Gleis 3a

Gleisfreimeldung

Auseinandersetzung mit der Freimeldung durch Hinsehen, den Gleisstromkreisen, der Achszähltechnik sowie weiteren Verfahren.

GlEiA: Grundsätzliches zur Gleisfreimeldung

Die Gleisfreimeldung stellt eine elementare Grundlage zur sicheren Betriebsführung dar. Durch sie wird das Freisein von Fahrwegelementen und Gleisabschnitten festgestellt. Ihre Art und Weise hat sich im Laufe der Zeit mehrmals gewandelt und weiterentwickelt. Bis heute bestehen im deutschen Schienennetz unterschiedliche Verfahren. Sie reichen von der visuellen Freimeldung durch Hinsehen bis zu selbsttätig arbeitenden Gleisfreimeldeanlagen, die wiederum auf unterschiedlichen Wirkprinzipien beruhen. Die Auseinandersetzung mit jenen Verfahren und Techniken ist Gegenstand dieser Themenreihe.

Grundsätzlich kann zwischen der Freimeldung im Bahnhof und auf der freien Strecke unterschieden werden. Bevor eine Zugfahrt im Bahnhof zugelassen wird, ist eine Fahrwegprüfung (Fpr) vorzunehmen. Als Teilaufgabe gilt festzustellen, dass der Fahrweg, also alle zwischen einem Start- bis zum Zielpunkt liegenden Gleisabschnitte und Weichen, frei von Hindernissen sind. Anknüpfend sind der Durchrutschweg und die Flankenschutzräume mit einmündenden Gleisabschnitten auf Freiheit zu prüfen. [42,54]

Das Einlassen von Zügen auf die freie Strecke ist ebenfalls an die Erfüllung gewisser Kriterien gebunden. Im Rahmen der Räumungsprüfung (Rp) gilt es u.a. festzustellen, ob ein Zug den zurückliegenden Abschnitt an einer Prüfstelle vollständig (mit vorhandenem Zugschlusssignal) geräumt hat. [54]

Ohne technische Einrichtungen erfolgen Fahrwegprüfung und Räumungsprüfung durch die unmittelbare Sicht auf die Gleisanlagen bzw. den Zug. Auf die damit verbundenen Aspekte wird im nachfolgenden Beitrag GlHiA eingegangen.

Mit der Einführung selbsttätiger Gleisfreimeldeanlagen erfolgt die Freimeldung durch technische Verfahren, die zugleich Bestandteil der Stellwerkslogik sind und im Bahnhof und auf der Strecke gleichermaßen angewandt werden können. Durch eine Gleisfreimeldeanlage liegt eine ständige Information zum Frei- und Besetztzustand der Weichen- und Gleisabschnitte vor. Das Fahrdienstpersonal kann hier den Zustand den Anzeigen entnehmen und muss nur in Ausnahmefällen (bspw. Störungsfall) eine Abschnittsprüfung durch Hinsehen durchführen bzw. anordnen. [17,23,45,54]

Den Anfang zur Verwendung selbsttätiger Gleisfreimeldeanlagen markierten die Gleisstromkreise, von denen unterschiedliche Varianten existieren. Nach einem allgemeinen Teil in GlGlA werden die jeweiligen Spezifika in anschließenden Beiträgen mit querschnittlichen Themen dargestellt.

Später kamen durch den fortschreitenden, technologischen Fortschritt Achszählsysteme auf. Sie werden danach in GlAzA vorgestellt. Die Themenreihe schließt mit fahrzeuggebundenen Verfahren zur Freimeldung.

5Die nachfolgend beschriebenen Techniken und Methoden sind bis heute im deutschen Schienennetz vorzufinden. Während in Deutschland für Neuanlagen der Einsatz der Achszählung forciert wird, finden sich international viele Verfechter der Gleisstromkreise wieder (siehe später auch GlGlA Bedeutung von Gleisstromkreisen heute). Allen ist jedoch gemeinsam, dass die Prüfung durch Hinsehen aufgrund von Sicherheitsaspekten und des erhöhten Personalbedarfs ein auslaufendes Modell ist. Gleichzeitig bilden die selbsttätigen Gleisfreimeldeanlagen die Voraussetzung für Automatisierungen und damit verbundene Effizienzsteigerungen. Hierzu zählen bspw. das automatische Einstellen von Fahrstraßen, die abschnittsweise Fahrstraßenauflösung oder auch die Fernsteuerung des Stellwerks von einem anderen Ort aus. [17,23,45,50]

GlHiA: Freimeldung durch Hinsehen

Aufgrund der flächenmäßigen Ausdehnung eines Bahnhofs ist der Gleisbereich im Regelfall nicht von einer Position aus vollständig einsehbar. Aus diesem Grund erfolgt die Unterteilung des Gleisfelds in Fahrwegprüfbezirke, die örtlich besetzten Posten zugeteilt werden. Die Grenze wird anlagenspezifisch festgelegt. Hier wurde beispielhaft die Mitte des Bahnsteiges gewählt.

Für die Zulassung einer Zugfahrt müssen die betroffenen Posten zusammenwirken und die Personale ihren jeweiligen Bereich durch Hinsehen (früher: „Augenschein“) freimelden. Die Mitwirkung erfolgt klassischerweise durch die vorhandenen Einrichtungen des Bahnhofsblocks. [52,54]

Ist kein markanter Punkt vorhanden, an dem die Grenze der Fahrwegprüfbezirke verlaufen soll, wird zur Orientierung ein weißer Rahmen mit senkrecht verlaufenden Balken aufgestellt.

Alternativ können die weißen Balken innerhalb des Rahmens auch in Querrichtung verlaufen.

Im Gegensatz zum Fahrweg im Bahnhof kann ein Blockabschnitt auf der Strecke mit seiner weitläufigen Ausdehnung und seinem topografischen Verlauf nicht in Gänze von wenigen Posten eingesehen werden. Aufgrund des Fehlens von Weichen sowie dem Ausbleiben von Rangierfahrten ist die im Bahnhof auszuschließende Gefahr durch eindringende oder zwischenzeitlich umsetzende Fahrzeuge auf der Strecke jedoch nicht gegeben.

Es ist daher zweckmäßig, bei der Vorbeifahrt des Zuges das Vorhandensein des Zugschlusses zu beobachten. Ist der Zug mit seinem Zugschluss in die Strecke eingefahren und aus ihr wieder mit vorhandenem Zugschluss ausgefahren, kann auf die Freiheit des Abschnitts geschlossen werden. [42]

Die Verantwortung zur Feststellung des Zugschlusses liegt vollständig beim örtlichen Personal. Um die Gefahr vor vorzeitig (verfrüht) ausgeführten Aktionen vor der eigentlichen Sicht auf den Zugschluss zu reduzieren, wurde zum 20. Jahrhundert die Zugmitwirkung eingeführt. Sie unterbindet vorzeitige Blockbedienungen und damit eine Freigabe des Abschnitts. Die Mitwirkung erfolgt zumeist in Form der Isolierten Schiene (siehe DeZuA), die sich im beobachtbaren Bereich des Postens oder sicherheitsgerichtet dahinter befindet. [42]

Mit dem Aufkommen technischer Einrichtungen zur Gleisfreimeldung wurde grundsätzlich die Ausstattung der mechanischen und elektromechanischen Stellwerke mit derartigen Anlagen denkbar. Da die erforderlichen Anpassungen für die Verwendung jedoch erheblich sind, wurde von einer Nachrüstung abgesehen. Um das Sicherheitsniveau zu steigern, wurden punktuell einzelne Gleisfreimeldeeinrichtungen installiert, die auf bestehende Schnittstellen der Stellwerkstechnik einwirken. Ein Beispiel stellt die Freimeldung einer Weiche dar, die im Besetztzustand das Umlegen des zugehörigen Weichenhebels sperrt. [42]

Ähnlich verhält es sich mit der Technischen Überwachung Fahrweg (TüFa), die bei besetzten Gleisabschnitten den Signalhebel blockiert (siehe LstTfA).

Als weiteres Verfahren für die Freimeldung von Strecken wurde eine vereinfachte Achszählung anwendbar. Durch sie wird an jedem Posten eine Zählstelle definiert, die den zugehörigen Zählerstand einsehbar macht. Durch den fernmündlichen Austausch und den Abgleich beider Zählergebnisse wird eine Freimeldeinformation ableitbar. [41]

GlGlA: Gleisstromkreis Allgemein

Durch Gleisstromkreise werden Gleisbelegungen durch ein galvanisches Wirkprinzip überwacht. Die Grundlage bildet die elektrische Leitfähigkeit der Schienen sowie der Räder und Achsen des Zuges.

Der Gleisstromkreis arbeitet in Freimeldeanlagen nach dem Ruhestrom-Prinzip. Hierbei wird eine Sendeeinrichtung durch die beiden Schienen mit einer Empfangseinrichtung elektrisch leitend miteinander verbunden. In Grundstellung ist ein Stromfluss vom Sender zum Empfänger gegeben. Ein einfahrendes Fahrzeug verursacht durch seine leitenden Achsen einen Kurzschluss zwischen den beiden Schienen. Dieser Achsnebenschluss wird von der Empfangseinrichtung erkannt. Der Abschnitt wird besetzt gemeldet. Störzustände, wie ein Stromausfall, Kurzschluss oder Schienenbruch (fallspezifisch) werden durch den ausbleibenden Strom am Empfänger ebenfalls detektiert. [23,48] Für eine weitere Auseinandersetzung zu den Grundprinzipien wird auf DeLiA verwiesen.

Es existieren unterschiedliche Arten von Gleisstromkreisen. Sie unterscheiden sich besonders in ihrer Spannungsart sowie dem eingesetzten Frequenzbereich. Die Verwendung von (1) Gleichspannung stammt aus der Anfangszeit der Gleisstromkreise. Sie wird heutzutage nur noch bei einfachen Verhältnissen, wie Werkbahnen oder bei der Isolierten Schiene (siehe DeZuA) eingesetzt [48]. Die Verwendung von Wechselspannung stellt den Regelfall dar. Hierbei wird zwischen den (2) niederfrequent (bis etwa 150 Hz) und den (3) tonfrequent bzw. hochfrequent (bis etwa 20 kHz) arbeitenden Gleisstromkreisen unterschieden. Sie werden abhängig vom Entwicklungsstand und von den äußeren Gegebenheiten und Erfordernissen eingesetzt (siehe nachfolgend). [47,48]

Neben der Aufgabe der Gleisfreimeldung können Gleisstromkreise für die Übertragung von Informationen zwischen Streckeneinrichtungen oder dem Zug und der Strecke eingesetzt werden. In anderen Ländern sowie im Stadtbahnbereich wird von dieser Möglichkeit rege Gebrauch gemacht. [23,34,47]

Die Grundlagen aller Gleisstromkreise werden in diesem Abschnitt vermittelt. Die individuellen Eigenschaften bei der Verwendung von Wechselstrom werden im Anschluss jeweils für beiden Frequenzlagen ausführlich behandelt. Aufgrund der geringen Bedeutung des Gleichstroms (außer bei der Isolierten Schiene, siehe DeZuA) wird auf jene Gleisstromkreise nicht weiter eingegangen.

Geschichtliche Entwicklung

Das Prinzip des Ruhestrom-Gleisstromkreises wurde 1871 in den USA patentiert. Die Gleisstromkreise arbeiteten zunächst mit Gleichstrom, da sie einfacher in der Konstruktion sind, wenig Energie benötigen und durch Pufferbatterien bei Netzausfall betrieben werden können. [42,46,47]

Ab 1915 kamen zunehmend Gleisstromkreise bei den deutschen Staatsbahnen zum Einsatz. Aus Gründen einer besseren Störunempfindlichkeit (insb. beim Gleichstromfahrbetrieb) wurde vorwiegend Wechselspannung eingesetzt. Hierbei wurde bevorzugt eine Frequenz von 50 Hz verwendet, da diese bereits durch das öffentliche Stromnetz bereitgestellt werden konnte. Zur breiten Anwendung von Gleisstromkreisen für die Gleisfreimeldung kam es mit der Einführung von Relaisstellwerken Ende der 1940er Jahre. [17,47]

Mit der Deutschen Bundesbahn wurde im Jahr 1952 die allgemeine Verwendung von Wechselstrom in Gleisstromkreisen festgelegt (zum Hintergrund siehe Abschnitt mit Drosselstößen in GlGlB Wahl ein- oder zweischieniger Isolierung). Als störungsunempfindliche und wirtschaftlichste Frequenz wurden 100 Hz festgelegt. Später wurden situationsabhängig Frequenzen zwischen 42 Hz und 125 Hz gewählt, um ungewollte Beeinflussungen durch Zugeinrichtungen und Fremdsysteme zu verringern. Aufgrund der vergleichsweise geringen Arbeitsfrequenzen manifestierte sich der Begriff des Niederfrequenz (Nf)-Gleisstromkreises. [47]

Um die nachteilig angesehenen Isolierstöße (Hintergrund siehe #11) mit Verwendung der Nf-Gleisstromkreise zu überwinden, wurde der Einsatz alternativer Trennmöglichkeiten durch das Kurzschließen beider Schienen an den Abschnittsgrenzen erprobt. Es zeigten sich jedoch Nachteile, da an diesen Übergängen durch den dann ohnehin vorliegenden Kurzschluss keine Achsen mehr detektierbar sind und ein hoher Energiebedarf bei gleichzeitiger Verwendung der Nf-Frequenzen resultiert. Dies änderte sich, als es durch den technologischen Fortschritt und die Weiterentwicklungen im Bereich der Elektrotechnik möglich wurde, Wechselströme in einem Frequenzspektrum von 10–20 kHz mit vertretbarem Aufwand zu erzeugen. Zugleich wurden spezielle Leiterschlaufen im Gleis als elektrische Trennstöße entwickelt. Da die Frequenzen im hörbaren Spektrum des Menschen liegen, hat sich der Begriff des Tonfrequenz (Tf)-Gleisstromkreises etabliert [52]. In den 1980er Jahren kamen derartige Tf-Gleisstromkreise vermehrt zur Anwendung. [47]

Bedeutung von Gleisstromkreisen heute

Sowohl Nf- als auch Tf-Gleisstromkreis sind in ihrer beschriebenen Form mit einigen punktuellen Verbesserungen bis heute im deutschen Schienennetz im Einsatz, wobei der Nf-Gleisstromkreis eine höhere Verbreitung erfuhr.

Einen großen Vorteil bildet die sofortige Belegungsinformation der Gleisabschnitte nach dem Anschalten der Anlage (bei einer Achszählung ist eine Sichtprüfung und Grundstellung erforderlich). Als nachteilig wird der Aufwand für die Herstellung benötigter Bedingungen (Isolierung, Leitfähigkeit, Triebstromrückführung, siehe Systemeigenschaften und ihre Auswirkungen auf Planung und Betrieb) sowie der Installation im Allgemeinen (bspw. das Setzen von Trennstößen, siehe #11) angesehen. Durch verbesserte Fertigungsverfahren im Oberbau sowie Messeinrichtungen bei der Instandhaltung treten heutzutage weniger Schienenbrüche auf, sodass jenes Argument zur Detektion selbiger an Bedeutung verliert. [23]

Mit dem Einsatz zuverlässig arbeitender Achszähltechnik werden die Gleisstromkreise nach und nach ersetzt. In elektronischen Stellwerken (ESTW) stellt die Verwendung von Achszählanlagen den Regelfall dar. Bei älteren ESTW bestehen jedoch Ausnahmen, wie das ESTW des Hauptbahnhofs in Hannover mit seinen Gleisstromkreisen und der Inbetriebnahme im Jahr 1996 zeigt.

Viele ausländische Bahnen setzen weiterhin auf die Verwendung von Gleisstromkreisen in Bestands- und Neuanlagen. Das liegt auch daran, dass viele Bahnen von der Möglichkeit zur Informationsübertragung über die Gleisstromkreise rege Gebrauch machen, was jene Technik nur schwer ablösen lässt. Nach [34] beruhen 70–80% der weltweit eingesetzten Freimeldeanlagen auf der Verwendung von Gleisstromkreisen. [23,48]

Systemeigenschaften und ihre Auswirkungen auf Planung und Betrieb

Fremdströme

1Der Gleisstromkreis ordnet sich einer Vielzahl anderer Ströme im Bahnnetz unter. Er wird von anderen Systemen beeinflusst und überlagert.

Ein gemeinsam genutztes Medium stellen die Schienen dar. Sie werden bei elektrischer Traktion zur Führung des Triebrückstroms an die Unterwerke verwendet. Durch die Verwendung der Zugsammelschiene als einpolige Leitung zur Energieversorgung innerhalb eines Reisezugverbands wird der Rückstrom von den einzelnen Wagen zurück über die Schienen an das Triebfahrzeug geleitet (siehe auch VeZuA). An den Schienen angebrachte bzw. in unmittelbarer Nähe verlaufende Leitungen können induktive Einkopplungen verursachen. Hierzu zählen Weichenheizungen, Zugvorheizanlagen oder Leitungen des öffentlichen Stromnetzes. [42,44,45,48]

Auch benachbarte, sich besonders an Trennstößen gegenüberliegende Gleisstromkreise können sich gegenseitig beeinflussen. Dies kann durch das Überbrücken von Isolierstößen auftreten, bei denen die Schienenenden durch die Befahrung langsam abgewalzt werden und eine leitende Verbindung am Stoß verursachen. [42,44,48]

Beeinflussungsschutz

2Um einen Gleisstromkreis gegen äußere Beeinflussungen zu schützen, werden abhängig von den Gegebenheiten unterschiedliche Maßnahmen getroffen. Hierzu zählt die Wahl einer Speisefrequenz, die einen ausreichenden Abstand zu den Frequenzen der Fremdströme aufweist. Zusätzlich werden technische Verfahren zur Codierung integriert. Bei Nf-Gleisstromkreisen werden typischerweise wechselnde Drehstromphasen (Phasenselektivität) verwendet. Bei den Tf-Gleisstromkreisen spielt aufgrund des möglichen Verzichts von Isolierstößen die Verwendung unterschiedlicher Frequenzcodierungen (Träger- und Modulationsfrequenzen) zur Abschnittsabgrenzung eine wichtige Rolle. Ergänzend können am Empfänger auszuwertende Bitmuster übertragen werden. Auch werden Mindestbeeinflussungsdauern vorgesehen. [42,44,45,46]

Technische Einrichtungen in unmittelbarer Nähe werden galvanisch von den Gleisstromkreisen getrennt. Zudem sind Mindestabstände bei der Verlegung von Leitungen einzuhalten und notwendige Kreuzungen mit dem Gleis rechtwinklig zueinander auszuführen. In Fahrzeugen können Einrichtungen zur Abschaltung des Fahrstroms vorgesehen sein, wenn durch Prüfeinrichtungen das fahrzeugseitige Aussenden von Störfrequenzen ab einer bestimmten Zeitdauer erkannt wird. [42]

Widerstände im Gleisstromkreis

Die Schienen sind nur unvollkommen gegeneinander sowie gegen das Erdreich isolierbar. Dadurch fließen Ableitungsströme. Um diese zu reduzieren und damit eine fehlerhaften Besetztzustand zu verhindern, muss der Bettungswiderstand möglichst groß sein. Stahlschwellen eigenen sich aufgrund ihrer Leitfähigkeit daher nur bedingt (nach aufwendiger Isolierung) zur Verwendung von Gleisstromkreisen. Auch eine witterungsbedingte Feuchtigkeit des Untergrundes sowie der Schwellen, Verschmutzungen des Gleisbetts sowie konstruktive Einschränkungen lassen Ableitungsströme entstehen. Diese sind dabei starken Schwankungen durch sich ändernde Umwelteinflüsse unterworfen und können im Vergleich zu kalten, trockenen Bedingungen stark (um den Faktor 100) schwanken. [42,44,45,48]

Der Schienenlängswiderstand beschreibt den Widerstand der Schiene als elektrischen Leiter. Der Widerstand setzt sich aus einer ohmschen und induktiven Komponente zusammen. Mit steigender Speisefrequenz sowie zunehmender Länge der Schiene nimmt der Widerstand bei Verwendung von Wechselstrom stark zu. In Kombination mit dem Bettungswiderstand muss der Strom zwischen Sender und Empfänger noch ausreichend groß sein, um den Freizustand detektieren zu können. Nach gewissen Abschnittslängen ist die Dämpfung jedoch zu groß und ein ausreichender Stromfluss nicht mehr möglich. [17,42,44,48]

Die elektrische Leitfähigkeit zwischen Rädern, Achsen und Schienen wird durch den Achsnebenschlusswiderstand eingeschränkt. Damit bei einer Gleisbelegung der Strom über die Achse geleitet wird und das Gleisrelais mangels Stroms abfällt, muss der Widerstand klein genug sein. Dies muss bereits bei einer sich im Abschnitt befindenden Achse der Fall sein. [37,42,44,45,48]

Im Mittelpunkt steht die Kontaktfläche zwischen Rad und Schiene. Die jeweiligen Oberflächen können durch ihre Beschaffenheit (Rost) und durch zwischen ihnen liegende Fremdkörper (Blätter, Sand) eine isolierende Wirkung aufweisen. Auch die Masse des Fahrzeugs (Achsdruck) stellt eine Einflussgröße auf den Widerstand dar. [37,42,44,45,48]

Gewährleistung des Achsnebenschlusses

7Um den Achsnebenschlusswiderstand zu reduzieren, sind die Schienen eines Gleisstromkreises regelmäßig zu befahren, wodurch sich bildender Rost abgetragen wird. Im Bereich der Deutschen Bahn sind die Gleise mindestens alle 24 Stunden zu befahren. Die Gleisfreimeldeanlage gilt sonst nicht mehr als ordnungsgemäß wirkend. Zur Behebung dieses Umstands werden betriebliche Maßnahmen, wie eine Zugfahrt mit besonderem Auftrag und die Abschnittsprüfung (Freimeldung durch Hinsehen) notwendig. [49]

Ein weiterer beeinflussender Faktor ist die Verwendung von Sand, welcher unterstützend beim Anfahren oder Bremsen zur Reibungserhöhung durch eine Streueinrichtung des Zuges auf den Schienenkopf gestreut werden kann. Im Jahr 2013 kam es in Mainz zu einem Beinahe-Zusammenstoß zweier S-Bahnen, da ein Zug in einem Weichenbereich zum Stehen kam, der durch die isolierende Wirkung des beim Bremsvorgang eingesetzten Sands nicht als besetzt erkannt wurde. Der Zug drang dabei unbemerkt in den Fahrweg des anderen Zuges ein [55]. Durch das Eisenbahnbundesamt wurde daraufhin eine Allgemeinverfügung erlassen, das Sanden unterhalb von 25 km/h zu unterlassen und es in dennoch ausgeführten oder benötigten Fällen (bei einer Betriebsgefahr) dem Fahrdienstleiter sofort zu melden. [1]

Achsabstand

8Ein Abschnitt kann fälschlicherweise freigemeldet werden, wenn seine Länge den maximalen Achsabstand unterschreitet. Abschnitte sind daher länger als der größtmögliche Achsabstand zu planen. Im Regelfall werden 30 m angesetzt, die nur bei Sonderfällen (Weichenbereich, Streckschutz) unterschritten werden dürfen. [57]

Die in diesem Beitrag verwendeten Abbildungen stellen die Gleisstromkreise schematisch ohne Längenbezug dar. Sie sind daher in einer wesentlich größeren Ausdehnung zu betrachten.

Trennung von Gleisfreimeldeabschnitten

Unter Berücksichtigung der in #2 dargestellten Maßnahmen erfolgt die Abgrenzung von Freimeldeabschnitten durch zu definierende Trennstellen.

Isolierstoß

Um einzelne Abschnitte voneinander abzugrenzen, können elektrisch isolierende Trennstöße verwendet werden. In einfachster Form werden dazu am gewünschten Übergang die Schienen mechanisch unterbrochen. Zwischen die beiden Schienenenden wird eine Isoliereinlage eingefügt. Um die beiden Schienen wieder zu verbinden, werden Schienenfußlaschen mit isolierendem Material beidseitig angebracht, die zugehörigen Bolzen durch isolierende Kammern geschoben und anschließend verschraubt. [17,40,45,48] Derartige Stöße können vor Ort angefertigt oder als vorbereitetes Schienenstück fertig zum Einbau in eine Lücke eingeschweißt werden.

Schräger Isolierstoß

Bei Verwendung des schrägen Isolierstoßes wird der Schienenkopf in einem Winkel von etwa 30° zur Schiene eingeschnitten, um die mechanischen Belastungen (Verschleiß) am Stoß sowie akustische Emissionen zu reduzieren. Schienensteg und Fuß werden wiederum im Winkel von 90° abgetrennt, um die Druckkräfte in Längsrichtung weiterhin übertragen zu können. Die beiden Schienenenden werden anschließend mit Laschen verschraubt und durch Epoxydharz (unlösbar) verklebt. Aufgrund ihrer aufwendigen Konstruktion werden derartige Stöße mit kurzen Schienenstücken vorgefertigt und anschließend in die Schienenlücke vor Ort eingebracht und an beiden Enden verschweißt. [17,48]

Schienenstöße sind erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt. In den heutzutage üblicherweise durchgehend verschweißten Schienen bilden sie Unebenheiten, die sich negativ auf den Fahrzeuglauf auswirken, im Betrieb verschleißen und gewartet werden müssen. [17,46]

Elektrischer Trennstoß

Bei der Verwendung von tonfrequenten Gleisstromkreisen können Abschnittsgrenzen durch das galvanische Verbinden beider Schienen realisiert werden ohne Isolierstöße einsetzen zu müssen. In GlGlC Elektrische Trennstöße (Verbinder) wird auf die Funktionsweise weiter eingegangen. [44]

GlGlB: Niederfrequenter Gleisstromkreis

Der niederfrequente Gleisstromkreis basiert auf den zuvor in GlGlA basierenden Gegebenheiten. Für seine Verwendung auf elektrifizierten Strecken mit 16 2/3 Hz als auch auf nichtelektrifizierten Strecken haben sich im deutschen Netz Frequenzen von 42 Hz und 100 Hz bewährt. In Gleichstromnetzen, wie der Hamburger S-Bahn, dominiert die Verwendung einer Frequenz von 42 Hz. [42,46]

Mit den Nf-Gleisstromkreisen lassen sich typischerweise Abschnittslängen von bis zu 1000 m realisieren. Sie lassen sich auf bis zu 2500 m verlängern, wenn mittig des Abschnitts der Sender positioniert wird und sich an den Abschnittsgrenzen je ein Empfänger befindet. [48,52]

Niederfrequente Gleisstromkreise besitzen bis heute den größten Verbreitungsgrad bei Gleisstromkreisen im deutschen Schienennetz und stellen den Regelfall für die Gleisfreimeldung in Relaisstellwerken dar. [42,46]

Der Aufbau von niederfrequenten Gleisstromkreisen gestaltet sich recht einfach. Die Produkte der einzelnen Hersteller unterscheiden sich technisch wenig.

Seit der Einführung sind keine nennenswerten Entwicklungsstufen und nur wenige Weiterentwicklungen im Bereich der Nf-Gleisstromkreise zu verzeichnen. Die Prinzipien bestehen bis heute unverändert fort.

Innenanlage

Sicherungstechnische Anlagen bestehen aus einer Innen- und einer Außenanlage. Die Innenanlage befindet sich im Regelfall im Stellwerksgebäude und beinhaltet hier ein spezielles Relais, das den Zustand des Gleisstromkreises repräsentiert.

Bei diesem sogenannten Gleisrelais handelt es sich klassischerweise um ein Motorrelais. Für die Gleisfreimeldung ist es als Zweiphasen-Asynchron-Motor bzw. Zweilagen-Motor konstruiert. Durch das Anlegen von zwei statt drei Phasen kann es keine vollen Umdrehungen ausführen. Stattdessen besitzt es einen Bewegungsradius von 90 Grad mit zwei Endlagen. Wird zur dauerhaft anliegenden Hilfsphase die korrespondierende Phase des Gleisstromkreises desselben Drehstromnetzes angelegt, führt der Motor eine 90 Grad-Drehbewegung aus und betätigt dabei ein Kontaktelement. Wird die Gleisphase (Steuerphase) getrennt (Belegung des Gleises durch einen Zug), dreht sich der Anker durch das Gewicht der Kontakteinrichtung um 90 Grad zurück in die Ausgangsposition. Das Motorrelais arbeitet phasen- und frequenzselektiv und ist damit vor Fremdbeeinflussung geschützt. [42,48,51]

Das Motorrelais ist durch die Mechanik aufwendig in der Fertigung und muss einer regelmäßigen Wartung unterzogen werden. Daher wurde eine neuere Variante entwickelt, die vollkommen elektronisch ohne bewegliche Teile arbeitet. Sie wird deshalb auch als elektronisches Gleisrelais bezeichnet. Sie besitzt die gleichen Anschlusskontakte und verhält sich nach außen hin wie das klassische Motorrelais. Durch den möglichen 1:1-Austausch ersetzt sie daher zunehmend die mechanisch arbeitenden Motorrelais. [42]

Außenanlage

Am Gleis befinden sich Einspeise- und Ausspeiseeinrichtungen als Sender und Empfänger. Die technischen Komponenten sind in Gleisanschlussgehäusen untergebracht, die oftmals in einer gelben Gestalt daherkommen.

Bei der gezeigten Ausführung handelt es sich um ein Fabrikat von Siemens & Halske (bzw. später Siemens). Das Gehäuse ist zweigeteilt. In ihm können zwei Einspeisungen, zwei Ausspeisungen oder eine Aus- und Einspeisung untergebracht werden. Früher wurde häufig nur eine Gehäusehälfte verwendet, um die andere Hälfte als Reserve für Umbauten vorzuhalten. [51]

In der neueren Variante von Siemens kommt ein universelles Aluminiumgussgehäuse mit Kunststoffdeckel zum Einsatz, wie es auch für die Unterbringung von Achszählkomponenten verwendet wird.

Das Gleisanschlussgehäuse von Standard Elektrik Lorenz (SEL) besteht ebenfalls aus Gusseisen. Es kann auch zwei Einrichtungen beinhalten.

Im Bereich der ehemaligen Deutschen Reichsbahn (DR) ist noch häufig Technik vom Werk für Signal- und Sicherungstechnik Berlin (WSSB) anzutreffen. In diesem Gehäuse ist entweder eine Einspeisung oder Ausspeisung untergebracht.

Ebenfalls im Bereich der ehemaligen DR befinden sich noch EZMG-Stellwerke, bei denen das Gleisanschlussgehäuse in einer deutlich größeren Ausführung daher kommt.

Ein- und Ausspeisung

Innerhalb des Gleisanschlussgehäuses befindet sich bei einer Einspeisung ein Transformator, der aus einem Drehstromnetz gespeist wird und die Spannung zur Abgabe an das Gleis heruntertransformiert. In Kombination mit einem Dämpfungswiderstand und in Abhängigkeit der Abschnittslänge sowie des Bettungswiderstands wird eine Ausgangsspannung gewählt, die einen sicheren Anzug des Gleisrelais gewährleistet [42]. Der Widerstand begrenzt zugleich den Speisestrom im Fall eines Kurz- bzw. Achsnebenschlusses. [43,51]

Bedingt durch die unvollkommene Isolierbarkeit der Schienen und den auftretenden Widerständen kommt an der Ausspeiseseite eine geringere Spannung an. Diese wird innerhalb des Gleisanschlussgehäuses wiederum herauftransformiert und zur Innenanlage geleitet. Dort lässt die Ruhestromspannung das Gleisrelais anziehen.

Ein- und Ausspeisung werden an den Abschnittsenden angeschlossen, um einen sicheren Abfall des Gleisrelais mit Belegung des Abschnitts zu gewährleisten und Schienenbrüche erkennen zu können. [45]

Einschienige Isolierung

Grundsätzlich besteht bei der Einrichtung von Gleisstromkreisen die Möglichkeit, zur Rückführung des Traktionsstroms sowie für die Bahnerdung eine Schiene oder beide Schienen zu verwenden. Dieser Abschnitt geht auf die einschienige Isolierung ein.

Bei der einschienigen Isolierung wird eine der beiden Schienen mit Trennstößen unterbrochen und von ihrem Umfeld elektrisch isoliert. Sie wird als isolierte Schiene bezeichnet (nicht zu verwechseln mit der Isolierten Schiene aus DeZuA).

Die andere Schiene ist nicht isoliert. Sie gewährleistet dadurch die Triebstromrückführung und dient der Schutzerdung. Sie wird als Erdschiene bezeichnet. [42,46,51] Sie wird im Folgenden in Weiß dargestellt.

Die Seiten von isolierter Schiene und Erdschiene können abschnittsweise gewechselt werden. Dadurch werden Isolierstoßschäden (Überbrückungen) durch den auftretenden Kurzschluss erkannt. Die wechselnden isolierten Schienen benötigen dazu jeweils einen Trennstoß, weshalb beide Schienen elektrisch unterbrochen werden. Durch den Einsatz von Diagonalverbindern werden die einzelnen Erdschienen wieder durchgängig miteinander verbunden. [42,45,48,52]

Das Foto zeigt einen derartigen Diagonalverbinder mit der Verwendung zweier Stöße. Hier im Beispiel befindet sich im Trennstoßbereich nur eine Einspeisung für den Abschnitt Gleis 7d. Das angrenzende Gleis gehört zum dritten Strang der Weiche W70. Da sich an den beiden anderen Strängen schon je eine Ein- und Ausspeisung befindet, wird hier keine weitere Einrichtung vorgesehen.

In dieser Darstellung ist die Isolierung von Weichenverbindungen zu sehen. Abhängig von der spezifischen Gleisfeldsituation und zu bildenden Gleisfreimeldeabschnitten können Stöße verschieden gesetzt und andere Aufteilungen zwischen Erdschienen und isolierten Schienen vorgenommen werden.

Zweischienige Isolierung

Bei der zweischienigen Isolierung werden jeweils beide Schienen mit Trennstößen unterbrochen und gegeneinander isoliert (Hintergrund siehe folgend Wahl ein- oder zweischieniger Isolierung). Um dabei die Triebstromrückführung und Bahnerdung über beide Schienen zu ermöglichen, werden Drosseln eingesetzt, wobei Drosselstoßtransformatoren den Regelfall in Zentraleuropa darstellen [52]. Beide ermöglichen die Überbrückung der Isolierstöße für den Traktionsstrom, ohne die Freimeldeinformation des Gleisstromkreises zu beeinflussen. [42,44,46]

Die Drossel (Spule) besteht aus einer Unterspannungswicklung, die sich aus zwei einzelnen Hälften zusammensetzt. Beim hier dargestellten Drosselstoßtransformator ist zusätzlich eine Oberspannungswicklung vorhanden. In ihr wird im Grundzustand durch den gerichteten Stromfluss der gleichsinnig durchflossenen Unterspannungswicklung die Gleisfreimeldespannung induziert, die die Gleisphase für das Gleisrelais bildet. Durch den gerichteten Aufbau der Magnetfelder in den Spulenhälften entsteht zugleich ein hoher induktiver Widerstand, sodass die Verbindung keinen Kurzschluss zwischen den Schienen darstellt. [3,43,45,52]

Der Traktionsrückstrom fließt (nahezu) gleichmäßig durch beide Schienen in der gleichen Richtung. Er durchdringt beide Hälften der Unterspannungswicklung in entgegengesetzter Richtung. Die in beiden Spulenhälften entstehenden Magnetfelder heben sich gegenseitig auf. Dadurch entfällt auch der induktive Widerstand. Der Traktionsrückstrom wird durch eine Mittenverbindung entweder zur Unterspannungswicklung des benachbarten Gleisstromkreises oder direkt zur Bahnerdung abgeleitet. Durch die sich aufhebenden Felder wird in der Oberspannungswicklung keine Spannung induziert; das Gleisrelais bleibt unbeeinflusst. [3,17,43,52]

Da über die Gleisdrosseln und die jeweiligen Verbindungen zu den Schienen Triebströme im Bereich tausender Ampere fließen können, müssen sie entsprechend dimensioniert sein. [17]

Die Abbildung zeigt zwei Drosselstoßtransformatoren der Bauart WSSB.

Wahl ein- oder zweischieniger Isolierung

Gleisstromkreise mit einschieniger Isolierung besitzen einen einfacheren Aufbau. Nachteilig ist ihre höhere Anfälligkeit gegenüber Fremdbeeinflussungen (Triebrückstrom), die sich mit zunehmender Schienenlänge verstärkt. Bei der elektrischen Isolierung einer Schiene besteht zudem die Gefahr, dass einwirkende Fremdspannungen bzw. hohe Potentialunterschiede technische Einrichtungen oder Lebewesen schädigen können, wodurch die in Spannungsdurchschlagsicherung aufgeführten Schutzeinrichtungen zusätzlich verbaut werden müssen. Gleisstromkreise mit einschieniger Isolierung werden daher für kürzere Abschnitte eingesetzt. Sie kommen überwiegend bei Bahnhofsgleisen sowie in Weichen- und Kreuzungsbereichen zum Einsatz. [3,42]

Der Aufbau der zweischienigen Isolierung gestaltet sich aufwendiger als bei der einschienigen Lösung, weist dadurch aber einen höheren Beeinflussungsschutz auf. Aufgrund der Arbeitsweise lassen sich einfache Drosseln und Drosselstoßtransformatoren nur bei Gleisstromkreisen mit Wechselstrom einsetzen. [42,44,52]

Oftmals ist die Verwendung beider Schienen zur Rückführung des Triebstroms gefordert. Dies kann der Fall sein, wenn der Querschnitt einer Schiene zu diesem Zweck nicht ausreichend ist [17]. Tritt bei einschieniger Isolierung eine Beschädigung der zugehörigen Erdleitung oder ein elektrisch trennender Schienenbruch auf, ist durch die fehlende Möglichkeit zur Triebstromrückführung kein elektrischer Fahrbetrieb mehr möglich. Im Bahnhofsbereich wirkt dieser Fall weniger betriebshemmend, da zum einen die Erdschienen durch die Vielzahl an Weichenverbindungen auf mehreren Wegen mit der Rückleitung verbunden sind und zum anderen die Sperrung eines Bahnhofsgleises aus Verfügbarkeitsgründen weniger kritisch als die eines Streckengleises ist. Bei der zweischienigen Isolierung besteht in einem derartigen Fehlerfall noch die zweite Schiene zur Triebstromrückführung zur Verfügung. Aus genannten Gründen stellt die zweischienige Isolierung somit den Regelfall auf Strecken dar. [42,44,52]

Spannungsdurchschlagsicherung

Mit der Isolierung von Schienen bzw. allgemein elektrisch leitender Metallkörper gegen das Erdpotential besteht die Gefahr hoher Berührungsspannungen, wenn jenes isolierte Material durch äußere Umstände unter Spannung gesetzt wird. Hierbei kann es sich um einen Oberleitungsschaden handeln, bei dem die Fahrleitung mit einer isolierten Schiene in Berührung kommt, diese unter Spannung setzt und das Unterwerk dem Schaden nicht durch Abschaltung begegnet. Auch können Potentialverschleppungen oder Blitzeinschläge auftreten und damit Gefahren für Mensch und Tier sowie Schäden an technischen Einrichtungen entstehen. [8,45]

Um dem entgegenzuwirken, wurden Spannungsdurchlagsicherungen (SDS) entwickelt. Durch sie werden die isolierten Einrichtungen ab einer gewissen Potentialanhebung mit der Erdung verbunden. Eine derartige Sicherung besteht im Inneren aus zwei Elektroden, die gegeneinander isoliert sind und im Grundzustand keinen Stromfluss ermöglichen. Tritt eine definierte Potentialanhebung auf, entsteht zwischen den Elektroden ein Lichtbogen; der Strom fließt zur Erde ab. Bei geringen Energien erlischt der Lichtbogen und die Sicherung wirkt wieder isolierend. Kurzzeitig auftretende Stromspitzen werden von der Sicherung toleriert. Ist die Energie sehr hoch (Kurzschluss mit Oberleitung), dann verschweißen beide Elektroden und bilden eine dauerhafte Verbindung. Im Falle eines Gleisstromkreises entsteht durch den Kurzschluss eine Besetztmeldung. Die Sicherung muss dann ausgetauscht werden. [45]

Die SDS lassen sich im Bereich der ehemaligen DR an dem glockenartigen Aussehen erkennen. Eine Leitung führt jeweils zur isolierten Schiene, die andere zur Erdung. Je nach Abschnittslänge werden mehrere Sicherungen verwendet. [45]

Auch in anderen Ländern ist diese Form häufig anzutreffen. Dort kommt sie ebenfalls bei Gleisstromkreisen zum Einsatz. Sie ist aber auch bei Metallkörpern, wie Signalmasten oder Bahnsteigüberdachungen, anzutreffen.

Eine andere Variante ist besonders im Gebiet der ehemaligen Deutschen Bundesbahn verbreitet. Sie wird direkt am Schienenfuß angeklemmt und per Kupferseil mit der Erdung verbunden. Auch am Fuß von Oberleitungsmasten ist sie als Teil der „offenen Bahnerdung“ anzutreffen. [8]

GlGlC: Tonfrequenzgleisstromkreis

Tonfrequenz (Tf)-Gleisstromkreise arbeiten für gewöhnlich in einem Frequenzbereich von 10–20 kHz. Im Gegensatz zu den Nf-Gleisstromkreisen werden zur Abgrenzung von Abschnitten keine Isolierstöße benötigt. Stattdessen wird sich der physikalischen Gegebenheit bedient, dass sich mit zunehmender Frequenz der Schienenlängswiderstand exponentiell vergrößert und nach einer gewissen Distanz eine Selbstbegrenzung eintritt. Zur weiteren Eingrenzung und einer trennscharfen Abgrenzung werden spezielle Schienenverbinder eingesetzt sowie unterschiedliche Frequenzen je Abschnitt aus einem verfügbaren Spektrum gewählt. Ein in einen Abschnitt einfahrender Zug stört durch sein Befahren des Gleisstromkreises die eingespeiste Tonfrequenz des Senders derartig, dass der auf die Frequenz abgestimmte Empfänger die Gleisbesetzung erkennt. [17,44,48]

Im Gegenzug lassen sich im Vergleich zu Nf-Gleisstromkreisen nur kürzere Abschnitte überwachen. Tf-Gleisstromkreise werden daher in Bahnhofsbereichen und auf Strecken mit kurzen Blockabständen (Stadtverkehr, S-Bahn) eingesetzt [52]. Die erzielbaren Längen sind jeweils vom Produkt des Herstellers sowie den äußeren Bedingungen abhängig. Als Richtwert können je nach Einspeisung und vorliegenden Bedingungen 750 m bei gewöhnlicher Einspeisung und 1500 m bei mittiger Einspeisung und zwei Ausspeisepunkten an den Abschnittsenden angenommen werden. Für längere Abschnitte ist eine Kaskadierung mehrerer Gleisstromkreise möglich. Auch ist eine Überlagerung von Nf- und Tf-Gleisstromkreisen möglich, um bspw. eine Überwachung des Durchrutschweges per Tf-Gleisstromkreis innerhalb eines Gleisabschnitts mit Nf-Gleisstromkreis zu realisieren. [17,52]

Durch die Verwendung des Frequenzbereichs oberhalb des Spektrums der Triebrückströme wird zudem ein hoher Beeinflussungsschutz erreicht. [17]

Technischer Aufbau

Der Sender besteht zunächst aus einem mit Wechselstrom gespeisten Oszillator, der die verwendbaren Tonfrequenzen erzeugt. Für den jeweiligen Abschnitt wird daraus die zu verwendende und von benachbarten Abschnitten zu unterscheidende Frequenz ausgewählt. Sie wird anschließend verstärkt und durchläuft einen Filter, der andere vom Sender ausgehende Frequenzen (Einkopplungen) unterbindet. Durch eine anknüpfende Abstimmbaugruppe wird der jeweils verwendete Verbinder (siehe Elektrische Trennstöße (Verbinder)) im Gleis auf die Sendefrequenz abgestimmt. [15,17,44]

Das Tonsignal wird durch die Gleise an den Empfänger geleitet. Durch eine dortige Abstimmbaugruppe wird der sich bildende Schwingkreis derart eingerichtet, dass seine Frequenz unter Berücksichtigung des Schienenwegs (Impedanz) und der Art des Abgriffs (Eigenschaften des Verbinders) mit der Frequenz des Senders übereinstimmt (Parallelresonanzkreis). Wird der Abschnitt befahren, ändert sich durch das Kurzschließen beider Schienen die Impedanz und damit auch die Frequenz am Empfänger. In der Empfangseinrichtung wird die Änderung nach einem eingehenden Filter sowie Signalverstärker von einer nachgelagerten Auswerteeinrichtung erkannt: Sie lässt das zuvor angezogene Relais abfallen. [17,42,44]

Elektrische Trennstöße (Verbinder)

Für eine genaue Abgrenzung von Freimeldeabschnitten werden unterschiedliche Verbinder als elektrische Trennstöße eingesetzt. Sie werden durch spezielle Leiterschlaufen und Schaltungen am Gleis realisiert und stellen Verbindungen zwischen den beiden Schienen her. [17,42,48]

Eine einfache Variante stellt der Kurzschlussverbinder dar. Die Schienen werden hinter dem Sender bzw. Empfänger kurzgeschlossen. Hierbei ist zu beachten, dass ein Achsnebenschluss von dem vorliegenden Kurzschluss nicht ohne weiteres unterscheidbar ist und daher ein kurzer unüberwachter Bereich entsteht. Um keine ungewünschten Freimeldelücken zwischen Abschnitten zu verursachen, wird der Kurzschlussverbinder daher vornehmlich an Übergängen zu Abschnitten ohne technische Freimeldung oder beim Wechsel zur Achszählung eingesetzt. [17,48]

Um einen vollständig überwachten Bereich im Übergang von Freimeldeabschnitten zu gewährleisten, wurden in der Anfangszeit Diagonalverbinder oder Z-Verbinder eingesetzt. Durch die versetzte Anordnung der Anschlusspunkte entsteht eine Überlappung der beiden Abschnitte. Eine in den Bereich des elektrischen Trennstoßes einfahrende Achse führt somit zu einer Verstimmung beider Resonanzkreise und damit zu einer Besetztmeldung in beiden Abschnitten. Die Abgrenzung ist jedoch nicht trennscharf. Eine sich kurz vor dem Trennstoß befindliche Achse führt durch aufbaubedingte Potentialunterschiede zwischen Schienen und Verbinder bereits zu einer Verstimmung des zugehörigen Resonanzkreises. [17]

Dieser Umstand wird durch den heute geläufigen S-Verbinder behoben. Er kombiniert die Vorteile des Kurzschlussverbinders (genaue Abgrenzung) und des Diagonal- bzw. Z-Verbinders (Überlappung der Freimeldeabschnitte) miteinander. Hierzu werden die parallel zur Schiene verlaufenden Leiter direkt zum Schienenfuß hin verschoben. Dadurch erhöht sich die Kopplung zur Schiene und es stellt sich eine annähernde Potentialgleichheit ein, wodurch ein Verhalten wie beim Kurzschlussverbinder vorliegt. [17,42]

Ergänzend existiert ein Endverbinder, der an Übergängen mit Isolierstößen eingesetzt wird. Dieser verhält sich ähnlich zum S-Verbinder und lässt im Gegensatz zum Kurzschlussverbinder keine Überwachungslücke entstehen. Er wird häufig in engen Weichenbereichen eingesetzt, wo kein Platz für S-Verbinder vorhanden ist und daher mit klassischen Trennstößen gearbeitet wird.

Die flächenmäßige Ausdehnung eines Verbinders ist abhängig von der eingesetzten Technik und zumeist auch von der Länge des Freimeldeabschnitts. So weist eine Schlaufe des S-Verbinders beim FTG S 917 eine Länge von 3,5 m auf, während sie beim FTG S 46 eine Ausdehnung von 9,5 m besitzt (Produkte siehe nachfolgend in Entwicklungen der Hersteller). [16]

Für die Positionierung von Objekten (bspw. Eurobalisen) innerhalb der Verbinder (bzw. in deren unmittelbarer Nähe) sind gewisse Abstände einzuhalten.

Die Abbildung zeigt ein Tf-Gleisanschlussgehäuse von Siemens. Es entspricht äußerlich dem neueren Nf-Gehäusetyp mit weniger Höhe.

Entwicklungen der Hersteller

Im Bereich der tonfrequenten Gleisstromkreise sind einige technische Entwicklungen seitens der Hersteller zu nennen. Allgemein ist zu sagen, dass die einzelnen Produkte mit dem zunehmenden technologischen Fortschritt und den gemachten Erfahrungen aus dem Betrieb störunempfindlicher, zuverlässiger und eigensicherer (bspw. durch die Verdopplung gewisser Funktionseinheiten) wurden. Dieser Abschnitt gibt einen (unvollständigen) Überblick über verschiedene Systeme. Die Informationen speisen sich aus verfügbaren Dokumenten, die jedoch nur eine Momentaufnahme eines gewissen Zeitpunkts widerspiegeln. Die dargestellten Jahreszahlen sind aufgrund unterschiedlicher Datierungsmöglichkeiten (Veröffentlichung, Zulassung, Erprobung, Regelbetrieb) eher als Orientierung für eine zeitliche Abfolge zu sehen.

Siemens

7Von Siemens wurde im Jahr 1969 der GLS 9/15 herausgebracht, der mit Frequenzen von 9,5–14,5 kHz arbeitet. Der GLS 9/15 unterstützt Abschnittslängen von 30–200 m bzw. 150–800 m je nach Konfiguration. Die Technik wurde vollständig in Gleisanschlussgehäusen untergebracht und der Freimeldezustand an Ausgaberelais bereitgestellt. [17,47]

Dies änderte sich mit der Vorstellung des FTG S 917 (Ferngespeister Tonfrequenz Gleisstromkreis Siemens, Frequenz 9,5–16,5 kHz) im Jahr 1982. Die Technik des Gleisanschlussgehäuses wurde Teil der Innenlage innerhalb des Stellwerks. Am Gleis verblieb nur eine passive Abstimmeinrichtung, die um eine Pegeleinstelleinrichtung zur Anpassung an die jeweiligen Leitungslängen ergänzt wurde. In der Innenanlage wird die Technik der Sende- und Empfangseinrichtung und des Gleisrelais für mehrere Gleisstromkreise zusammengefasst. Bei einer Entfernung zur Innenanlage von 4,5 km können Gleislängen von bis zu 300 m bei gewöhnlicher Einspeisung und bis zu 850 m bei mittiger Einspeisung abgedeckt werden. [15,16,42,46]

Mit dem FTG S 46 (Frequenz 4,75–6,25 kHz) wurde 1984 eine Variante mit größeren Wirklängen speziell für Strecken vorgestellt. Technisch entspricht der FTG S 46 dem FTG S 917 mit wenigen Ausnahmen, die auf die niedrigeren Frequenzen zurückzuführen sind. Bei vergleichbaren Bedingungen zum FTG S 917 können Längen von 600 m bzw. 1200 m (Mitteneinspeisung) bei einer Entfernung von 6,5 km zur Innenanlage erreicht werden. [16,46]

Im Jahr 2013 wurde das Track Circuit Module (TCM) 100 von Siemens als neue Innenanlage vorgestellt. Es kommt als Mikrocomputersystem in einer Kompaktbauform daher (siehe auch ACM-Familie in GlAzA #16). Für die einzelnen Abschnitte lassen sich Frequenzen zwischen 4,75–16,5 kHz verwenden. [34]

Standard Elektrik Lorenz (SEL)

8SEL stellte 1981 seine Lösung mit dem FME L 20/80 (20 kHz) vor. Hierbei werden Abschnitte von bis zu 300 m bzw. 750 m (Mitteneinspeisung) abgedeckt. Ab 1984 wurden die weiteren Produkte FTG L 48 sowie FTG L 1017 angekündigt. [47]

Werk für Signal- und Sicherungstechnik Berlin (WSSB)

9Im Bereich der Deutschen Reichsbahn wurde 1965 von WSSB ein Tonfrequenzgleisstromkreis mit 16 kHz vorgestellt. Es folgte eine Entwicklung des EON-1 mit 10 kHz von ZWUS aus Kattowitz und die Nachfolgeversion EON-3 von WSSB. 1989 wurde der MEGSK vom Gerätewerk Leipzig präsentiert, der mit Frequenzen 5–8,5 kHz für lange und 15,5–26 kHz für kurze Bahnhofsgleise arbeitet. [47]

GlAzA: Achszählung

Für die Achszählung werden an den Grenzen eines zu überwachenden Abschnitts Zählstellen definiert, an denen die Achsen (bzw. Räder) eines Zuges punktförmig und fahrtrichtungsabhängig erfasst werden. Je Zählstelle resultieren bei der Befahrung Impulsfolgen, die an eine Auswerteeinrichtung weitergegeben werden. Die Einrichtung summiert die empfangenen Impulse auf und setzt sie richtungsbezogen und abschnittsweise zueinander in Beziehung. Auf Grundlage der Differenz der ein- und ausgefahrenen Achsen wird auf den Frei- oder Besetzzustand des jeweiligen Abschnitts geschlossen. Beträgt die Differenz der Achszahlen Null, ist der Abschnitt frei. [45,48,52]

Die Freimeldeinformation wird indirekt aus dem Vergleich gezählter Achsen ermittelt. Da die Informationen zu den Achsen nur an den Begrenzungspunkten während der Überfahrt gebildet werden und dadurch flüchtig sind, müssen die jeweiligen Zählergebnisse und damit die Freimeldeinformationen durch das Achszählsystem gesichert werden. Im Gegensatz zu Gleisstromkreisen steht nach zwischenzeitlichen Ausfällen, wie dem Anlauf beteiligter Komponenten nach einem Stromausfall, keine gesicherte Freimeldeinformation zur Verfügung. Betroffene Abschnitte werden damit als Besetzt gemeldet und sind durch betriebliche Maßnahmen in Grundstellung zu bringen. [42,45,48,52]

In den heute verfügbaren Auswerteeinrichtungen lassen sich durch die Verwendung von Schienenkontakten und dem Einsatz technischer Hilfsmittel nahezu beliebig lange Freimeldeabschnitte realisieren. [52]

Geschichtliche Entwicklung und die Bedeutung der Achszähltechnik heute

Das Prinzip der Achszählung geht auf Patente aus den 1910er Jahren zurück. In den Anfängen wurden zunächst mechanische Schienenkontakte verwendet, die sich jedoch für die präzise Zählung als wenig geeignet herausstellten (siehe DePuA Mechanisch arbeitend). Es brauchte einige Zeit, bis die Magnetschienenkontakte (siehe DePuA Magnetisch arbeitend) Ende der 1940er Jahre auf den Markt kamen und der Achszählung neuen Aufschwung gaben. [11,35,47,58]

Parallel wurden motorische Zählwerke entwickelt, die sich aus einer Zähleinrichtung und einem Vergleichsgerät zusammensetzen [35]. Das 1954 von Siemens & Halske vorgestellte Motorzählwerk basiert auf einem Drehfeldmotor, der durch Impulse schrittweise und richtungsabhängig gedreht wird. Wird ein Motor somit mit zwei Zählstellen verbunden, führt dieser durch das Einfahren impulsweise Drehungen in einer Richtung und durch das Ausfahren Drehungen in gegenläufiger Richtung aus. Bei einem freigefahrenen Abschnitt befindet sich der Motor somit wieder in der Ausgangsposition. Alternativ können je Zählpunkt eigene Motoren verwendet werden, bei denen ein Vergleichsgerät die Umdrehungsanzahlen beider Motoren in Beziehung zueinander setzt. Durch zusätzliche Überwachungskreise wird das Wirken des Zählwerks geprüft und eine unzeitige Freimeldung verhindert. [35,47]

1961 wurde durch Siemens & Halske eine neue Version des Motorzählwerks vorgestellt. Sie ist durch einen geänderten Aufbau störungsunempfindlicher und kann gleichzeitig befahrene Impulsgeber zur Ein- und Auszählung verarbeiten. Durch den technischen Aufbau wurde eine Zählung von 255 Achsen möglich. [35,47]

In den 1960er Jahren kamen zunehmend elektronische, auf Transistortechnik basierende Auswerteeinrichtungen auf den Markt. Zugleich wurden auf dem induktiven Wirkprinzip beruhende Schienenkontakte eingeführt (siehe DePuA Induktiv arbeitend). Mit Stand der 1960er Jahre sollte sich die Achszähltechnik besonders dort etablieren, wo Gleisstromkreise sich nur mit hohem Aufwand realisieren lassen (Isolation bei Stahlschwellen, Gleisbettung zu stark leitend), große Distanzen zu überwachen (Blockabschnitte auf der Strecke) oder Isolierstöße in eigentlich durchgängig verschweißten Abschnitten zu vermeiden sind [35]. Aufgrund der noch einfach aufgebauten Zähllogik verfügbarer Auswerteeinrichtungen war die Anwendung in Bahnhöfen mit den teils großen Weichenbereichen zu diesem Zeitpunkt noch zu komplex.

1975 verfügte die Deutsche Bundesbahn die ausschließliche Verwendung von Achszählanlagen bei durchgehenden Hauptgleisen und Gleislängen von mehr als 750 m in Neuanlagen. [47]

Mit dem Einsatz von Rechnertechnik in den 1990er Jahren konnten Auswerteeinrichtungen wesentlich kompakter gebaut werden und funktionierten zuverlässiger. Immer komplexere Anlagen und höhere Geschwindigkeiten konnten beherrscht werden. [47] Dieser Trend setzt sich bis heute fort. Mit dem zunehmenden technologischen Fortschritt wurde das Anwendungsgebiet im Bereich der Deutschen Bahn ausgeweitet, sodass heutzutage die Verwendung der Achszähltechnik den Standardfall für die Ausrüstung in Bahnanlagen darstellt.

Grundlegender Aufbau

Die Detektion der Achsen zusammen mit ihren Rädern erfolgt durch Schienenkontakte. Sie bestehen zur Richtungserkennung aus zwei Sensorsystemen. Die Sensoren können in eigenständigen Gehäusen direkt nebeneinander montiert werden oder sich in einem gemeinsamen Gehäuse befinden (Regelfall). Gängige Schienenkontakte zur Achszählung sind zusammen mit ihrem Wirkprinzip in DePuA Induktiv arbeitend aufgeführt. [26,48]

Ein Schienenkontakt ist mit einer technischen Funktionseinheit verbunden, die sich entweder im Kontakt selbst oder in einem Gleisanschlussgehäuse in unmittelbarerer Nähe befindet (Regelfall). Die Einheit versorgt den Kontakt mit Strom, wertet die analogen Signale der Sensoren aus und stellt ein aufbereitetes Signal zur Verfügung. Des Weiteren prüft sie, ob die vorliegenden Werte plausibel sind (Überlappung der Sensorbereiche bei Befahrung) und ob ein Störzustand, wie eine veränderte Position des Sensorsystems, vorliegt. [13,44,48]

Je nach technischer Realisierung kann die Einheit das Signal selbst interpretieren, die Fahrtrichtung ableiten, eine Zählung ausführen und den digitalen Zählerstand zur Verfügung stellen [13,44,48].

Schienenkontakt und zugehörige Funktionseinheit im Gleisanschlussgehäuse werden zusammen als Zählpunkt (Zp) bezeichnet und stellen die Außenanlage dar [26]. Ein Zählpunkt wird allgemein auch Achszähler genannt [42].

Die einzelnen Zählpunkte stellen ihre Signale bzw. Zählinformationen einer Auswerteeinrichtung zur Verfügung. Sie wird technologie- und herstellerspezifisch auch als Achszählrechner oder Zählwerk bezeichnet. Sie befindet sich als Teil der Innenanlage typischerweise im Stellwerksgebäude. Bei kleineren Insellösungen kann sie sich auch in Gleisnähe befinden oder im Zählpunkt selbst integriert sein. [26,30]

Die zu einem Abschnitt zugehören Zählpunkte werden in der Auswerteeinrichtung definiert. Die Anzahl von Zählpunkten und Freimeldeabschnitten, die von einer Einrichtung verarbeitet werden können, ist von dem jeweils verwendeten Produkt und seiner Technologie abhängig.

Die Einrichtung nimmt die eigentliche Zählung der ein- und ausgefahren Achsen für die hinterlegten Abschnitte vor und bildet die Gesamtaussage zum Frei- bzw. Besetztzustand. Dabei stellt sie den Zustand einem nachgelagerten System (typischerweise Stellwerk) zur Verfügung. [44,48]

Je nach Typ der Auswerteeinrichtung kann ein Zählpunkt innerhalb der Einrichtung mehrfach ausgenutzt werden und dieser für die Auswertung mehrerer Abschnitte auch über mehrere Einrichtungen hinweg herangezogen werden.

Alternativ kann typabhängig ein physischer Zählpunkt an zwei Auswerteeinrichtungen zur Doppelnutzung angebunden werden.

Bei beiden Verfahren wird somit die Information eines Zählpunkts für das Einzählen des einen und das Auszählen des anderen Abschnitts verwendet. [48]

9In den Anfängen der Achszähltechnik konnte ein Zählpunkt technologiebedingt nur einem konkreten Abschnitt innerhalb einer Auswerteeinrichtung exklusiv zugeordnet werden (Einzelabschnittsprinzip, analog zu #6). Später wurde die Mehrfachausnutzung in Auswerteeinrichtungen nach dem Mehrabschnittsprinzip realisiert (analog zu #7), welches weitergehende Verfahren ermöglicht (bspw. die Korrektur einer fehlerhaften Zählung eines Zählpunkts durch die Betrachtung mehrerer Zählpunkte) [42].

Das Einzelabschnittsprinzip wird auch heute noch für kleinere Systeme, wie Bahnübergänge oder Blockabschnitte auf der freien Strecke, verwendet. Aus Gründen der Verfügbarkeit kann zudem auf die gemeinsame Nutzung von Zählpunkten (analog zu #6 und #7) verzichtet werden. Hierzu werden an der Abschnittsgrenze zwei Zählpunkte positioniert und diese getrennt voneinander angebunden. Dies ist bspw. für die Ausrüstung der Stuttgarter S-Bahn-Stammstrecke im Rahmen des Bauprojekts Digitaler Knoten Stuttgart (DKS) vorgesehen [9].

Entwicklungen der Hersteller

Im Laufe der Zeit brachten verschiedene Hersteller Produkte für die Achszählung und deren Auswertung heraus. Die stetigen Weiterentwicklungen sind geprägt von höheren Erfassungsgeschwindigkeiten, besseren Störfestigkeiten sowie Zusatzfunktionen für den Betrieb, wie einer Selbstkalibrierung der Zählpunkte oder erweiterten Wartungsmöglichkeiten.

Dieser Abschnitt gibt einen (unvollständigen) Überblick über verschiedene Systeme. Die Informationen speisen sich aus verfügbaren Dokumenten, die jedoch nur eine Momentaufnahme eines gewissen Zeitpunkts widerspiegeln. Die dargestellten Jahreszahlen sind aufgrund unterschiedlicher Datierungsmöglichkeiten (Veröffentlichung, Zulassung, Erprobung, Regelbetrieb) eher als Orientierung für eine zeitliche Abfolge zu sehen. (Bei sachdienstlichen Hinweisen gerne melden.)

Siemens & Halske, ab 1969 Siemens, seit 2018 Siemens Mobility

10Nachdem Siemens & Halske in den 1950er Jahren bereits Zählwerke auf Motorbasis veröffentlicht hatte und die Entwicklung auch danach weitertrug, wurde 1967 das Prinzip eines elektronischen, auf Transistor-Gattern basierenden Achszählsystems vorgestellt, wie es zuvor bereits in Rangierbahnhöfen zum Einsatz kam. Als Schienenkontakt wurde ein neu entwickelter, elektronischer Doppelimpulsgeber eingesetzt. [24]

Die Innenanlage wurde 1974 unter der Bezeichnung AzS 70 (Achszählsystem Siemens Jahr 1970) veröffentlicht. Der zuvor entwickelte Schienenkontakt wurde nochmalig angepasst. Er umfasst als elektronischer Schienendoppelkontakt (DEK) beide Sensorsysteme in einem gemeinsamen Gehäuse und bildet zusammen mit einer Baugruppe im Gleisanschlussgehäuse den ZP 70 (Zählpunkt Jahr 1970). [47]

Mit dem 1987 vorgestellten Zählpunkt ZP 43 wurde die Betriebsfrequenz von 10 kHz auf 43 kHz angehoben. [24,26]

Die Abbildung zeigt den ZP 43 in der Versionen E (Elektronisch) bzw. M (Motorzählwerk).

Die Version ZP 43 V kommt in kompakterer Form daher.

13Im Jahr 1993 folgte die Vorstellung des Az S 350 (Achszählsystem Siemens Höchstgeschwindigkeit 350 km/h), das auf der ESTW-Plattform Simis C beruht und damit mikrocomputerbasiert arbeitet. [14]

Die Achszählfamilie wurden um verschiedene Varianten des Az S (M) 350 (Achszählsystem Siemens Mehrabschnittmöglichkeit Höchstgeschwindigkeit 350 km/h) erweitert. Die mit B, M und T geführten Varianten wurden später in der Universalversion Az S 350 U zusammengefasst und erweitert. [21]

Als neue Serie wurde um 1995 der Az S M (Achszählsystem Siemens Mehrabschnitt) veröffentlicht, welcher auf der Simis C-Nachfolgerplattform Simis 3216 Basis basiert. Es wurde zunächst eine Version Az S M (E) zur Anbindung an Siemens-ESTW vorgesehen. Später erschien mit dem Az S M (R) eine Version mit Relais-Schnittstelle zur Anbindung an beliebige Stellwerke sowie mit dem Az S M (PB) eine Variante zur Anbindung von Stellwerken mit dem Profibus. [2]

Mit dem ZP D 43 kam um das Jahr 2010 ein neuer Zählpunkt heraus, der die zuvor verwendete Analogtechnik hinter sich ließ, auf Basis eines Mikrocomputer-Systems neu entwickelt wurde und damit digital (D) arbeitet. Mit der Variante ZP D 43 I wurde eine Variante entwickelt, die die selbst gezählte Achsanzahl als Zählerstand via ISDN übermittelt. [4]

Im Vergleich zum ZP 43 kommt das Gleisanschlussgehäuse mit weniger Höhe daher.

16Im Jahr 2010 wurde das Achszählsystem AC 100 (Axle counter) als Nachfolger des Az S M vorgestellt. Es wurde auf Basis der Simis ECC-Plattform entwickelt, wie sie bei den Stellwerksbauformen Simis D und Simis W zum Einsatz kommt. Das System ist modular aufgebaut und stellt verschiedene Schnittstellen zur Anbindung unterschiedlicher Stellwerkstypen zur Verfügung. [13]

Mit der ACM-Serie brachte Siemens ab dem Jahr 2011 ein modulares Achszählsystem mit standardisierten Hardwarekomponenten in kompakter Form als Nachfolgesystem zum Az S (M) 350 heraus. Arbeitete der ACM 100 noch mit dem Schienenkontakt WSD (siehe DePuA #20) zusammen, konnten ab dem ACM 200 der ZP 43 und ZP D 43 verwendet werden. Die Freimeldeinformation wurde per Relais-Schnittstelle zur Verfügung gestellt. Mit dem ACM 250 wurde die Anbindung per Ethernet ermöglicht. [29,32,33]

SEL, ab 1988 Alcatel SEL, ab 2006 Thales, später GTS, seit 2024 Hitachi Rail

17In den 1950er Jahren begann Standard Elektrik Lorenz (SEL) mit der Entwicklung von Auswerteeinrichtungen. Im Jahr 1967 stellte SEL hierzu das System Az 65 SEL als Innenanlage vor [47]. Die Außenanlage besteht aus einem Satz elektronischer Schienenkontakte (Sk) mit zwei Sensorsystemen unter dem Namen Sk10 sowie einem Elektronikanschlusskasten (EAK), der die Baugruppen zur Auswertung der Signale enthält. Beide bilden zusammen den Zählpunkt. [22]

Die Innenanlage wurde in den 1970er Jahren mit dem Nachfolgesystem AzL 70 angepasst. [41]

Auch wurde ein neuer Schienenkontakt Sk11 entwickelt, der in einer kompakteren Bauform daherkommt. [41]

Die beiden Sensorsysteme des Sk11 werden jeweils mit einem leichten Versatz sich gegenüberstehend an beiden Schienen montiert.

20SEL brachte in den 1980er Jahren den Schienenkontakt Sk30 heraus, bei dem beide Sensorsysteme als Doppelkontakte an einer gemeinsamen Schiene montiert werden (siehe auch DePuA #25). Der EAK erhielt ein neues Innenleben und wurde Teil des neuen Zp30. [27,47]

Mit dem 1992 von Alcatel SEL vorgestellten Zählpunkt Zp30C wurde der EAK als Mikrocomputer-System neu entwickelt. Zusammen mit der Variante Zp30C-NT wird auf die als EAK30C bzw. EAK30C-NT bezeichneten Systeme zurückgegriffen. Der EAK führt fortan die eigentliche Achszählung selbst aus und übermittelt den Zählerstand per Modem-Leitung an die Innenanlage. [47] Ebenfalls wurde mit dem Zp30H und zugehörigem EAK30H eine ISDN-Schnittstelle implementiert [39]. Zugleich erschien mit dem Sk30H eine Nachfolgeversion des Schienenkontakts. Im gleichen Jahr wurde die auf Computertechnik basierende Auswerteeinrichtung Az L90 vorgestellt. [18,38]

Die Abbildung zeigt einen derartigen Zp30C oder Zp30H.

An der Schiene ist der zweiteilige Aufbau mit je zwei Sender- und Empfängerpaaren zu sehen.

23Im Jahr 2000 wurde von Alcatel SEL die neue Innenanlage Az LM zur Achszählerauswertung mit modularem Rechnersystem vorgestellt. [28]

Basierend auf dem Az LM wurde parallel der Az LS für Einzelabschnitte herausgebracht. Dieser kann direkt als Baugruppe in den Elektronik-Einsatz des EAK30H eingesetzt werden, sodass der Zählpunkt im Verbund mit anderen Zählpunkten selbst die Freimeldeinformation ermittelt und an einer Schnittstelle zur Verfügung stellt. [30]

2009 wurde ein neu konzipierter Zählpunkt Zp30K vorgestellt. Der zugehörige EAK30K erhielt ein kompakteres und flaches Design. [19]

Der Schienenkontakt wurde unter der Bezeichnung Sk30K neu konzipiert und kommt in einem schwarzen Gehäuse daher. [19]

26Mit dem Az LE wurde 2016 ein Rechnersystem aus Basis des Az LM herausgebracht. Dieses ist wie der Az LS nur für die Einzelabschnittzählung anwendbar, kommt allerdings mit einem klassisch abgesetzten System in kompakter Bauweise als Innenanlage daher. [20]

Werk für Signal- und Sicherungstechnik Berlin (WSSB)

27Im Bereich der Deutschen Reichsbahn hatte die Achszählung keine all zu große Bedeutung. Im Jahr 1967 brachte WSSB ein Achszählsystem heraus, das mit dem magnetischen Gleisgerät (siehe DePuA #12) zusammenarbeitet. Zusammen mit ZWUS aus Kattowitz wurde 1984 die Auswerteeinrichtung AZ1MR83 auf Mikrocontroller-Basis veröffentlicht. 1989 wurde der zweikanalig arbeitende Nachfolger AZ2MR vorgestellt, der jedoch nicht mehr auf den Markt kam. [45,47]

Scheidt & Bachmann

28Im Zuge der Entwicklung elektronischer Stellwerke für den signalisierten Zugleitbetrieb (ESZB) wurde im Jahr 2004 das ZSB 2000 (Zugsicherungstechnik Scheidt & Bachmann) als Stellwerk mit vereinfachter Technik für Regionalnetze vorgestellt. In diesem Kontext wurde auch ein zugehöriges Achszählsystem entwickelt, das später den Namen AZSB 300 (Achszähler Scheidt & Bachmann) erhielt. Es besteht aus einem Schienenkontakt, der mit einer Auswertebaugruppe ASA verbunden wird. Die ASA stellt die Achszählinformationen anschließend per CAN-Bus der Innenanlage zur Verfügung. Die Innenanlage stellt hierbei eine Softwarekomponente innerhalb des ZSB 2000-Stellwerk selbst dar und bildet kein eigenständiges System. Seit dem Jahr 2009 wird die Verwendung des AZSB 300 ebenfalls beim Bahnübergangssystem BUES 2000 vorgesehen. [25,36]

Die Abbildung zeigt die Außenanlage mit dem in DePuA #21 dargestellten Schienenkontakt.

GlSiA: Signalisierter Zugleitbetrieb mit Zugschlusssender

Im Rahmen des Zugleitbetriebs kann der Verkehr auf eingleisigen Nebenbahnen unter vereinfachten Bedingungen ohne technische Sicherungseinrichtungen durchgeführt werden. Während im reinen Zugleitbetrieb ein zentraler Zugleiter den Verkehr durch den Austausch von Zuglaufmeldungen sichert, wurden im Laufe der Zeit verschiedene unterstützende Einrichtungen zur Erhöhung der Sicherheit sowie zur Automatisierbarkeit bestimmter Abläufe eingeführt. Mit dem signalisierten Zugleitbetrieb (SZB) wurden ab 1985 Stellwerke mit vereinfachtem Funktionsumfang entwickelt. Eins davon ist das Stw-vB (Stellwerk für vereinfachte Betriebsbedingungen) von Scheidt & Bachmann. Dieses arbeitet zur Freimeldung eines Streckenabschnitts abweichend von den bisher betrachteten Mitteln mit sogenannten Zugschlusssendern zusammen. [12]

Bei einem Zugschlusssender handelt es sich um eine fahrzeugseitige Einrichtung, die sich entweder fest im Zug befindet oder durch Personal an die Kupplung des Zuges gehängt wird. Die Einrichtung korrespondiert mit einem zugehörigen Empfänger im Gleis, wodurch bei der Befahrung ein Schaltkontakt angesteuert wird. Wie bei der Isolierten Schiene (siehe DeZuA) arbeitet der Empfänger zur Informationsbildung mit einem weiteren Gleisschaltmittel (bspw. kurzer Gleisstromkreis oder Fahrzeugsensor) zusammen. [12] Weitere Informationen zum Sender und Empfänger sind in DePuB aufgeführt.

Grundlage eines Stw-vB bildet eine Relaisblockanlage. Ein Ausfahrsignal lässt sich auf Fahrt stellen, wenn sich der Block in Grundstellung befindet. Die Fahrtstellung erfolgt durch die personelle Mitwirkung auf Basis einer Fahrstraßenanforderung (bspw. per Infrarotpistole durch das Zugpersonal). [12]

Bei erfolgter Fahrtstellung passiert ein ausfahrender Zug zunächst ein erstes Gleisschaltmittel (Erkennung der Zugspitze). Dieses löst einen Vorblock sowie eine Signalhaltstellung aus. Anschließend wird der Zugschlussempfänger als zweites Schaltmittel befahren, das nach der Korrespondenz mit dem Sender des Zuges das Bahnhofsgleis freigeben lässt (Erkennung des Zugschlusses). Durch den Vorblock wird zugleich die Fahrstellung des Einfahrsignals des folgenden Bahnhofs angefordert. Ist das vorgesehene Bahnhofsgleis frei und die Einfahrweiche in der richtigen Lage, wird das Gleis für den Zug technisch vorbelegt. Das Einfahrsignal geht auf Fahrt. Verlässt der Zug die Strecke, erreicht den folgenden Bahnhof und befährt das erste Gleisschaltmittel, fällt das Einfahrsignal auf Halt. Wird anschließend der Zugschluss durch die korrespondierende Einrichtung erkannt, hat der Zug den Bahnhof vollständig erreicht. Es erfolgt ein Rückblock. Der Block geht in Grundstellung; die Strecke ist wieder frei. [12,42]

Der wiederkehrende Aufwand beim Ein- und Aushängen der Zugschlusssender, die dadurch entstehende Fehlermöglichkeiten sowie fehlenden Erkennungsmöglichkeiten führten nur zu einer geringen Verbreitung des Stw-vB [42]. Das Verfahren befindet sich jedoch bis heute auf einigen wenigen Strecken in Deutschland im Einsatz.

GlEtA: Gleisfreimeldung durch ETCS

Die Spezifikation des Europäischen Zugbeeinflussungssystems (European Train Control System – ETCS) beinhaltet die Möglichkeit, eine gesicherte Information zur Vollständigkeit (Integrität) des Zuges innerhalb des Position Reports anzugeben. Der Position Report beinhaltet Informationen zur Position der Zugspitze ausgehend vom letzten Ortungsdatenpunkt sowie dem Zustand des Fahrzeugs, wie dem vorliegenden Level und Modus. Der Report wird vom Fahrzeug in regelmäßigen Abständen oder ereignisorientiert an das Radio Block Center (RBC) gesendet. Zusammen mit dem Wissen zum Standort der Zugspitze, der Zuglänge sowie der Zugintegrität ist das RBC in der Lage, die tatsächliche Gleisbelegung zum Übermittlungszeitpunkt festzustellen. Das RBC kennt nun selbst den Frei- und Besetzzustand der Gleise. Gesetzt dem Fall, dass alle Fahrzeuge über die Integritätsprüfung verfügen, wird eine örtliche Gleisfreimeldeanlage entbehrlich. [5,10,31]

Die Einbeziehung der Information zur gesicherten Zugintegrität war vormals Alleinstellungsmerkmal des ETCS Level 3 (L3). Wegen der überwiegenden Deckungsgleichheit zu Level 2 (L2) entfiel im Jahr 2023 mit ETCS Baseline 4 das eigenständige L3. Die Funktion wurde in L2 integriert und bildet dort einen optionalen Bestandteil. [6]

Zur Feststellung der Integrität muss das jeweilige Fahrzeug (zusammen mit seinem Wagenverbund) mit entsprechender Technik (auch Train Integrity Monitoring System – TIMS genannt) ausgestattet sein. Gegenwärtig ist dies bei Bestandsfahrzeugen nicht der Fall. Neue Züge erhalten von Haus aus die Funktion zur Integritätsprüfung, wenn diese bestellt wurde [7,56]. Die Nachrüstung einer Integritätsprüfung bei Personenzügen erscheint wegen vorhandener bzw. möglicher Kommunikationsleitungen zwischen den einzelnen Wagen noch einfach realisierbar. Schwieriger gestaltet es sich bei den heute üblichen Güterzügen, die ohne technische Kommunikationseinrichtungen zwischen den Waggons daherkommen. Durchgehende Kommunikationsleitungen sind erst im Zuge der Ausrüstung mit der der Digitalen Automatischen Kupplung (DAK) geplant.

War für die Gleisfreimeldung bislang ausschließlich das Eisenbahninfrastrukturunternehmen (EIU) zuständig, wirkt nun mit der Integritätsprüfung das Fahrzeug des Eisenbahnverkehrsunternehmen (EVU) an der Freimeldung mit. Es stellen sich daher Rechts- und Kostenfragen, die es bei der Ausrüstung und dem Betrieb der Fahrzeuge zu klären gilt. Auch sind betriebliche Abläufe zu definieren, wie bspw. bei einem ETCS-Ausfall in einem Fahrzeug zu verfahren ist, wenn dadurch keine Angaben mehr zur Position und damit der Gleisbelegung vorhanden sind. Zudem gilt es zu berücksichtigen, dass die Positionsübertragung zum RBC mit der aktuellen Implementierung nur in gewissen Intervallen erfolgt. Für das Freifahren eines Weichenbereichs und einer damit möglichen Fahrstraßenauflösung ergeben sich technisch bedingte und durch Ortungsungenauigkeiten des Zuges zu berücksichtigende Verzögerungszeiten. [10]

Um eine schrittweise Einführung und einen Mischbetrieb von Zügen mit und ohne Integritätsprüfung zu ermöglichen, wurde die Hybrid Train Detection (HTD) spezifiziert, welche vormals den Begriff Hybrid Level 3 (HL3) trug.

Mit HTD wird weiterhin auf die Verwendung einer klassischen Gleisfreimeldeanlage gesetzt. Sie wird jedoch für bestehende bzw. weitläufige Abschnitte herangezogen oder dort, wo es aus Gründen einer schnelleren Fahrstraßenauflösung förderlich ist. Innerhalb eines klassischen Freimeldeabschnitts erfolgt anschließend eine kleinteilige Unterteilung in virtuelle Blöcke oder eine flexible Teilung durch Anwendung des Moving Block-Verfahrens. Ein Zug kann somit einem Zug mit Integritätsprüfung innerhalb der virtuellen Blockeinteilung (Fixed Block) oder des absoluten Bremswegabstands (Moving Block) folgen. Ein Zug ohne Integritätsprüfung darf die mit HTD ausgerüstete Strecke ebenfalls passieren, belegt hinter sich jedoch den gesamten Abschnitt des örtlichen Gleisfreimeldebereichs. Je mehr Züge mit Integritätsprüfung unterwegs sind, desto höher zeigen sich die Zugewinne bei der Leistungsfähigkeit der Strecke. Eine Einführung von HTD ist im Digitalen Knoten Stuttgart (DKS) geplant [7].

Im Folgenden wird HTD mit einer virtuellen Blockteilung (Fixed Block) vorgestellt.

Bei einer mit HTD ausgerüsteten Strecke wird zwischen den Bereichen der streckenseitigen Gleisfreimeldeanlage (Trackside Train Detection – TTD) und den virtuellen Abschnitten (Virtual Sub-Section – VSS) unterschieden. Die Informationen zum Zustand einer VSS setzen sich aus der zugehörigen TTD und den Position Reports mit Integritätsinformation zusammen. Neben den klassischen Zuständen mit Frei und Besetzt wird im VSS zusätzlich mit den internen Zuständen Unbekannt und Unklar gearbeitet, um bspw. einen ETCS-Ausfall innerhalb eines Fahrzeug oder eine ausbleibende Kommunikation abbilden zu können. [10,53]

Im dargestellten Beispiel befährt ein Zug mit Integritätsprüfung eine mit HTD ausgerüstete Strecke. Das zu befahrene Streckenstück ist in einzelne VSS unterteilt (10, 12 und 14). Die Abschnitte bilden zusammen einen Freimeldeabschnitt der TTD. Der Zug übermittelt regelmäßig Position Reports an das RBC.

Aufgrund der schematischen Darstellung sind die Abschnittsgrößen und Anzahl an Position Reports reduziert dargestellt.

Im (als selten anzusehenden) Fall von Situation 2 bleibt die Kommunikation für einige Zeit aus. Es ist unbekannt, ob sich der Zug noch im zuletzt erfassten VSS befindet, er diesen vollständig verlassen hat und sich in einem Folgeabschnitt befindet. Der Unbekannt-Zustand expandiert über die übrigen Abschnitte, die innerhalb der Movement Authority und des TTD-Bereichs liegen. Die Expansion kann richtungsabhängig und gestaffelt nach einer festgelegten Zeit erfolgen. [10,53] Für Abschnitt 14 ist in Situation 2 die entsprechende Zeit noch nicht abgelaufen.

In Situation 3 empfängt das RBC wieder einen Position Report mit Integritätsinfo. Der Abschnitt 10 kann nun wieder durch einen Zug befahren werden.

Ein nachfolgender Zug kann ohne Integritätsprüfung ausgestattet sein und gleichzeitig die virtuellen Abschnitte vor sich nutzen (1). Er hinterlässt jedoch bei seiner Fahrt besetzte VSS, die sich bis zurückliegenden Beginn des ortsfesten Gleisfreimeldeabschnitts TTD erstrecken (2). Erst wenn der Zug den Abschnitt 16 erreicht und den Abschnitt 14 vollständig verlassen hat, kann ein nachfolgender Zug das Streckenstück ab Abschnitt 10 wieder befahren (3).

Literatur

[1] Allgemeinverfügung: GlGlA: Eisenbahnbundesamt (2013): Erweiterte Regelung zur Bedienung der Sandstreueinrichtung. Zuletzt abgerufen am 28.10.2023 von eba.bund.de
[2] Broschüre Az S M (R): GlAzA: Siemens AG: Das Achszählsystem von Siemens für mehrere Abschnitte Az S M (R). Bestell-Nr. A19100-V100-B781-V4 [Broschüre]
[3] Broschüre Drosselstoß-Transformator: GlGlB: VEB Werk für Signal und Sicherungstechnik Berlin. (1967): Drosselstoß-Transformatoren. Druckschrift Ag 27/833/67 [Broschüre]
[4] Broschüre ZP D 43: GlAzA: Siemens AG (2016): Elektronischer Achszählpunkt Clearguard ZP D 43. Artikel-Nr. MOMM-B10157-00 [Broschüre]
[5] Dissertation: GlEtA: Düpmeier, F. (2022): Smarte Sicherungslogik für das Stellwerk der nächsten Generation (Dissertation). Technische Universität Darmstadt.
[6] Durchführungsverordnung: GlEtA: Europäische Union (2023): Durchführungsverordnung (EU) 2023/1695 der Kommission vom 10. August 2023 über die technische Spezifikation für die Interoperabilität der Teilsysteme „Zugsteuerung, Zugsicherung und Signalgebung“ des Eisenbahnsystems in der Europäischen Union und zur Aufhebung der Verordnung (EU) 2016/919. Zuletzt abgerufen am 30.12.2023 von eur-lex.europa.eu
[7] Erklärung: GlEtA: DB Netz AG (2020): Erklärung der DB Netz AG zu Inhalt und Zielen. Zuletzt abgerufen am 29.12.2023 von vm.baden-wuerttemberg.de
[8] Fachartikel Bahn Praxis E: GlGlB: Birkl, J. & Krüger, E. (2009): Überspannungen in Bahnanlagen: Anforderungen an Schutzeinrichtungen. Bahn Praxis E, Heft 1/2009.
[9] Fachartikel Eisenbahningenieur: GlAzA: Behrens, M. et al. (2022): Robuste Leit- und Sicherungstechnik im Digitalen Knoten Stuttgart. Der Eisenbahningenieur, Ausgabe November 2022.
[10] Fachartikel Signal+Draht: GlEtA: Arenas, L. et al. (2018): ERTMS Hybrid Level 3. Signal + Draht, Heft 1+2/2018.
[11] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Aschoff, V. & Buchholtz, F. (1949): Ein magnetischer Achszähler. Signal + Draht, Ausgabe 12/1949.
[12] Fachartikel Signal+Draht: GlSiA: Auler, H. & Schuster, E. (1987): „Stw-vB“-Stellwerkstechnik für vereinfachte Betriebsbedingungen – Betriebsversuch Dachau-Altomünster –. Signal + Draht, Ausgabe 11/1987.
[13] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Blum, K., Körkemeier, H & Mittmann, M. (2010): Skalierbares und anforderungsgerechtes Achszählsystem Clearguard AC 100. Signal + Draht, Ausgabe 9/2010.
[14] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Brandes, N. & Polz, J. (1993): Gleisfreimeldung mit dem Mikrocomputer-Achszählsystem Az S 350. Signal + Draht, Ausgabe 1,2/1993.
[15] Fachartikel Signal+Draht: GlGlC: Czehowsky, J. (1982): Die neue Gleisfreimeldung FTG S 917. Signal + Draht, Ausgabe 7+8/1982.
[16] Fachartikel Signal+Draht: GlGlC: Czehowsky, J. (1984): Das Gesamtkonzept der neuen Gleisfreimeldung FTG S. Signal + Draht, Ausgabe 6/1984.
[17] Fachartikel Signal+Draht: GlEiA, GlGlA, GlGlB, GlGlC: Dickschen, A. & Werner, F. (1969): Tonfrequenz-Gleisstromkreise mit elektrischem Trennstoß. Signal + Draht, Ausgabe 12/1969.
[18] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Dreßler, I. & Jung, T. (2009): Einsatz des Achszählpunkts Zp30C-NT in einem Gleis mit Schutzschienen. Signal + Draht, Ausgabe 4/2009.
[19] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Dreßler, I. & Klemm, R. (2009): Innovation in der Achszählpunkt-Technologie. Signal + Draht, Ausgabe 7+8/2009.
[20] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Dreßler, I. & Knight, A. (2016): Az LE – Der neue kompakte Achszähler von Thales. Signal + Draht, Ausgabe 1+2/2016.
[21] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Föge, T. & Helsch, R. (2000): Achszählsystem von Siemens mit Mehrachsenzählverfahren. Signal + Draht, Ausgabe 10/2000.
[22] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Frech, G. & Schmidt, K. (1967): Der elektronische Achszähler der Standard Elektrik Lorenz AG. Signal + Draht, Ausgabe 11/1967.
[23] Fachartikel Signal+Draht: GlEiA, GlGlA: Grundnig, G. (2011): Die Herausforderungen an Raddetektion und Achszählung in der Zukunft – Teil 2. Signal + Draht, Heft 12/2011.
[24] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Hansen, U. (1967): Elektronische Achszählung. Signal + Draht, Ausgabe 12/1967.
[25] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Henning, S. & Laumen, H. (2004): Das Stellwerk ZSB2000 für die Anwendung ESZB. Signal + Draht, Heft 9/2004.
[26] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Hoffmann, G. & Sander, H. (1987): Der elektronische Achszählpunkt ZP 43. Signal + Draht, Ausgabe 4/1987.
[27] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Hoffmann, G. & Uebel, H. (1985): Neue Zählpunkte (Zp 30) für Achszähler. Signal + Draht, Ausgabe 4/1985.
[28] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Janle, J. & Poppe, G. (2000): Mehrabschnitts-Achszähler AZ LM – die neue Achszähler-Generation. Signal + Draht, Ausgabe 11/2000.
[29] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Kanis, K. & Lisker, A. (2018): Inbetriebnahme des DSTW Annaberg-Buchholz Süd. Signal + Draht, Ausgabe 4/2018.

[30] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Klose, B. (2002): Dezentrales Achszählsystem für Einzelabschnitte. Signal + Draht, Heft 7+8/2002.
[31] Fachartikel Signal+Draht: GlEtA: Koch, R. et al. (2021): Die Zukunft mit ETCS Level 3 Hybrid. Signal + Draht, Heft 7+8/2021.
[32] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Kömpel, K., Körkemeier, H. & Pelz, A. (2011): Clearguard ACM 100 axle counting system – Track vacancy detection for cost-effective railways. Signal + Draht, Ausgabe 1+2/2011.
[33] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Körkemeier, H. (2013): Gleisfreimeldung für wirtschaftlichen Bahnbetrieb. Signal + Draht, Ausgabe 11/2013.
[34] Fachartikel Signal+Draht: GlGlA, GlGlC: Körkemeier, H. et al. (2013): Gleisfreimeldung für den wirtschaftlichen Bahnbetrieb. Signal + Draht, Heft 3/2013.
[35] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Lentz, G. (1961): Achszählanlagen. Signal + Draht, Ausgabe 6/1961.
[36] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Lütz, H., Stachelscheid, R. & Wiegmann, H. (2004): Achssensoren zur Ein- und Ausschaltung von BÜ-Anlagen. Signal + Draht, Heft 9/2009.
[37] Fachartikel Signal+Draht: GlGlA: Meyer, H. & Frank, W. (1972): Der Achskurzschluß bei Gleisstromkreisen mit Wechselspannungen. Signal + Draht, Ausgabe 6+7/1972.
[38] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Poppe, G. (1992): Neue Entwicklungen bei Achszähleinrichtungen. Signal + Draht, Ausgabe 3/1992.
[39] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA: Poppe, G. (2002): Neue Achszählergeneration Az LM als Nachfolger des bewährten AzL 70-30. Signal + Draht, Ausgabe 9/2002.
[40] Fachartikel Signal+Draht: GlGlA: Röhr, W. (1954): Zur Fortentwicklung des Schienenstoßes. Signal + Draht, Ausgabe 4/1954.
[41] Fachartikel Signal+Draht: GlAzA, GlHiA: Schmidt, K. (1976): Der Achszähler der Standard Elektrik Lorenz AG. Bauform AzL 70 – Teil 1. Signal + Draht, Ausgabe 6/1976.
[42] Fachbuch Bahnsicherungstechnik: GlAzA, GlEiA, GlGlA, GlGlB, GlGlC, GlHiA, GlSiA: Fenner, W., Naumann, P., Trinckauf, J. (2003): Bahnsicherungstechnik. Publicis Corporate Publishing, Erlangen, 1. Auflage.
[43] Fachbuch DrS 2-Stellwerk: GlGlB: Scherz, H. (1967): Das DrS 2-Stellwerk. 1. Auflage, Josef Keller Verlag, Starnberg.
[44] Fachbuch Eisenbahninfrastruktur: GlAzA, GlGlA, GlGlB, GlGlC: Fendrich, L. & Fengler, W. (2019): Handbuch Eisenbahninfrastruktur. 3. Auflage, Springer Vieweg.
[45] Fachbuch Eisenbahnsicherungstechnik: GlAzA, GlEiA, GlGlA, GlGlB: Arnold, H. & Weitere (1987): Eisenbahnsicherungstechnik. 4. Auflage, VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin.
[46] Fachbuch Fahrleitung: GlGlA, GlGlB, GlGlC: Zynovchenko, A. (2007): Ausbreitung von Stromoberschwingungen und Resonanzerscheinungen im Fahrleitungsnetz. 1. Auflage, Cuvillier Verlag Göttingen.
[47] Fachbuch Geschichte Eisenbahnsicherungstechnik: GlAzA, GlGlA, GlGlC: Staab, W. (2022): Geschichte der Eisenbahnsicherungstechnik deutscher Staatsbahnen. Band 2, 1. Auflage.
[48] Fachbuch Sicherung Schienenverkehr: GlAzA, GlGlA, GlGlB, GlGlC: Maschek, U. (2018): Sicherung Des Schienenverkehrs. 4 Auflage, Springer Vieweg.
[49] Fachbuch Sp Dr S60-Stellwerk: GlGlA: Enders, D. & Hein, F. (2016): Sp Dr 60-Stellwerke bedienen. Abweichungen vom Regelbetrieb und Störungen. 5. Auflage, Bahn Fachverlag, Berlin.
[50] Fachbuch Sp Dr S60-Stellwerk: GlEiA: Enders, D. & Hein, F. (2019): Sp Dr 60-Stellwerke bedienen. Der Regelbetrieb. 4. Auflage, Bahn Fachverlag, Berlin.
[51] Fachbuch Sp Dr S60-Stellwerk: GlGlB: Ernst, J. (1978): Das Sp Dr S60-Stellwerk. 2. Auflage, Eisenbahn-Fachverlag, Mainz.
[52] Fachbuch Systemtechnik Schienenverkehr: GlAzA, GlGlA, GlGlB, GlGlC, GlHiA: Pachl, J (2021): Systemtechnik Des Schienenverkehrs. 10 Auflage, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH.
[53] Konzeptpapier: GlEtA: EEIG ERTMS Users Group (2022): ERTMS/ETCS Hybrid Train Detection. Principles. Zuletzt abgerufen am 30.12.2023 von ertms.be
[54] Lehrbuch Grundwissen Eisenbahn: GlEiA, GlHiA: Marks-Fährmann et al. (2020): Grundwissen Bahn. 10. Auflage, Verlag Europa Lehrmittel, Haan-Gruiten.
[55] Nachrichtenartikel: GlGlA: Eurailpress (2013): Eisenbahn-Bundesamt: Bremssand Ursache für Beinahe-Unfall in Mainz Hbf. Zuletzt abgerufen am 28.10.2023 von eurailpress.de
[56] Pressemitteilung: GlEtA: Deutsche Bahn AG (2023): München bekommt die modernsten S-Bahn-Züge Deutschlands. Zuletzt abgerufen am 30.12.2023 von deutschebahn.com
[57] Richtlinie 819.1100: GlGlA: DB Netz AG (2022): Richtlinie 819.1100. Planungsgrundsätze für selbsttätige Gleisfreimeldeanlagen mit Achszähltechnik.
[58] Taschenbuch Eisenbahntechnik: GlAzA: Wettengel, M. (1967): Achszählanlagen mit Magnetschienenkontakten, Drehwähler- und Motorzählwerken. Elsners Taschenbuch der Eisenbahntechnik. 17. Band.

Versionierung

08.07.2024: GlEtA: Neuerstellung.
08.07.2024: GlSiA: Neuerstellung.
08.07.2024: GlAzA: Neuerstellung.
08.07.2024: GlGlC: Neuerstellung.

08.07.2024: GlGlB: Neuerstellung.
08.07.2024: GlGlA: Neuerstellung.
08.07.2024: GlHiA: Neuerstellung.
08.07.2024: GlEiA: Neuerstellung.