ETCS, ASFA, ZUB 121, Integra-Signum – Was versteht man unter Zugsicherungen?

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Zugsicherungen: Durch mehrere Zugunglücke in den letzten Tagen fiel in den Medien immer wieder der Begriff. Doch was hat es eigentlich mit diesen auf sich? Wird mit zunehmendem Automatisierungsgrad demnächst der Lokomotivführer entbehrlich? Sorgen die Zugsicherungen auch für falsche Sicherheit? Sind die Systeme veraltet? Wieso geht der Modernisierungsprozess nur schleichend voran? Fragen über Fragen, die in letzter Zeit aufgetreten waren.

Definition der Zugsicherungen

29. Juli 2013: Granges-près-Marnand/VD, 24. Juli 2013: Santiago de Compostela/ESP, 10. Januar 2013: Neuhausen am Rheinfall/SH, 6. November 2011: Olten/SO, 8. August 2011: Döttingen/AG: Teils verheerende Zugsunglücke, bei denen immer wieder der Begriff von mangelhaften Zugsicherungen aufgetreten ist. Doch was ist deren Aufgabe?
Im Grunde gesagt hat die Zugsicherung, auch Zugbeeinflussung oder Zugbeeinflussungssystem genannt, die grundlegende Aufgabe, einen Zug nach dem Überfahren eines Signals zu stoppen. Frühere Systeme leiteten die entsprechende Schnellbremsung erst nach dem Hauptsignal ein. Auf Nebenlinien werden meist nur Gruppenausfahrsignale eingesetzt, was bedeutet, dass das Signal erst auf der eingleisigen Strecke ausserhalb des Bahnhofs zu finden ist, was in letzter Zeit ein für Kollisionen anfälliges System gewesen ist.
Auch die Begrenzung der Geschwindigkeit ist eine Aufgabe des Systems.

Dabei gibt es mehrere Unterschiede zwischen den Typen einzelner Zugsicherungen:

Ein von drei Zugsicherungen in der Schweiz: Zur ETCS-Migration vorbereitetes ZUB 121  mit Eurobalisen
Ein von drei Zugsicherungen in der Schweiz: Zur ETCS-Migration vorbereitetes ZUB 121 mit Eurobalisen
Punktförmige Zugbeeinflussung (PZB)
Unter anderem in Deutschland unter den Namen Indusi, ASFA in Spanien oder in der Schweiz als Integra-Signum angewendet, wird bei der PZB die Signalinformation nur an einem einzigen Punkt, meist unmittelbar vor den Signalen, übertragen. Im Falle von Signum sind dies zwei Magnete am Gleis und einer am Triebfahrzeug, die beim Durchfahren des Zuges einen Strom induzieren, der wiederum bei Fahrerlaubnis des Signals kurzgeschlossen wird. Ein zweiter Magnet dient zur Auswertung – dieser Schritt wird bei Indusi durch die Rückkoppelung des Gleisschwingkreises übernommen.
Teilkontinuierliche Datenübertragung
Systeme wie ETCS Level 1 oder ZUB 121 in der Schweiz sind eine Mischform aus PZB und der kontinuierlichen Datenübertragung. Sie lassen die Schnellbremsung zwischen dem Vor- und dem Hauptsignal einleiten, was vor allem dann von Vorteil sein kann, wenn das Vorsignal auf „Fahrt“ gestellt war, das Hauptsignal in der Zwischenzeit aber auf „Halt“ gewechselt wurde.
Kontinuierliche Datenübertragung
Hier werden entweder mit Schienenlinienleiter (TVM auf dem französischen Hochgeschwindigkeitsnetz), Kabellinienleiter (LZB in Deutschland) oder per Funk (ETCS Level 2) kontinuierlich Daten zum Fahrzeug übertragen, entweder per elektromagnetischem Feld oder per Funk. ETCS Level 2 erfordert keine Streckensignale mehr, was jedoch bei instabiler Funkverbindung den Nachteil hat, dass die Züge nur noch auf Sicht fahren dürfen. Kabellinienleiter haben ihrerseits den Vorteil, dass sehr kurze Zugfolgezeiten erreicht werden können.

Die Zugsicherungssysteme in der Schweiz

Integra-Signum
Die Walliseller Zugsicherungsherstellerin Integra, heute Bestandteil des Siemens-Konzerns, erhielt ab 1934 von den SBB den Auftrag, alle Einfahrvorsignale und Fahrzeuge mit dem Zugsicherungssystem Signum zu versehen, nachdem sich Signum in mehreren Testphasen gegen andere Mitbewerber wie das später in den Belgien, Frankreich und Luxemburg eingesetzen Crocodile-Systems durchgesetzt hat. Forciert wurde der Einbau nach einer Zugskollision mit sechs Toten und zehn Verletzen im Gütschtunnel bei Luzern, als der Regionalzug Luzern-Meggen frontal mit dem Schnellzug Luzern-zürich-Stuttgart zusammengestossen war, nachdem ein Lokführer ein geschlossenes Signal übersehen hatte, weil kurz zuvor ein Dampfzug vorbei gefahren war.
Wird auf „Warnung“ zeigende Vorsignale die Wachsamkeitstaste vom Lokführer nicht gedrückt, wird eine Schnellbremsung eingeleitet. Überfährt der Zug ein Hauptsignal, wird ebenfalls eine Schnellbremsung eingeleitet. Der Integra-Magnet ist meist unmittelbar vor den Signalen angelegt. Zwischen dem Hauptsignal und der darauffolgenden Weiche soll ein Durchrutschweg liegen, der dem Bremsweg des schnellgebremsten Zuges entspricht. In der Praxis hat sich zuletzt aber auskristallisiert, dass besagter Durchrutschweg zu kurz war, insbesondere im Falle der Zugkollision von Olten.
Signum zeichnet sich durch enorme Robustheit gegen Wärme wie Kälte aus, was in der Schweiz wegen den teils enormen Temperaturunterschiede zwischen Winter und Sommer von Vorteil ist. Jedoch ist das System nicht mehr zeitgemäss und genügt den heutigen Sicherheitsanforderungen nicht mehr.
Zu den Blütezeiten von Signum war noch jeder Bahnhof mit einem Bahnhofvorstand beziehungsweise Fahrdienstleiter besetzt, zudem waren im mehr Zügen Kondukteure im Einsatz, die dann jeweils den Zug abgefertigt haben. Mit diesem Vier-Augen-Prinzip fuhr der Lokführer erst los, wenn der Schaffner das entsprechende Abfahrtssignal durch Blasen der Trillerpfeife gegeben hat, wie das heute nur noch in den Fernverkehrszügen der Kategorien InterRegio, InterCity, EuroCity, ICE, TGV und railjet praktiziert wird. Mit dem zunehmenden Automatisierungsgrad geht der Aspekt des Vier-Augen-Prinzips verloren, weswegen der Lokführer alleine entscheiden muss, wann er losfährt, was in letzter Zeit zu verheerenden Irrtümer geführt hat.
Die Abfertigung durch den Bahnhofsvorstand wird nur noch in Moudon/VD an der Broyelinie praktiziert, an der auch der Bahnhof Grandes-près-Marnand liegt. Moudon ist fahrplanmässiger Kreuzungspunkt der S-Bahn-Züge, in Grandes-près-Mardnand wird nur an Werktagen viermal pro Tag gekreuzt, wenn als Verstärker zur S21 zwischen Lausanne und Payerne noch ein beschleunigter RegioExpress fährt.
Dirk Bruckmann vom Institut für Verkehr und Transportsysteme (IVT) der ETH Zürich äussert sich in der Tagesschau von Schweizer Radio und Fernsehen über die veraltete Technik von Integra-Signum

ZUB 121

Nach einer seitlichen Frontalkollision im Bahnhof Zürich Oerlikon 1993 entschied die SBB, die Integra-Signum-Zugsicherung bis zur Einführung des damals schon vereinbarten europäischen ETCS-Standards mit dem Zugbeeinflussungssystem 121, kurz ZUB 121, zu verstärken. Mit der kontinuierlichen Datenübertragung zwischen Vor- und Hauptsignal und Berechnungen der Bremskurve anhand der von der Gleiskoppelspule am Vorsignal gesendeten und der vom Triebfahrzeugführer eingegeben Daten bezüglich Zugreihe, Bremsverhältnis, Länge und Höchstgeschwindigkeit des Zuges kann so eine Schnellbremsung bereits vor dem Hauptsignal eingeleitet werden, sollte die Bremskurve nicht bis zum Hauptsignal den Wert 0 angenommen haben. Mit ZUB 121 wird auch das Wiederanfahren in Richtung eines auf „Halt“ zeigenden Hauptsignals verhindert.
Mit ZUB 121 sind nur Hauptstrecken und neuralgische Gefahrenpunkte ausgestattet, insgesamt rund ein Drittel aller Haupt- und Vorsignale. Die Unglücksstelle in Neuhausen am Rheinfall war das einzige noch nicht mit ZUB 121 ausgerüstete Signalsystem im dortigen Bahnhof, eine Baubewilligung lag vor. Die Broyelinie mit dem Bahnhof Grandes-près-Marnand soll bis 2017 modernisiert, mit ETCS ausgerüstet und ausgebaut werden, der Bahnhof Döttingen/AG wird aktuell saniert. Nach einem Zugunglück in Bern-Weissenbühl entschloss sich auch die BLS, das System ZUB 121 an Gefahrenpunkten zu verwenden.

ETCS

Zwischen 2017 und 2025 werden Integra-Signum und ZUB 121 vollständig vom europäischen Standard ETCS Level 2 abgelöst sein. ETCS Level 1 für Höchstgeschwindigkeiten bis 160 km/h würde schon den signallosen Betrieb ermöglichen (für Geschwindigkeiten über 160 km/h), in der Praxis aber werden diese meist belassen. Aktuell ist in der Schweiz keine Strecke mit Level 1 ausgerüstet, künftig soll auch keine dazukommen, das Kosten-Nutzen-Verhältnis spricht für eine landesweite Einführung von Level 2. ETCS Level 2 mit der Führerstandssignalisierung ist bereits auf der Neubaustrecke Mattstetten-Rothrist, der Ausbaustrecke Solothurn-Wanzwil (Abzweigung von der NBS) und im Lötschberg-Basistunnel anzutreffen. Weil Lichtsignale nur bis etwa 160 km/h erkennbar sind und diese Strecken Höchstgeschwindigkeiten von 200 km/h (NBS/ABS) bzw. 250 km/h (LBT, in der Praxis wird bisher nur 200 km/h gefahren), hat man sich hier für Level 2 entschieden. Level 2 übermittelt die Daten via GSM-R, die beiden Komponenten ETCS und GSM-R werden oft auch unter dem Begriff ERTMS (European Rail Train Management System) zusammen genommen. Damit der Übergang von den alten zum neuen System reibungslos verläuft, wurden an den Triebfahrzeugen neue Komponenten angebracht und auch die bestehenden Balisen und Integra-Magnete vor den Signalen wurden durch Eurobalisen ergänzt.
Auch die Basistunnels am Gotthard (Verkehrsfreigabe Ende 2016) und am Ceneri (2018) werden mit ETCS Level 2 ausgerüstet. Als erste Altstrecke wird ab August 2015 die GBT-Nordzufahrt zwischen dem südlichen Einfahrtssignal des Bahnhofs Brunnen/SZ und der Abzweigung Basisstrecke/Bergstrecke im Gebiet Rynächt/UR mit ETCS versehen. Des Weiteren soll ETCS schnellstmöglich auch auf den Tessiner Strecken und im Rhônetal installiert werden.
ETCS (European Train Control System) wurde als europäischer Standard vereinbart und ist ausserhalb der Schweiz unter anderem in Österreich auf der neuen Westbahn (Wien-Tullnerfeld-St. Pölten) und auf der neuen Unterinntalbahn, in Spanien und Italien auf allen neuen Hochgeschwindigkeitsstrecken, in den Niederlanden auf Neu- und Ausbaustrecken und sogar ausserhalb Europas in China zu finden. In Deutschland werden 2015 bzw. 2017 mit den Schnellfahrstrecken Erfurt-Halle/Leipzig und Erfurt-Ebensfeld die ersten mit ETCS ausgerüsteten Strecken in Betrieb gehen, weswegen aktuell die ICE-T-Neigezüge mit ETCS ausgerüstet werden und auch die neuen Fahrzeuggenerationen ICx und Velaro D das neuste Zugsicherungssystem bereits ab Werk installiert haben. Die 19 Schweiz-tauglichen ICE 1 haben aufgrund ihrer Nutzung der Neubaustrecke Mattstetten-Rothrist auf der ICE-Linie Berlin Gesundbrunnen/Berlin Ostbahnhof-Interlaken Ost bereits ETCS eingebaut, dieser Einbau wurde jedoch vollumfänglich von der Schweizerischen Eidgenossenschaft bezahlt und ist deshalb nur im Schweiz-Modus verfügbar.

Ersetzt ETCS den Lokführer?

Mit dem zunehmenden Automatisierungsgrad durch ETCS stellt sich die Frage, wann die Züge dann vollautomatisch betrieben werden, wie es bereits heute in U-Bahn-Netzen in diversen Städten wie London (Victoria Line) oder Nürnberg (U3) praktiziert wird.
Fakt ist: durch ETCS verkommt der Lokführer zum Nebendarsteller, parallel dazu wird aber die Sicherheit mit automatischen Geschwindigkeitsbegrenzungen und Schnellbremsungen erhöht. Dies führt aber dazu, dass oftmals die Konzentration verloren geht, wie im jüngsten Fall in Santiago de Compostela, wo sich der Lokführer des Alvia 01455 auf einem anderen Streckenabschnitt wähnte und deshalb den Übergang von ETCS zum herkömmlichen spanischen Zugsicherungssystem ASFA verpasste. Seine nach dem Erkennen des Irrtums eingeleitete Schnellbremsung kam zu spät, der Zug entgleiste bei 135 km/h in einer Kurve, in der 80 km/h zugelassen waren. Ein ähnlicher Fall ging im August 2010 glimpflich aus, als der InterCity St. Gallen-Genève Aéroport mit 140 km/h eine Kurve bei Vauderens/FR passierte, in der die maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit 95 km/h betrug. Abgesehen von einer umgekippten Minibar, einigen von der Gepäckablage heruntergefallenen Gepäckstücke (seit wann kann man im IC2000 angemessenes Gepäck in den Ablagen verstauen?) und einigen Leichtverletzten blieben die Folgen minim. Fatal ist dieser Automatisierungsgrad in dem Fall, wenn noch Übergänge zu alten Zugbeeinflussungssystemen bestehen und dann die volle Aufmerksamkeit des Lokführers wieder gefordert ist. Bei der Zugkollision von Granges-près-Marnand mit einem Todesopfer und 34 Verletzten schien sich der Lokführer der S21 in falscher Sicherheit zu wiegen und er den entgegenkommenden RegioExpress vergessen hatte, da dieser nur viermal täglich an Werktagen verkehrt.
In Falle der Entgleisung von Santiago de Compostela mit 79 Todesopfern steht in erster Linie menschliches Versagen im Vordergrund, dieser Aspekt wird aber auch von den Medien hochgejubelt. Die kritische Frage, warum ASFA erst bei über 200 km/h eine Schnellbremsung einleitet, obwohl die zulässige Höchstgeschwindigkeit später gerade mal 80 km/h beträgt, soll weiterhin gestellt werden. Fakt ist: Die erste Balise vier Kilometer vor der Unfallstelle passierte der Alvia mit 192 km/h, wäre er acht km/h schneller gewesen, hätte die Massnahme gefruchtet, genauso wie wenn ETCS samt Führerstandssignalisation installiert gewesen wäre.

Wieso geht der Modernisierungsprozess nur schleichend voran?

Integra-Signum ist nicht mehr zeitgemäss, das hat die SBB bereits vor 20 Jahren erkannt und ZUB 121 als Überbrückung lanciert. Jedoch sind immer noch zahlreiche Nebenlinien ohne ZUB 121, was beim fortgeschrittenen Personalabbau an den Bahnhöfen zu einem grossen Sicherheitsproblem auswirken kann. Jährlich werden rund 1.8 Milliarden Franken in die Infrastruktur investiert, gemäss dem Aviatik- und Eisenbahnexperten Sepp Moser, dessen Buch Warnsignal – Schweizer Bahnnetz in Gefahr heftige Kritik an der Vernachlässigung des SBB-Schienennetzes durch die Division Infrastruktur übt, wären das genug finanzielle Mittel, jedoch handle die Division zu ineffizient.
Bericht von 10vor10 über das Zugunglück von Granges-près-Marnand inklusive einem Interview von Stephan Klapproth mit Sepp Moser

Fakt ist: Die Anforderungen an das Schweizer Schienennetz steigen. Immer mehr Züge müssen die zunehmenden Massen an Reisenden bewältigen können, Ausbauten gehen nur schleppend voran. Zudem belastet die heute alltägliche Diskussion im Kampf Auto versus Bahn in Bezug auf die Subventionen des Bundes die Bahn erheblich; seit mit Doris Leuthard eine bürgerliche Bundesrätin des UVEK leitet, ist die SBB gar zu Gewinn verpflichtet. Sie darf den hohen Gewinn, den sie im Fernverkehr erzielt, nicht in der Infrastruktur verwenden, sondern muss für diese neue Wege finden: Erhöhung der Trassenpreise, die dann von den Eisenbahnverkehrsunternehmen in Form höherer Billetpreise direkt an die Kunden abgewälzt werden, und Erträge aus dem Immobilienhandel sorgten aber in der Vergangenheit wieder für heftige Kritik. Noch verheerender sieht es im Regionalverkehr aus: Wird ein Stundentakt auf einer Nebenlinie zur Hälfte von den Anliegerkantonen finanziert, muss sie sich noch zu 50% selbst finanzieren, in Form von Billeteinnahmen. Ist aber die Strecke so stark frequentiert, dass sie auf Betreiben der Bahngesellschaft auf den Halbstundentakt ausgebaut wird, beträgt die kantonale Subvention noch 25 Prozent – jetzt müsste sie sich zu 75 Prozent selbst finanzieren.
Bei der SBB ist eine starke Priorisierung auf das Dreieck Zürich/Basel/Bern nicht zu leugnen, andere Teile der Schweiz warten teilweise vergebens auf Ausbauten und Modernisierungen. Die Nachfrage ist viel grösser als die zur Verfügung stehenden Kosten.
Der heutige SBB-Geschäftsführer Andreas Meyer steht nicht zum ersten Mal wegen Sicherheitsfragen unter Druck. Vor seinem Amtsantritt bei den Bundesbahnen amtete er in Berlin als Chef der damals existierenden Deutschen Bahn-Tochterfirma DB Stadtverkehr, unter deren Fittichen sich die S-Bahnen von Berlin und Hamburg befanden. Insbesondere die S-Bahn Berlin wurde unter Meyer einem rigorosen Sparkurs unterzogen, dem drei von sieben Werkstätten geschlossen sowie die Wartung und die Prüfung des Rollmaterials sträflich vernachlässigt wurden.

Links

  • Cabo Ruivo-Artikel über Zugunglücke
  • Leerlauf bei den BundesbahnenNZZ Online vom 24. Juni 2012, abgerufen am 31. Juli 2013
  • Weitere Informationen über das Buch Warnsignal – Schweizer Bahnnetz in Gefahr von Sepp Moser
  • Erläuterungen über ETCS durch die SBB
  • Themenseite des Bundesamtes für Verkehr (BAV) über ETCS
  • Die Zugsicherung der ZukunftTages Anzeiger Online/Newsnet.ch, abgerufen am 31. Juli 2013
  • Die Sicherheitssysteme der SBBTages Anzeiger Online/Newsnet.ch, abgerufen am 31. Juli 2013
  • Projektübersicht ETCS von Siemens Mobility
  • Netzzustandsbericht 2011 der SBB-Division Infrastruktur (PDF-Datei)
  • Anhang zum Netzzzustandsbericht 2011 der Division Infrastruktur (PDF-Datei)
  • ETCS: Zukunftsweisende Schritte bei der Zugsicherung – Artikel von bahnONLINE.ch