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Linienförmige Zugbeeinflussung

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Die Linienzugbeeinflussung (auch Linienförmige Zugbeeinflussung, Abk.: LZB) ist ein Zugsicherungssystem der Eisenbahn, bei dem die Fahrzeuge kontinuierlich mittels eines zwischen den Schienen verlegten Kabelpaars (dem so genannten Linienleiter) und darauf zum und vom Fahrzeug übertragenen Daten überwacht werden. Sie wird vorrangig auf Schnellfahrstrecken ab Geschwindigkeiten von über 160 km/h eingesetzt, weil bei dieser Geschwindigkeit die Lokführer die Signale an der Strecke nicht mehr sicher aufnehmen können. Ferner kann die LZB die Leistungsfähigkeit von Strecken durch dichtere Zugfolgen erhöhen. LZB-Technik in deutscher Bauart mit Kabellinienleiter wird in Deutschland, Spanien und Österreich eingesetzt. In anderen Ländern, z. B. in der ehemaligen Tschechoslowakei und UdSSR verwendete man für die Übertragung codierte Gleisstromkreise (»Schienenlinienleiter«) mit umschaltbarer Speisefrequenz und -richtung. Auch bei der Deutschen Reichsbahn in der DDR war dieser Übertragungsweg vorgesehen, zum Einsatz gelangte die linienförmige Zugbeeinflussung jedoch nicht mehr. Schaltungsmäßig war sie jedoch beim automatischen Streckenblock vorbereitet.

Linienleiter auf Fester Fahrbahn
Modulare Führerraumanzeige (MFA) des ICE 2 im LZB-Betrieb. Ist-, Soll- und Zielgeschwindigkeit liegen bei 250 km/h, die Zielentfernung bei 9800 Metern.
Datei:Linenzugbeeinflussung old display.jpg
Alte LZB-Führerstandsanzeige (Baureihe 103)

Einführung

Bei der punktförmigen Zugbeeinflussung wird die Einhaltung von Signalbegriffen punktförmig überwacht. Der Triebfahrzeugführer muss hier, bei maximaler Geschwindigkeit und minimaler Sicht, zwischen Vorsignal und Signal anhalten können. Für Personenzüge auf Strecken mit einem Regelbremsweg von 1.000 m ist dieses bei Geschwindigkeiten über 160 km/h nicht mehr gegeben. In Deutschland ist deshalb der Einbau einer kontinuierlichen Zugbeeinflussung (LZB oder ETCS) auf Strecken mit einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit von über 160 km/h vorgeschrieben (§§ 15 (3), 40 (2) Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung).

Bei der LZB übernimmt eine Streckenzentrale (Zentralrechner) die Überwachung der Zugfahrt. Die Streckenzentrale steht über einen im Gleis verlegten Linienleiter immer mit den Fahrzeugen in Verbindung. Über diese Verbindung melden die Fahrzeuge ihre Position und Geschwindigkeit an die Streckenzentrale. Diese berechnet für jeden Zug individuelle Fahrbefehle und sendet diese an die Fahrzeuge. Im Fahrzeug wird die Einhaltung der Fahrbefehle überwacht (genauer siehe Funktionsweise).

Die LZB zeigt dem Triebfahrzeugführer die Stellung der nächsten Signale bzw. den nächsten Geschwindigkeitswechsel über mehrere Kilometer voraus an. Diesen Vorgang nennt man „Fahren auf elektronische Sicht“. In den 1970er Jahren lag diese bei bis zu fünf Kilometern. Vor Inbetriebnahme der ersten Neubaustrecken (bis 280 km/h und 12,5 Promille Gefälle) war in den 1980er Jahren eine Weiterentwicklung zur mikroprozessorgestützen LZB 80 erforderlich. Die elektronische Sicht wurde dabei auf 10 km erhöht.[1] Im Netz der Deutschen Bahn liegt sie heute, bei einer eingestellten Fahrzeughöchstgeschwindigkeit von 200 km/h, typischerweise bei 7 km, bei Tempo 230 bis 280 bei 10 km sowie 13 km bei 300 km/h.

In Verbindung mit der Automatischen Fahr-Bremssteuerung (AFB) ist auf diese Weise eine vollautomatische Steuerung des Zuges möglich. Die Rolle des Triebfahrzeugführers beschränkt sich dann im Wesentlichen auf die eines Beobachters. Jedoch sind Eingriffe des Triebfahrzeugführers jederzeit möglich und haben Vorrang vor der AFB.

Entwicklung der Linienzugbeeinflussung

Die Linienzugbeeinflussung wurde in den 1960er Jahren entwickelt, um die Geschwindigkeit von Reisezügen auf 200 km/h anheben zu können. Dabei stand ursprünglich die frühzeitige Ankündigung der Stellung der folgenden Signale im Vordergrund.[2]

Neben der Einführung einer Signalisierung auf den Anzeigen im Führerstand (Führerstandsignalisierung) wurde auch die Erweiterung des Lichtsignal-Systems um ein zusätzliches Signal geprüft, um mehrere Abschnitte vorsignalisieren zu können. Diese Idee wurde eingehend untersucht und letztlich verworfen.[2]

Neben der Führerraum-Signalisierung ergab sich die Notwendigkeit einer effektiven Zugsicherung der Schnellfahrten. Davon ausgehend wurde die Führerraum-Signalisierung um ein Zugsicherungssystem ergänzt, das Fahrzeuge nicht nur an den Signalen punktförmig, sondern permanent (linienförmig) überwachte. Durch die stetig an den Zug übermittelten Parameter wurde eine laufende Überwachung der Fahrzeuge möglich.[2]

Bis in die 1980er Jahre hinein bildete die LZB nur die bestehende Infrastruktur (ortsfeste Signale) ab. Die dahinter stehende Infrastruktur (z. B. Stellwerke, Streckenblock) wurde unverändert beibehalten. Abgesehen von den mit LZB möglichen Schnellfahrten wurden Fahrzeuge ohne LZB-Ausrüstung blocktechnisch gleich behandelt: Beide befuhren Blockabschnitte gleicher Größe, die jeweils von ortsfesten Licht- bzw. Form-Signalen gedeckt wurden. Die ortsfesten Signale haben dabei Vorrang vor den Anzeigen der LZB. In der damaligen Fahrdienstvorschrift war das Verfahren als Betriebsverfahren LZB mit Signalvorrang definiert.[2]

Dunkel geschaltetes Ks-Signal im Bahnhof Allersberg. Durch die LZB wird ein Abschnitt freigegeben, der kürzer ist als bis zum nächsten Licht-Hauptsignal (hier: etwa 15 km entfernt)

Die 1991 vollständig in Betrieb genommenen Neubaustrecken Hannover–Würzburg und Mannheim–Stuttgart wiesen erstmals eine unterschiedliche Blockteilung auf: Ortsfeste Lichtsignale deckten hier nur noch Gefahrenpunkte (insbesondere Bahnhöfe und Überleitstellen), während auf der dazwischen liegenden Freien Strecke (auf einer Länge von bis zu etwa 7 km) keine Blocksignale installiert wurden. Während "nicht LZB-geführte Züge" nur mit einem Fahrt zeigenden (grünen) Lichtsignal in den folgenden Blockabschnitt einfahren konnten (so genannter Ganzblockmodus), war die freie Strecke in LZB-Blockabschnitte von etwa 2500 Metern Länge unterteilt (so genannter Teilblockmodus). Fährt ein LZB-geführter Zug dabei in einen freien LZB-Blockabschnitt (Teilblock) ein, dessen zugehöriger H/V-Blockabschnitt (Ganzblock) noch nicht frei ist, wird das deckende Lichtsignal dunkelgeschaltet. (Das Lichtsignal müsste, für den Triebfahrzeugführer irritierend, Halt (rot) zeigen, da der zu deckende Ganzblock noch nicht vollständig frei ist). Erstmals kam dieses neue Betriebsverfahren – in der Fahrdienstvorschrift als LZB-Führung bezeichnet –, ab Mai 1988 mit Eröffnung des Teilabschnittes Fulda–Würzburg zum Einsatz. In den folgenden Jahren wurden auch die alten LZB-Strecken (LZB 100, so genannte Steuerstellentechnik ohne Rechner) auf rechnergestützte Zwei-von-drei-Rechner-Systeme der Bauart LZB 80 für das neue Verfahren umgerüstet.[2] Die Funktionsfähigkeit der Punktförmigen Zugbeeinflussung („Magneten“ zur Zwangsbremsung bei nicht beachteten Signalen) bleibt bei dunkelgeschalteten Signalen erhalten, wird jedoch von der LZB-Fahrzeugeinrichtung aufgehoben.[3]

Alle weiteren deutschen Neubaustrecken wurden in gleicher Weise ausgerüstet; zusätzliche Blockstellen mit Lichtsignalen wurden nur noch in Einzelfällen eingerichtet (Fahren auf elektronische Sicht mit wenigen Signalen). Weitere Entwicklungsstufen mit vollständigem Verzicht auf ortsfeste Signale (Fahren auf elektronische Sicht ohne Signale) sowie das Fahren auf elektronische Sicht im absoluten Bremswegabstand wurden nicht umgesetzt.[2]

Zum Fahrplanwechsel am 23. Mai 1993 verkehrten im Österreich erstmals (EuroCity-)Züge mit einer Geschwindigkeit von 200 km/h, auf einem 25 km langen Abschnitt der Westbahn zwischen Linz und bei Wels, der mit LZB ausgerüstet worden war.[4]

Nachfolgetechnologie der LZB wird ETCS sein. Nach Ablauf der technischen Lebensdauer wird die LZB streckenweise ersetzt und abgebaut werden.

Überlegungen zur Funk-Zugbeeinflussung

Bereits Ende der 1970er Jahre wurde im Rahmen eines vom Bundesministerium für Forschung und Technologie geförderten Projektes die Möglichkeit untersucht, die Informationen der LZB per Funk zu übertragen (u. a. im Bereich von 40 GHz). Die Untersuchungen waren zu dem Ergebnis gekommen, dass eine Umsetzung zu damaliger Zeit nicht wirtschaftlich war. Darüber hinaus blieb offen, wie die durch die Leiterschleifen ermöglichte Ortung bei einem Funksystem umgesetzt werden würde. Untersucht wurden verschiedene Möglichkeiten, beispielsweise eine Messung der Laufzeit der Funksignale, Satellitennavigation oder Datenpunkte im Gleis. Anfang der 1990er Jahre folgte eine zweijährige, durch das Forschungsministerium und den Senat von Berlin finanzierte Studie[2], in der die Mobilfunktechnik GSM als Basis für die Entwicklung eines Funksystems für die Bahn ausgewählt wurde.

Heute ist das europaweit einheitliche Zugsicherungssystem ETCS von der EU zur Einführung vorgeschrieben.

Inbetriebnahmen

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Entwicklungsschritte der LZB:

Daten Beschreibung Steuerung / Länge
1963 Testfahrten auf der Strecke Forchheim–Bamberg
1965 200 km/h-Präsentationsfahrten auf der Strecke München–Augsburg[1] mit der Baureihe 103.0
1965–1974 Entwicklung und Sicherheitsnachweis
1974–1976 Betriebserprobung auf der Strecke Bremen–Hamburg 3 Zentralen / 90 km
1976 Ausbau der Strecke Hamm–Gütersloh
1978–1980 S-Bahn Pilotprojekt in Madrid (RENFE) 1 Zentrale / 28 km
1980–1985 Serienausrüstung bei der Deutschen Bundesbahn 7 Zentralen / 309 km
1987 Betriebsbeginn auf den Neubaustrecken Fulda–Würzburg und Mannheim–Hockenheim 4 Zentralen / 125 km
1987 Beschluss der Österreichischen Bundesbahnen zur Einführung von LZB
1988–1990 Weitere Ausbaustrecken bei der DB 2 Zentralen / 190 km
1991 Inbetriebnahme Neubaustrecken Hannover–Fulda und Mannheim–Stuttgart und weiterer Ausbaustrecken 10 Zentralen / 488 km
1992 Neubaustrecke Madrid–Córdoba–Sevilla (RENFE) zur Weltausstellung in Sevilla 8 Zentralen / 480 km
1992 Erster Abschnitt der Strecke Wien–Salzburg bei der ÖBB 1 Zentrale / 30 km
1995 Inbetriebnahme S-Bahn-Linie Cercanias C5 Madrid 2 Zentralen / 45 km
1998 Inbetriebnahme Neubaustrecke Hannover–Wolfsburg–Berlin und Ausbaustrecke Würzburg–Nürnberg mit ESTW-Koppelung 6 Zentralen
1999 Inbetriebnahme CIR-ELKE-Pilotstrecke Offenburg–Basel mit CE1-Systemsoftware 4 Zentralen
2001 Inbetriebnahme CIR-ELKE-Pilotstrecke Achern 1 Zentrale
2002 Inbetriebnahme Schnellfahrstrecke Köln–Rhein/Main mit CE2-Systemsoftware 4 Zentralen
2003 Inbetriebnahme Ausbaustrecke Köln–Düren(–Aachen) (CE2-Software auf ABS) 1 Zentrale
2004 Inbetriebnahme Ausbaustrecke Hamburg–Berlin (CE2-Software auf ABS) 5 Zentralen
2004 Inbetriebnahme S-Bahn München (CE2-Software mit verkürzten Blockabständen) 1 Zentrale
2006 Inbetriebnahme Ausbaustrecke Berlin–Halle–Leipzig (CE2-Software in ETCS-Doppelausrüstung) 4 Zentralen
2006 Inbetriebnahme Schnellfahrstrecke Nürnberg–Ingolstadt (CE2-Systemsoftware mit Weichenausdehnung) 2 Zentralen

Komponenten und Aufbau

Für einen LZB-Betrieb muss sowohl die Strecke als auch das Triebfahrzeug oder auch der Steuerwagen für LZB ausgerüstet sein. Dazu werden die im Folgenden beschriebenen Komponenten benötigt.

Streckeneinrichtungen

Linienleiter im Gleis

Linienleiterverlegung

Für die Übertragung zwischen Fahrzeug und Streckenzentrale verwendet die LZB einen im Gleis verlegten Linienleiter. Der Bereich, in dem dieselbe Information übertragen wird, heißt Schleifenbereich.

Der Linienleiter wird in Schleifen verlegt. Dabei wird ein Kabel in Gleismitte, das andere im Schienenfuß verlegt. Nach 100 Metern werden die Kabel getauscht (gekreuzt), an dieser Stelle ändert sich die Phasenlage des Signals um 180°. Dies eliminiert elektrische Störungen und wird vom Fahrzeug zur Ortung genutzt. Das Fahrzeuggerät erkennt den Phasensprung. Dieser Ort wird auch als Kreuzungstelle oder 100-m-Punkt bezeichnet. Maximal können 126 Kreuzungstellen pro Schleifenbereich gelegt werden, wodurch sich dieser in maximal 127 Fahrorte teilt und sich somit eine maximale Länge von 12,7 km pro Schleifenbereich ergibt.

Linienleiterverlegung in Kurzschleifen
Kurzschleifentechnik

Bei der Kurzschleifentechnik werden die Schleifenbereiche in einzelnen Schleifen von maximal 300 Meter Länge verlegt. Die Speisung der Kurzschleifen erfolgt parallel, so dass in einem Schleifenbereich in allen Kurzschleifen die gleiche Information übertragen wird. Die Verbindung zwischen Fernspeisegerät und Streckenzentrale wird ebenfalls mittels eines 4-Draht-Kabels hergestellt, an dem alle Speisegeräte eines Schleifenbereichs angeschlossen werden. Vorteil der Kurzschleifentechnik ist die höhere Ausfallsicherheit, bei einer Unterbrechung des Linienleiters fällt maximal ein 300 Meter langes Teilstück aus. Diese Unterbrechung kann vom Fahrzeug überbrückt werden.

Langschleifentechnik

Der Schleifenbereich besteht aus einer einzigen Schleife, die von einem Fernspeisegerät gespeist wird. Dieses ist ungefähr in der Schleifenmitte positioniert. Die Verbindung zur Streckenzentrale wird mit einem 4-Draht-Kabel hergestellt. Nachteil dieser Verlegeart ist, dass bei einem Ausfall des Fernspeisegerätes oder der Unterbrechung des Linienleiters der ganze Schleifenbereich ausfällt. Aus diesem Grunde wird diese Verlegeart nicht mehr installiert.

Topologie

Topologie einer LZB-Zentrale

Für die Ausrüstung einer Strecke mit LZB stehen pro Streckenzentrale 16 Schleifenbereiche zur Verfügung. Diese können je nach Streckengegebenheiten parallel und/oder hintereinander angeordnet werden. Für mit LZB ausgerüstete Überholungen werden eigene Schleifenbereiche benötigt (siehe Bild). Bei Bedarf werden weitere Streckenzentralen eingesetzt. Benachbarte Streckenzentralen heißen Nachbarzentralen. Den Wechsel zeigt der Bereichkennungswechsel (BKW).

Rein theoretisch können mit einer Streckenzentrale 101,6 km zweigleisige Strecke (ohne Überholungen) ausgerüstet werden.

Streckengeräte

Streckenseitig werden im Wesentlichen folgende Einrichtungen benötigt:

Linienleiterkabel
  • LZB-Streckenzentrale: Der Kern der LZB-Streckenzentrale besteht aus einem 2-aus-3-Rechnersystem, welches die Fahrbefehle für die Fahrzeuge berechnet. Über spezielle Modemverbindungen wird die Verbindung zwischen Fernspeisegeräten, Nachbarzentralen und Stellwerken unterhalten. Die Übertragung der Information erfolgt auf dem Informationskabel, in dem je Übertragungskanal (Schleifen, Nachbarzentralen, Stellwerke) ein Kabelvierer (je zwei Adern für Richtung Zentrale–Geräte bzw. Geräte–Zentrale) vorhanden ist. Die Verbindung zu Elektronischen Stellwerken (ESTW) erfolgt über eine LAN-Koppelung.
  • Fernspeisegeräte (bei Kurzschleifentechnik: Kurzschleifenfernspeisegeräte KFS): Das Fernspeisegerät speist die von der LZB-Zentrale kommenden Informationen des Informationskabels in den Linienleiter ein. Vom Fahrzeug gesendete Antworttelegramme werden verstärkt und über das Informationskabel an die LZB-Zentrale gesendet. In einem Schleifenbereich, bei Kurzschleifentechnik in allen Kurzschleifen, wird von der LZB-Zentrale die gleiche Information eingespeist.
  • Voreinstellungsgeräte oder Anfangsgeräte (VE-Geräte, A-Geräte): Geräte für die Erzeugung von Voreinstelltelegrammen in den Voreinstellschleifen.
  • Potentialtrennschränke: Durch Fahrleitungseinflüsse kommt es im Informationskabel zu Fremdspannungen. Durch eine galvanische Trennung in den Potentialtrennschränken wird die Einhaltung der maximalen Fremdspannungswerte innerhalb des Informationskabels erreicht.
  • Verstärkerschränke: Wegen der teils großen Entfernung zwischen Streckenzentrale und Fernspeisegeräten ist eine Verstärkung der Signale erforderlich. Hierzu werden Verstärkerschränke verwendet.
  • Linienleiterschleifen im Gleis: Die Linienleiterschleifen werden mit einem stabilen, einadrigen Kabel verlegt, das den Witterungseinflüssen widersteht und welches die notwendigen Antenneneigenschaften besitzt (siehe Bild).
Ein LZB-Bereichskennzeichen
  • Zusätzliche LZB-Signalisierung (v. a. LZB-Blockkennzeichen, Bereichskennzeichen): LZB-Blockkennzeichen werden an den Stellen montiert, an denen ein LZB-Block endet und „die nicht durch den Standort eines Hauptsignals gekennzeichnet sind“; sie markieren die Stelle, an der ein LZB-geführter Zug bei einer Betriebsbremsung zum Stehen kommen muss, wenn die Einfahrt in den folgenden Block noch nicht gestattet ist. Bereichskennzeichen signalisieren den Übergang in den nächsten Schleifenbereich.[5]

Fahrzeugausrüstung

Die fahrzeugseitige Ausrüstung für den LZB-Betrieb besteht in Deutschland aus folgenden Komponenten:

  • LZB-Fahrzeugrechner: Abhängig vom Hersteller gibt es zwei Konzepte:
    • Die aus drei parallel arbeitenden Rechnern bestehende Rechnereinheit bildet durch einen programmgesteuerten Datenvergleich ein sicherungstechnisches Schaltwerk.
    • Es läuft eine diversitäre Software auf einem sicheren Rechner.
  • Stromversorgung: Die Stromversorgung ist redundant aufgebaut und wird vom Fahrzeugrechner überwacht.
Eine LZB-Antenne an einem Fahrzeug der BR 189
  • Sende-/Empfangsantennen: Die Antennen des Fahrzeuges sind ebenfalls redundant ausgelegt, es gibt je zwei Sende- und zwei bzw. vier Empfangsantennen (zwei Paar). Die Anzahl der Empfangsantennen ist fahrzeugspezifisch und wird vom Hersteller festgelegt.
  • Wegsensorik: Für die Weg- und Geschwindigkeitsmessung werden zwei Rad-Sensoren (Wegimpulsgeber) und ein Beschleunigungsmesser oder ein Radar verwendet (Verschiedene Herstellerkonzepte).
  • Zwangsbremseingriff: Beim Zwangsbremseingriff erfolgt eine Sicherheitsreaktion auf die Hauptluftleitung, diese wird entlüftet. Der Zwangsbremseingriff erfolgt auf die Hauptluftleitung entweder über eine so genannte Bremswirkgruppe oder über eine Sicherheitsschleife.
  • Zugdateneinsteller: Am Zugdateneinsteller werden alle relevanten Daten des Zuges eingegeben, wie z. B. Zuglänge, Bremsart, Bremshundertstel und maximale erlaubte Geschwindigkeit des Zuges. Bei modernen Fahrzeugen (wie z. B. bei der BR185 erfolgt die Zugdateneingabe über das DMI (Driver Machine Interface).
  • Modulare Führerstandsanzeige (MFA): Die modulare Führerstandsanzeige gibt dem Triebfahrzeugführer einen vollständigen Überblick über die vorausliegende Strecke. Die drei wesentlichen Führungsgrößen sind Ist- und die (erlaubte) Sollgeschwindigkeit in Verbindung mit einer Zielgeschwindigkeit, die in einer Zielentfernung höchstens gefahren werden darf. Diese Werte sind im MFA analog und, bei neueren Baureihen, digital mittels Display angezeigt. Über Leuchtmelder im MFA werden dem Triebfahrzeugführer Status- oder Störmeldungen und weitere wichtige Informationen angezeigt, z. B. bei LZB-Übertragungsausfälle, LZB-Nothaltauftrag.
    Bei modernen Fahrzeugen (z. B. Baureihe 185) ist das MFA durch ein DMI (Driver Machine Interface) ersetzt worden. Das DMI bietet eine größere Flexibilität hinsichtlich der Gestaltung.

Überblick über die Signalisierung

Datei:Ce2-nbs.jpg
Modulare Führerraumanzeige (MFA) im Führerstand des ICE 3 im LZB-Betrieb. Der Tachometer zeigt Tempo 300. In 20.200 m liegt ein Halt.

Neben den Führungsgrößen Ist-/Soll- und Zielgeschwindigkeit sowie Zielentfernung können per LZB auch weitere Signalbegriffe übertragen werden:

  • LZB-Endeverfahren: Frühestens 1700 m vor Ende der LZB muss der Triebfahrzeugführer das vorausliegende Ende der Linienzugbeeinflussung quittieren und bestätigen, dass er ab sofort wieder auf die ortsfesten Signale und die Geschwindigkeiten des Buchfahrplans achtet. Ein gelber Leuchtmelder Ende signalisiert das Ende der LZB-Führung nach Ablauf der Zielentfernung.[2]
  • LZB-Ersatzauftrag (Signal Zs 1): Bei Signalstörungen kann der Fahrdienstleiter ein Ersatzsignal zur Weiterfahrt an einem Halt zeigenden Signal (LZB-Halt) geben. Im Führerstand leuchtet der Leuchtmelder E/40, Soll- und Zielgeschwindigkeit werden auf 40 km/h beschränkt, die Zielentfernung entspricht der Gültigkeit des Ersatzauftrages.[2]
  • Vorsichtsauftrag (Signal Zs 7): Der Fahrdienstleiter kann ein Fahren auf Sicht auch per LZB anordnen. Im Führerraum blinkt dann der Leuchtmelder V/40, der nach Quittierung durch den Lokführer in ein Ruhelicht übergeht. Soll- und Zielgeschwindigkeit werden ebenfalls auf höchstens 40 km/h beschränkt, die Zielentfernung ist gleich des Abschnittes, in dem auf Sicht zu fahren ist.[2]
  • Für die 2002 eröffnete Neubaustrecke Köln–Rhein/Main wurde eine selektive Herabsetzung der Höchstgeschwindigkeit seitenwindempfindlicher Fahrzeuge eingeführt.[6] Nachdem sich die eingesetzten ICE 3 im Regelbetrieb als weniger seitenwindempfindlich als angenommen erwiesen, wird diese Funktionalität im Regelbetrieb nicht mehr genutzt.
  • Zur Inbetriebnahme der ersten Neubaustrecken-Abschnitte standen noch nicht genügend druckertüchtigte Fahrzeuge zur Verfügung. Fahrzeuge ohne Druckschutz wurden dabei von der LZB durch eine Einstellung am Zugdatensteller erkannt, die Höchstgeschwindigkeit des Zuges in der Folge auf 180 km/h beschränkt.[2] Diese Option ist heute nicht mehr relevant.

Zusätzliche Funktionen

Über die LZB können auch automatisch die Heraufsetzung der Oberstrombegrenzung (maximal zugelassene Stromaufnahme) des Zuges sowie die Freigabe der Wirbelstrombremse auf Neubaustrecken Köln–Rhein/Main[6] und Nürnberg–Ingolstadt für Betriebsbremsungen angezeigt werden. Auf den Ausbaustrecken Berlin-Anhaltische Eisenbahn und Berlin–Hamburg[7] wird das Auslegen des Hauptschalters an Schutzstrecken ebenfalls über die LZB angesteuert (Signale El 1 bzw. El 2).

Nicht dargestellte Signalinformationen

Weitere Überlegungen zur Erweiterung der LZB-Funktionalität wurden nicht umgesetzt:

  • Überlegt wurde, beim Ziehen der Notbremse in einem Abschnitt mit Notbremsüberbrückung per LZB automatisch eine 60-km/h-Langsamfahrstelle am Ende dieses Abschnitts einzurichten.[2] Diese Option war Ende der 1980er Jahre zum Einsatz auf den vor Eröffnung stehenden Neubaustrecken geplant, wurde aber nicht umgesetzt.
  • Eine Option sah vor, die Höchstgeschwindigkeit, mit der sich Güter- und Personenzüge in Tunneln begegnen dürfen, zu beschränken. Dabei wäre eine bewegliche Langsamfahrstelle von definierter Länge für die Güterzüge eingerichtet worden.[2] Da Zugbegegnungen von Güter- und Personenzügen in den Tunneln der Schnellfahrstrecken fahrplanmäßig ausgeschlossen werden, fand diese Option keine Umsetzung.
  • Überlegt wurde auch, bei dichter Streckenbelegung dispositiv niedrigere Geschwindigkeiten an die Fahrzeuge zu signalisieren, um einen flüssigeren, energiesparenden Betrieb zu unterstützen.[2]

Funktionsweise

Ortung

Kreuzung zwischen den beiden Linienleitern

Wie schon oben beschrieben werden die Linienleiter nach 100 ± 5 Metern gekreuzt, d. h. der in der Mitte verlegte Linienleiter wird mit dem am Schienenfuß verlegten Linienleiter vertauscht. Zwei Kreuzungsstellen begrenzen in der LZB einen Fahrort, im Folgenden Grobort genannt. Groborte werden in Zählrichtung von 1 beginnend aufwärts gezählt, gegen Zählrichtung von −1 (255) abwärts. Je Schleifenbereich sind maximal 127 Groborte möglich, welche in Zählrichtung dann die Nummern 1 bis 127, gegen Zählrichtung die Nummern −1 (255) bis −127 (129) haben.

Das Fahrzeuggerät unterteilt über die Wegsensorik die Groborte nochmals in 8 Feinorte (0 bis 7) mit einer Länge von 12,5 Metern. Um Toleranzen in der Wegsensorik und bei der Linienleiterverlegung auszugleichen, nutzt das Fahrzeuggerät die Phasensprünge der Kreuzungsstellen für die Fahrortzählung. Mit Erkennen der Kreuzungsstelle wird der Feinortzähler auf 0 gesetzt und der Grobortzähler entsprechend der Fahrrichtung weitergezählt. Der in Zählrichung letzte Feinort wird entsprechend verlängert oder verkürzt.

Aufnahme in die LZB

Voraussetzung für die Aufnahme in die LZB ist eine funktionsbereite LZB-Ausrüstung des Fahrzeugs. Ferner müssen gültige Zugdaten (Bremsart, Bremsvermögen, Zuglänge, Zughöchstgeschwindigkeit) am Zugdateneinsteller eingegeben worden sein.

Fährt ein entsprechender Zug in einen mit Linienleiter ausgerüsteten Bereich, wird er nur dann in die LZB-Führung aufgenommen, wenn der Fahrzeugrechner einen Wechsel der Bereichskennung (BKW) erkennt. An definierten Einfahrstellen wird der Wechsel der Bereichskennung durch Voreinstellschleifen vorbereitet. In den Voreinstellschleifen werden fest parametrierte Voreinstelltelegramme übertragen, die die notwendigen Informationen (Fahrortnummer, Fahrtrichtung, Übergang zum Linienleiter am 50- oder 100-m-Punkt) des Einfahrortes übermitteln. Mit dem Erreichen des eigentlichen LZB-Bereichs empfängt das Fahrzeug die Aufruftelegramme der Zentrale für den Einfahrort und antwortet mit dem angeforderten Rückmeldetelegramm. Daraufhin beginnt die Zentrale, Kommandotelegramme an das Fahrzeug zu senden. Je nach örtlichen Verhältnissen wird die Anzeige im MFA mit dem Passieren des nächsten Signales oder des BKWs am Zugschluss hell geschaltet.

Fährt ein Fahrzeug ohne eine Voreinstellschleife zu passieren in einen LZB-Bereich, so erfolgt die Aufnahme in die LZB erst hinter dem nächsten Bereichskennzeichenwechsel (BKW mit Grundstellung). Das Fahrzeuggerät empfängt die Aufruftelegramme der Zentrale, beantwortet diese jedoch nicht. Mit Überfahren des BKWs empfängt das Fahrzeuggerät Aufruftelegramme mit geänderter Bereichskennung. Darauf wird im Fahrzeuggerät der Fahrortzähler zurückgesetzt (auf 1 bei Fahrt in Zählrichtung / −1 bei Fahrt gegen Zählrichung) und die ortfesten Aufruftelegramme des am BKW befindlichen Einfahrortes werden beantwortet. Die Aufnahme in die LZB erfolgt dann wie oben beschrieben.

Betrieb

Im Betrieb sendet die Zentrale Aufruftelegramme mit den Führungsgrößen (Bereichskennung, Fahrortnummer, Fahrtrichtung, Bremskurve und den Zielinformationen) an das Fahrzeug. Das Fahrzeug übermittelt im Antworttelegramm seine Zugdaten (Fahrortquittung, Bremscharakter, Feinort und Geschwindigkeit). Aus den gemeldeten Fahrzeugdaten, den vom Stellwerk übermittelten Streckenzustand (Weichen-/Signalstellungen) und den in der Zentrale hinterlegten Streckenprofilen ermittelt die Zentrale die Fahrkommandos und übermittelt diese mit dem nächsten Aufruftelegramm an das Fahrzeug. Hier werden diese im Führerstand signalisiert. Jeder Zug wird, abhängig von der Anzahl der LZB-geführten Züge, zwei- bis fünfmal pro Sekunde aufgerufen.

Erkennt das Fahrzeuggerät eine oder zwei Kreuzungsstellen nicht, wird über die Wegsensorik am 100-m-Punkt eine Kreuzungsstelle simuliert. Wird die darauffolgende Kreuzungsstelle erkannt, kann unter LZB-Führung weitergefahren werden. Werden drei hintereinanderliegende Kreuzungsstellen nicht erkannt, fällt das Fahrzeug aus der LZB-Führung.

Ermittlung der Soll-Geschwindigkeit

Darstellung der Soll- und Überwachungsgeschwindigkeit

Die wesentliche Aufgabe der LZB ist die Vorgabe und Überwachung der zulässigen Geschwindigkeit. Dazu übermittelt die Streckenzentrale eine Führungsgröße XG und die zugrundeliegende Bremsparabel an das Fahrzeug. Die Führungsgröße kennzeichnet den Bremsweg bis zu einem Haltpunkt. Im Falle eines Geschwindigkeitswechsels kann dieser Haltpunkt auch fiktiv sein. Aus der Führungsgröße (XG) und der Bremsverzögerung (b) kann das Fahrzeug unter Berücksichtigung des zurückgelegten Weges kontinuierlich die Sollgeschwindigkeit (in m/s) berechnen:

Im Diagramm ist der Wechsel der zulässigen Höchstgeschwindigkeit (hier von 300 km/h auf 200 km/h) und das Bremsen bis zum Halt dargestellt. Die Bremsparabel wird jeweils so gelegt, dass sie durch den einschränkenden Punkt des Geschwindigkeitsprofils verläuft und am Haltpunkt endet.

Telegrammtypen

Aufruftelegramm

Das Aufruftelegramm wird mit einer Übertragungsrate von 1.200 Baud von der Zentrale zum Fahrzeug gesendet und hat eine Länge von 83,5 Bit, wobei in den Kopfdaten zur Synchronisation ein Bit mit einer Länge von 1,5 Bit übertragen wird. In den Nutzdaten sind folgende Informationen enthalten:

  • Adresse (Bereichskennung und Fahrortnummer)
  • Sicherheitsinformationen (Fahrtrichtung, Bremskurvenform und -nummer)
  • Bremsinformationen
  • Zielinformation (Entfernung und Zielgeschwindigkeit)
  • Anzeigeinformationen (Signal- und Zusatzinformation)
  • Hilfsinformationen (Typ des angeforderten Rückmeldetelegramms, Teil-/Ganzblock)
  • Zyklische Redundanzprüfung (ZRP, engl. CRC) (Prüfsumme)

Rückmeldetelegramme

Rückmeldetelegramme werden vom Fahrzeug zur Zentrale mit einer Übertragungsrate von 600 Baud gesendet. Die Telegramme haben eine Länge von 41 Bit. Im Folgenden werden die Nutzinhalte aufgeführt:

Telegrammtyp 1
Telegrammtyp 2
  • Telegrammtyp
  • Fahrortquittung
  • Bremscharakter (Bremsart und Bremsvermögen)
  • Feinort
  • Maximale Geschwindigkeit des Zuges
  • Zuglänge
  • Zyklische Redundanzprüfung
Telegrammtyp 3
  • Telegrammtyp
  • Kennzeichen der Bahnverwaltung
  • Zugnummer
  • Zyklische Redundanzprüfung
Telegrammtyp 4
  • Telegrammtyp
  • Baureihe
  • Seriennummer
  • Zuglänge
  • Zyklische Redundanzprüfung

Telegrammübertragung

Die Übertragung der Telegramme von der Zentrale Richtung Fahrzeug erfolgt mittels Frequenzmodulation auf einer Übertragungsfrequenz von 36 kHz und einem Frequenzhub von ± 0,4 kHz. Die Übertragungsgeschwindigkeit beträgt dabei 1200 Baud. Bei der umgekehrten Übertragungsrichtung ist die Übertragungsfrequenz 56 kHz ± 0,2 kHz. Der geringere Frequenzhub resultiert aus der geringeren Übertragungsgeschwindigkeit von 600 Baud.

Strecken

Erläuterung: kursiv = Standort einer LZB-Zentrale; in Klammern: Streckenkilometer-Angaben

DB

Gegenwärtig sind folgende Strecken der Deutschen Bahn mit LZB ausgerüstet und damit für einen Betrieb mit mehr als 160 km/h zugelassen, sofern die Streckenverhältnisse (Zustand von Oberbau, Gleisen, Oberleitung u. a.) diese Geschwindigkeit zulassen:

Die Strecke Offenburg–Basel ist mit der erweiterten Linienzugbeeinflussung CIR-ELKE ausgestattet. Gefahren wird auf diesem Abschnitt maximal 160 km/h. Des Weiteren wird CIR-ELKE Systemsoftware unter anderem auf den Strecken Köln–Rhein/Main, Köln–Düren sowie Hamburg–Berlin und auf der S-Bahn-Stammstrecke München eingesetzt.

ÖBB

RENFE

  • Seit März 2004 ist auch der Endbahnhof Madrid-Atocha mit LZB ausgerüstet.
  • Im November 2005 wurde ein Abzweig nach Toledo in Betrieb genommen (20 km).
  • Seit 16. Dezember 2006 ist das Teilstück Córdoba–Antequera in Betrieb (zwei Zentralen / 102 km). Dieses Teilstück gehört zur Strecke Córdoba–Málaga (drei Zentralen / 154 km). Die dritte Zentrale geht voraussichtlich Ende 2007 in Betrieb.
  • S-Bahn Madrid, Linie C5 von Humanes über Atocha nach Móstoles.

45 km Streckenlänge mit 2 LZB-Zentralen und 76 Fahrzeugen der Serie 446.

EuskotrenBideak Euroloop

Die spanischen Schmalspurbahnen benutzen ein für deutsche Industriebahnen entwickeltes verwandtes System:

Sonstige Strecken

Die so genannte „Stammstrecke“ der Münchner S-Bahn zwischen den Stationen Laim und Ostbahnhof ist mit LZB L72 CE II ausgerüstet.

Weitere Formen linienförmiger Zugbeeinflussung

LZB-Technik wird aber nicht nur bei Hauptbahnen eingesetzt, sondern auch bei U- und Stadtbahnen: So sind die Stadtbahnen in Düsseldorf und Duisburg sowie zum Teil in Mülheim an der Ruhr in den Tunnelbereichen mit LZB ausgerüstet. Auf Teilen der Strecke nach Krefeld der Linie U 70/U 76 und dem Hochbahnteilstück der Linie U 79 in Duisburg ist ebenfalls eine LZB verlegt, die aber nur der Telemetrieübermittlung zur Leitstelle dient. Auf der Strecke nach Krefeld wird aber in naher Zukunft der vollautomatische Betrieb mit einer linienförmigen Zugbeeinflussnug eingeführt, die Fahrzeuge wurden im Vorgriff bereits auf "ALF-B" (Automatische LZB-Fahrt, Befehlsgeber bleibt in der Stellung Bremsen aktiv) umgerüstet. Dann soll auch eine vollständige Freigabe bisher gesperrter Weichen und Kehranlagen erfolgen. Auch in Wien ist, mit Ausnahme der Linie U 6, das gesamte U-Bahnnetz mit einer linienförmigen Zugbeeinflussung ausgerüstet.

Europaweites Norm-Nachfolgesystem

Als europaweit einheitliches Zugsicherungssystem wird ETCS an verschiedenen Strecken erprobt.

Commons: Linienförmige Zugbeeinflussung – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Quellen

  • DB Netz AG: Schienennetz-Nutzungsbedingungen − Auszug aus der Konzernrichtlinie 483 Zugbeeinflussungsanlagen bedienen (Zip-Archiv, 5.307.791 Byte mit Stand vom 8. Juni 2007, 18:23 Uhr)
    • Linienzugbeeinflussungsanlagen bedienen − Allgemeiner Teil (Modul 0201, Datei 483_0201.pdf)
    • Linienzugbeeinflussungsanlagen bedienen − LZB 80 Fahrzeugeinrichtungen (Modul 0202, Datei 483_0202.pdf)

Einzelnachweise

  1. ↑ a b Der ICE – ein Produkt des Systemverbundes Bahn. In: Deutsche Bahn AG: bahntech, Nr. 1/06, S. 24 f.
  2. ↑ a b c d e f g h i j k l m n Karl-Heinz Suwe: Führerraumsignalisierung mit der LZB. In: Eisenbahntechnische Rundschau. 38. 1989, Heft 7/8, S. 445–451
  3. ↑ Horst Walther, Karl Lennartz: Einsatz von elektronischen Stellwerken auf Neubaustrecken. In: Eisenbahntechnische Rundschau. 36, Nr. 4, 1987, S. 219–222
  4. ↑ Meldung Tempo 200 bald auch in Österreich. In: Eisenbahntechnische Rundschau. 42, Nr. 5, 1993, S. 276
  5. ↑ LZB-Bereichskennzeichen und LZB-Blockkennzeichen. In: DB Netz AG: Signalbuch (SB) 301 DS/DV S. 209 (zip-komprimiert, Datei 301_DS_DV.pdf mit Stand vom 5. Oktober 2006, 13:48 Uhr)
  6. ↑ a b Burkhard Wachter: Weiterentwickelte Linienzugbeeinflussung. In: Roland Heinisch (Hrsg.): ICE-Neubaustrecke Köln-Rhein-Main : Planen, Bauen, Betreiben. Hestra-Verlag, Darmstadt 2002, S. 132 f. ISBN 3777103039.
  7. ↑ Ralf Klammert: Oberleitung und Bahnstromversorgung In: Roland Heinisch, Armin Keppel, Dieter Klumpp, Jürgen Siegmann (Hrsg.): Ausbaustrecke Hamburg–Berlin für 230 km/h. Eurailpress, Hamburg 2005, ISBN 3777103322
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