Übung: Leittechniksysteme - itp.tu-berlin.de · Geschwindigkeit von 95 km/h unterschritten habe, am 500 Hz - Magnet 65 km/h • PZB 90 mit erweiterter Geschwindigkeitsüberwachung,

Betriebssysteme elektrischer BahnenInstitut für Land- und Seeverkehr

Leittechnik.ppt 15.02.2005

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



Zukunftorientiertes Bahnleitsystem

Quelle: DB AG



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



Arten der Zugbeeinflussung

Art der Informationsübertragung

punktförmigpunktförmig

und linienförmig

linienförmig

mit Schienen-Linienleiter

mechanisch/elektrisch

induktiv

magnetisch ERTMS /ETCS

Funk-übertragung

Transponder-prinzip

mit Kabel-Linienleiter



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)



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




InduSi• 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




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)



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. 1.500 m nach letzter Handlung



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)



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)



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



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



Europäische Leitsysteme

Interoperabilität

der Leittechnik soll

europaweit mittels

ERTMS bzw. ETCS

unter Zuhilfenahme von

GSM-R erzielt werden

Quelle: JZ (S+D)



Europäische Leitsysteme

Quelle: www.ertms.com



Geplante ERTMS Einführung in Europa




ERTMS Projekte in Europa




Projekt ERTMS / ETCS – Pilotstrecke DB AG

RBC

RBC

RBC

Berlin - Halle / Leipzig

- Länge: 154 km, 27 Bahnhöfe- Art: zweigleisige Hauptstrecke- Verkehrsart: Personen- und Güterverkehr- Höchstgeschw.: 200 km/h (ehem. 160 km/h)- Züge / Tag: 140- RBC: 3- Testfahrzeuge: 5 Loks BR 101, 1 TCT - Testzeitraum: 10/2000 - 12/2002

Koordinaten der Pilotstrecke

Quelle: DB AG



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



Haupt-Module des ETCS

EURO-Balise:transponderbasierte, streckenseitige Systeme zur punktförmigen Daten-

übertragung 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, orts-unabhängigen 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



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, 21.11.03



European Train Control System (ETCS)

ETCSfahrzeugseitig

ETCSfahrwegseitig

Quelle: JZ (S+D)



Funktionsstufen des ETCS

• 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

Level 1:

• 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)

Level 2:

• 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)

Level 3:

Quelle: Pachl, Schwertner, Wiling



ETCS - Level 1

Quelle: Pachl



ETCS - Level 2

Quelle: Pachl



ERTMS Level 2 (Teil 1)

Anordnung ERTMS Level 2mit festem Blockbereichen

Blockwechsel bzw. Überfahrt Balise(n-Paar) - Senden/Emfangen

Quelle: ADtranz Signal




Aufenthalt/Fahrt im festen Blockbereich

Blockwechsel bzw. Überfahrt Balise(n-Paar) - Senden/Emfangen





Aufenthalt/Fahrt im festen Blockbereich

Erster praktischer Einsatz von ERTMS Level 2 weltweit bei SBB




ETCS - Level 3

Quelle: Pachl



Triebfahrzeugausüstung

Funkeinheit („Herzstück“) Touchscreen (Führerstand)




Leittechnikzentrale

Leittechnikzentrale Zugüberwachung




Visualisierung

Zentrale Positionserfassungaller Fahrzeuge Rückmeldung an Triebfahrzeug




Transponderkomponenten

Fahrzeugantenne Euro-Balise S21 und fahrzeug-seitiger Sender/Empfänger

Quelle: ADtranz Signal, Simens VT



Euro-Balisen

Balise bzw. Balisengruppe Balisengruppe im Einsatz SBB

Quelle: Siemens VT, SBB



BR 185 – Leittechnik

Blockschaltbild

der Zugsicherung

am Beispiel der

BR 185 mit

punktförmiger

und

linienförmiger

Zugbeeinflussung

Quelle: ADtranz



BR 185 – Leittechnik (Detail)

Quelle: DB AG



BR 185 – Antennen- und Magnetanordnung

Länderspezifische

Anordnung der einzelnen

Antennen bzw. Magnete

Quelle: ADtranz, DB AG



BR 185 - Fahrzeugantenne

Anordnung der Fahrzeugantenne des LZB 80 unter dem Triebfahrzeug

Quelle: ADtranz



BR 185 – Induktive Zugsicherung

Anordnung

eines

InduSi-

Fahrzeug-

magneten

der PZB 90

an der BR 185

Quelle: ADtranz



Einführung Führerstandssignalisierung SBB

Schematische Darstellung des Einfahrtszenarios in den FSS*-Bereich

Blockdiagramm der Systemarchitektur mitAussenanlagen, Stellwerk, Leitsystem,FSS*-Streckenzentrale und GSM-R

* FSS: Führerstandssignalisierung

Quelle: SBB



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




StatischesÜberwachungsprofil

DynamischesÜberwachungsprofil





Aufwertung an Aufwertebalise

Bremskurve auf ein Haltzeigendes Signal





Test- bzw. Einführungsstreckenabschnitt




Mobile Kommunikation

BLZ BetriebsleitzentraleCIR Computer Integrated

RailroadingERTMS European Rail Traffic

Management SystemETCS European Train Control SystemESTW Elektronisches StellwerkFZB Funk-ZugbeeinflussungFFB Funk-FahrbetriebGSM-R Global System for

Mobile Communication RailLZB Linienförmige ZugbeeinflussungMMI Mensch-Maschine-InterfacePZB Punktförmige Zug-

beeinflussungSatZB Satelitengestützter

ZugleitbetriebZBL Zukunftorientiertes

Bahnleitsystem

Quelle: DB AG

Betriebssysteme elektrischer Bahnen Institut für Land- und Seeverkehr

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 Betriebssysteme elektrischer Bahnen, 2000 www.bahnsysteme.tu-berlin.de

[5] D. Kupper: Telematik – Nutzen und Anwendung im spurgeführten Verkehrssystemen, Vorlesungsskript, TU Berlin, Fachgebiet Betriebssysteme elektrischer Bahnen, 1995 www.bahnsysteme.tu-berlin.de

[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 29.11.2001


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 Sicherheitsmanage-ment 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] www.ertms.com

[23] U. Dolder: Die Einführung der Führerstandssignalisierung bei den SBB: Pilotanwendung von



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 Ei-senbahnen, 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


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Übung: Leittechniksysteme - itp.tu-berlin.de · Geschwindigkeit von 95 km/h unterschritten habe, am 500 Hz - Magnet 65 km/h • PZB 90 mit erweiterter Geschwindigkeitsüberwachung,