgemeinen technischen Entwicklung:

Mechanisches Stellwerk
Elektromechanisches Stellwerk
Drucktasten-Stellwerk
Elektronisches Stellwerk

Das mechanische Stellwerk

Beim mechanischen Stellwerk in den heute noch gebräuchlichen Bauformen erfolgt die Stellung der Weichen und Signale über Stellhebel und -teilweise kilometerlange- Drahtzüge. Schubstangen und Wellen haben sich zur Kraftübertragung in Deutschland nicht durchgesetzt.

Um eine Zugfahrt durchführen zu können, muss der Fahrdienstleiter zunächst die Weichen in die richtige Stellung bringen. Anschließend müssen die Weichen verriegelt werden (damit wird gewährleistet, dass die Weichen die korrekte Endlage erreicht haben und diese auch halten). Mit dem Fahrstraßenhebel wird dann die eingestellte Fahrstraße auf Korrektheit überprüft, denn man kann in einem Bahnhof im Normalfall nicht "einfach irgendwie" fahren, sondern für sämtliche erlaubten Zugbewegungen sind so genannte Fahrstraßen definiert, auf denen sich die Züge bewegen dürfen. Nachdem die Fahrstraße überprüft und nochmals verriegelt und gegenüber anderen Fahrstraßen gesichert worden ist, kann dann das Signal in Fahrtstellung gebracht werden. Solange das Signal in Fahrtstellung ist oder der Zug auf Fahrstraße unterwegs ist, kann die Fahrstraße nicht zurückgenommen werden und keine Weichen oder Gleissperren dieser Fahrstraße umgestellt werden. Diesen Zustand nennt man Signalabhängigkeit.

Das elektromechanische Stellwerk

Ab ca. 1900 begann man mit der Einführung elektrischer Antriebe für die Weichen und Signale. Die eigentlichen Schaltvorgänge werden beim elektromechanischen Stellwerk durch Relais übernommen. Da man der neuen elektrischen Technik jedoch noch nicht voll vertraute, wurde zumindest der Fahrstraßenverschluss bei dieser Stellwerksbauart weiterhin mechanisch überwacht. 1943 wurde in Deutschland der Typ E43 als Einheitsstellwerk standardisiert. Erstmals konnte auf die visuelle Überprüfung des Fahrwegs durch den Fahrdienstleiter weitgehend verzichtet werden, da man elektrische Gleisfreimeldeanlagen an das E43-Stellwerk anschließen konnte. Hierbei werden die beiden Schienen, durch die ein Prüfstrom fließt, durch die Achsen eines darüber fahrenden Zuges kurzgeschlossen, was durch ein Relais registriert werden kann.

Das (Spurplan)-Drucktasten-Stellwerk

Noch während des 2. Weltkriegs begann man in Deutschland mit der Entwicklung eines neuen Stellwerkstyps, bei dem die komplette Sicherungstechnik elektrisch ausgeführt werden sollte. Als weitere Neuerung sollte die Bedienung durch Drucktasten auf einem stilisierten Abbild der Gleisanlagen erfolgen, um dem Fahrdienstleiter einen besseren Überblick über den momentanen Zustand seiner Bahnanlagen zu geben. Daher werden diese Stellwerke häufig auch als Gleisbildstellwerke bezeichnet. Wärend der 1930er Jahre gab es erste Versuche mit sogenannten Patronenstellwerken. Diese stellten das Gleisbild in Form von Metallrohren auf einer Tischoberfläche war, die Weichen wurden als Hebel ausgeführt. Diese Art von Stellwerke hat es nur als reine Rangierstellwerke gegeben.

Nachdem die Weiterentwicklung dann durch den Zweiten Weltkrieg zum erliegen kam, konnte das erste einsatzbereite Drucktasten-Stellwerk 1948 an die Deutsche Bundesbahn in Düsseldorf-Derendorf übergeben werden. Diese frühe Bauform, genannt DrI, kannte jedoch nur eine Fahrstraßen-Gesamtauflösung und hatte, wegen des dafür notwenigen hohen Aufwandes, keine Rangierfahrstraßen. Betrieblich orientierte sich diese Stellwerksform an den elektromechanische Stellwerken. Zum Einsatz kam diese Bauform u.a. im Fahrdienstleiterstellwerk Hamburg-Altona (bis 1995) und die Fernsteuerstrecke Nürnberg/Regensburg.

In den folgenden Jahren setzten sich zwei Hersteller mit ihren Stellwerken bei der Beschaffung durch: Siemens (diese Bauform wurde als "Dr S" bezeichnet) und Lorenz/SEL ("Dr L"). Beide unterschieden sich im wesentlichen im Bedienkonzept, gemeinsam war ihnen, dass sie fahrstraßenbasiert arbeiteten, d.h. im Gegensatz zu (elektro)mechanischen Stellwerken musste der Fahrdienstleiter die Weichen nicht mehr einzeln zu einer Fahrstraße stellen und die Fahrstraße nachher prüfen, sondern er konnte nun einfach eine Start- und eine Zieltaste betätigen. Die Stellwerktechnik ließ die Weichen dann automatisch in die korrekte Position einlaufen (Weichenlaufkette), und stellte die Signale. Als weitere Neuerung beherrschte das Stellwerk die Fahrstraßen-Teilauflösung, wodurch besonders in Knotenpunkten ein gesteigerter Zug-Durchsatz erreicht werden konnte. Mit Drucktasten-Stellwerken ließen sich Stellbereiche von geradezu riesigen Ausmaßen realisieren, so wurden z.B. die Knoten München-Laim und Frankfurt Hbf von je einem einzigen Gleisbild-Stellwerk der Bauform DrS gesteuert.

Siemens entwickelte aus dem DrS 1952 das DrS2, optimiert für kleinere Bahnhöfe. Dieses Stellwerk kann bei Bedarf komplett von einem anderen DrS-Stellwerk aus ferngesteuert werden. Hierdurch entfiel die Notwendigkeit, auf kleinen Bahnhöfen einen Fahrdienstleiter vor Ort haben zu müssen. Das DrS2-Stellwerk kennt keine Weichenlaufkette und nur eine Fahrstraßen-Gesamtauflösung. Aus dieser Bauform wurde das DrS3/2-Stellwerk für mittelgroße Bahnhöfe entwickelt.

Die nächste Weiterentwicklung der Drucktasten-Stellwerke stellten ab 1956 mit der Bauform SpDrS57 die Spurplan-Stellwerke dar. Die Relais-Technik ist bei diesem Stellwerkstyp stärker modular aufgebaut und kann bei Umbauten leichter geändert und erweitert werden. SpDr-Stellwerke arbeiten nicht mehr strikt fahrstraßenbasiert, die Fahrstraßen-Einstellung erfolgt nun von Signal zu Signal - falls notwendig unter Ausnutzung sämtlicher Fahrmöglichkeiten, die die Gleisanlage bietet. Die Sicherung von Durchrutschwegen erfolgt weitgehend automatisiert. Ebenfalls neu waren die Betriebsmodi Selbststellbetrieb und Zuglenkung. Hierbei stellt das Stellwerk für sich nähernde Züge einen fest programmierten Fahrweg ein bzw. lenkt die Züge anhand ihrer Zugnummer automatisch in eine bestimmte Richtung.

Wärend anfangs die Firmen Siemens (SpDrS57, SpDrS59) und Lorenz/SEL (SpDrL20, SpDrL30) noch stark unterschiedliche Stellwerksformen bauten, hat man sich dann beim SpDr60 bei der Bedienungsweise stark angenähert so dass es hier sogar nur eine Bedienvorschrift gab. Siemens entwickelte diese Bauform noch zum SpDrS600 weiter.

Das elektronische Stellwerk (ESTW)

1986 nahm auch die Deutsche Bundesbahn ihr erstes elektronische Stellwerk (ESTW) in Murnau am Staffelsee in Betrieb, nachdem derartige Technik bereits seit einigen Jahren bei anderen kleineren Bahnen im In- und Ausland im Einsatz war. Der Grund für diese Verzögerung war, dass man der Rechner-Technik unter Sicherheits-Gesichtspunkten lange Zeit nicht vertraute. Bei mechanischen Stellwerken erfolgte die Sicherung durch handfeste Metallstangen, und auch bei einem Dr-Stellwerk ließ sich die korrekte Funktion durch Prüfschaltungen sicherstellen. Bei einem Computer sah man dagegen von dessen Funktion so gut wie nichts mehr und muss sich auf die korrekte Funktion der Software verlassen. Die Lösung der Sicherheitsproblematik war, dass man zum einen die verwendete Software algorithmisch verifizierte und zum anderen die Komponenten, die "signaltechnisch sicher" sein mussten, redundant ausführte - es rechnen immer zwei Rechner gleichzeitig, die auch zu gleichen Ergebnissen kommen müssen, sonst liegt eine Störung vor.

ESTW werden heute meist in so genannter Bereichsrechner-Technik ausgeführt. Die Rechner-Technik gliedert sich dabei in drei Bereiche:

Bedienraum mit der Schnittstelle zum Menschen (Monitore, Stelltablett/Maus etc.)
Rechnerraum im Keller des Stellwerks (ESTW-Z) mit dem EKIR (Eingabe-Kontroll- und Interpretationsrechner), BAR (Bedien- und Anzeigerechner) und BPR (Bedienplatzrechner)
- Der EKIR empfängt über den Bedienplatzrechner die Stellbefehle des Fahrdienstleiters, prüft sie auf Plausibilität und leitet sie dann an die zuständigen Bereichsstellrechner weiter. Außerdem hat er den Überblick über die stellbereichsspezifischen Daten (welche Stellteile sind wo vorhanden und hängen wie zusammen?), mit denen er die BSTR beim Hochfahren versorgt, und er verarbeitet Störmeldungen und gibt sie auf einem Drucker aus.
- Aufgabe des BAR ist hauptsächlich die Erzeugung der Lupenbilder, detaillierter Anzeigen über den Zustand der Außenanlagen. Da die Lupenbilder signaltechnisch sicher sein müssen, werden sie von zwei unabhängigen Grafikkarten erzeugt, zwischen deren Bildern die Sichtgeräte-Doppelsteuerung im Wechsel umschaltet. Sollte eine Grafikkarte ausfallen, so blinkt das Bild auf dem Monitor im Umschalttakt.
- Der BPR nimmt die Bedienereingaben entgegen und erzeugt auf mehreren Monitoren pro Bedienplatz u. a. Bereichsübersichten und Service-Informationen. Er ist nicht signaltechnisch sicher.
Bereichsrechnerräume (ESTW-A) mit Bereichsstellrechnern (BSTR) und/oder BAPR (Bedienanpassrechner zur Ansteuerung von verbliebenen Drucktasten-Stellwerken im Stellbereich) in kleinen Betonhäuschen vor Ort an der Strecke.
- Die BSTR führen in ihrem Bereich die eigentlichen Stellaufträge durch und überwachen und sichern die Fahrwege. Die Fahrwegsicherung ist auch sichergestellt, wenn die Verbindung zum Stellwerk unterbrochen sein sollte.

Mittlerweile stellt die DB Netz AG sukzessive praktisch das gesamte Bestandsnetz auf ESTW-Betrieb um. Die ESTW-Umrüstungen fassen mehrere Stellbereiche kleinerer Stellwerke zu Großbereichen zusammen und gehen mit erheblichem Aufwand einher. Es werden nämlich nicht nur mechanische Weichen auf elektrischen Betrieb umgebaut, die Stellbereiche vernetzt und deswegen kilometerweise Kabelkanäle verlegt; umgerüstet wird normalerweise auch die Gleisfreimeldung von Gleisstromkreisen auf Achszähler; gasbeheizte Weichen werden durch elektrisch beheizte ersetzt; Formsignale und alte Lichtsignale weichen Lichtsignalen des neuen Kombinationssignalsystems (Ks).

Leider wird bei den ESTW-Umstellungen in erheblichem Maße Schieneninfrastruktur abgebaut, um die Zahl der kostspieligen Weichen möglichst zu verringern. Dies bedeutet das Verschwinden vieler Kreuzungs- und Überholbahnhöfe und die Reduktion der Fahrmöglichkeiten in vielen kleineren Bahnhöfen bis hin zum Rückbau zum Haltepunkt. Nachdem ein ESTW in Betrieb ist, muss für jede signaltechnisch relevante Änderung die Stellsoftware neu verifiziert werden, was Kosten im fünf- bis sechsstelligen Bereich bedeutet.

Daher wird die ESTW-Strategie von DB Netz vielerorts heftig kritisiert, da sie den Neubau oder die Reaktivierung z.B. von Gleisanschlüssen prohibitiv verteure. Um ESTW-Bereiche herum tauchen übrigens vielerorts wieder Handweichen auf, da es einfacher ist, eine handgestellte Weiche mit den entsprechenden Abhängigkeiten zu versehen, als eine neue elektrische Weiche in den Stellcomputer zu integrieren.

Die Betriebszentrale

Die Betriebszentrale fasst mehrere ESTW an einem entfernten Bedienplatz über ein redundantes, eigenständiges Netzwerk zusammen. In ihr befindet sich das Bedienpersonal der einzelnen Abschnitte sowie die Disponenten und die Verwaltung. Sie wurde geschaffen um die Kommunikation zwischen den Stellwerken und dem Fahrbetrieb zu optimieren.