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Stellwerke und Signale im Wandel der Zeit oder wie man den Eisenbahnbetrieb sicherer machte

Stellwerke und Signale

Diese Seite erhebt keinen Anspruch auf die vollständige Erklärung der Stellwerkstechnik. Dafür ist dieses Thema zu umfangreich. Daher sei an dieser Stelle auf den folgenden Link verwiesen. http://www.stellwerke.de

1802 baute Richard Trevithick die erste Dampflokomotive die im Bergbau eingesetzt, dem Grubentransport diente. Erst 1814 baute George Stephenson eine Dampflokomotive die über lange Zeiten als erste brauchbare Dampflokomotive angesehen wurde. Leider wurde hierbei verkannt, das Trevithicks Lokomotive nicht an der Technik scheiterte, sondern an den damals verwendeten Gusseisernen Schienen. Für diese war die Lokomotive zu schwer, so dass diese oft zerbrachen.

Später entstand in der Grafschaft Suthamin England die erste Bahnstrecke. Mit ihr konnten Waren und Passagiere in kurzer Zeit und wirtschaftlich in vorher unerreichbare Regionen transportiert werden. Zu dieser Zeit ahnte wohl noch niemand, das die Dampfmaschine der Auslöser für die industrielle Revolution werden sollte. Auch wenn die Entwicklung der Dampflokomotive mit vielen Rückschlägen und Misserfolgen verbunden war, aufhalten ließ sie sich nicht mehr. Durch die Nutzung der Dampfmaschine als Stationäre Kraftmaschine ergaben sich ganz neue Möglichkeiten der industriellen Fertigung. Verdoppelten sich die Preise bei bestimmten Produkten oftmals bereits nach einer Entfernung von nur 30 km, hemmte das die Fabrikproduktion erheblich. Mussten bis dahin alle Transporte mit Lasttieren und Wagen auf oft schlechten Straßen und Wegen erfolgen, sofern keine Wasserstraße zur Verfügung stand, ermöglichte die Dampflok mit ihrer Zugleistung im Vergleich zu anderen Transportmöglichkeiten eine beträchtliche Zugkraft. Mit der Verwendung gewalzter Schienen, im Gegensatz zu anfänglichen Schienen aus Gusseisen, boten sie einen ausreichend stabilen Fahrweg.

Nun konnten große Gütermengen bewegt werden. Versuche mit Dampfmaschinen wurden bei allen Transportmitteln unternommen. Eingebaut wurden sie in Schiffe, Schienenfahrzeuge und Landfahrzeuge. Ausschlaggebend für den Erfolg war vor allem die Tatsache, die Installation der Dampfmaschinen allein genügte nicht! Probleme bei der Kraftübertragung und die Einsatzbedingungen mussten geklärt werden. Am erfolgreichsten war man damit bei der Eisenbahn. Weiter wirkten sich das Verhältnis der Eigen und Nutzmasse der Transportmittel, die vielfach höher war als beim Straßenverkehr sehr günstig auf deren Entwicklung aus.

Der geringe Rollwiderstand und die Zwangsführung durch Schienen erlaubten Zuglängen die auf Straßen unmöglich gewesen wären. Schon mit dem Betrieb der ersten Dampfeisenbahn konnte der Nachweis der ökonomischen Effektivität erbracht werden. Die Transportkosten sanken spürbar. Mit dem immer dichter werdenden Eisenbahnverkehr stellte sich erstmals die Frage einer Sicherung des Fahrweges. Anfangs nur eingleisige Strecken ließen kein Ausweichen zu. Zugleich führten der Zwang zum stärkeren ausnutzen der Strecken und hohe Geschwindigkeiten bei technisch unausgereiften und wenig leistungsfähigen Bremsen zugleich zu Maßnahmen für eine Maximale Sicherheit der Züge. Teilte man anfangs dem Lokführer bei Tag mit Fahnen und bei Nacht mit Laternen mit, ob die Strecke frei war, hatte man nach dem Vorbild der Schifffahrt, eine Wink und Zeichensprache vereinbart. Ähnlich funktionierten später hinzugekommene Korb und Ballonsignale, sowie Flügelsignale. Weitere Möglichkeiten boten Läutewerke. Doch waren auch sie an die Symbolsprache gebunden, die nicht beliebig verändert werden konnte. Um 1840 unternahm man die ersten Versuche bei der Bedienung der Signale Abhängigkeiten einzubauen - erst wenn alle Weichen und Flankenschutzeinrichtungen bedient waren und richtig standen konnte das Signal bedient werden. Erst 1843 überwand man mit dem ersten elektrischen Telegrafen diese Schwierigkeiten.Verwendung fand er zuerst auf der Strecke der Rheinischen Eisenbahn. Den entscheidenden Nachteil, sie zeichneten keine Nachricht auf, überwand der Morsetelegraf, Ab 1849 bei der hannoverschen Staatseisenbahn und bald bei weiteren Eisenbahnverwaltungen eingeführt.

Mit zunehmender Verkehrsdichte wurden die Morsetelegrafen immer notwendiger. Wichtig die Aufzeichnung der Nachricht um Übermittlungsfehler auszuschließen und den schriftlichen Nachweis über die exakte Ausführung der Befehle im Betriebsdienst kontrollieren zu können. Ab 1870 etwa begann man Züge nicht mehr im Zeit, sondern im Raumverfahren verkehren zulassen. Dazu wurden die Strecken in sogenannte Blockabschnitte oder Blockstrecken eingeteilt. Das bedeutet, ein Zug durfte erst in einen Blockabschnitt einfahren wenn der vorherige diesen sicher verlassen hatte. Die Rückmeldung erfolgte auf verschiedenen Wegen. Erst mit der Erfindung des elektrischen Streckenblocks wurde eine wirksame und sichere Lösung gefunden. Zumeist wurden Stellwerke gebaut um Personal zu sparen. Die heute bekannten Sicherheiten und Verfahren waren damals noch weitgehend unbekannt. Viele dieser Sicherheiten (z. B. Signalabhängigkeit, Doppeldrahtzug statt Einfachdrahtzug oder Gestänge, Blocksperren, Streckenblock, Bahnhofsblock, Wiederholungssperre) wurden erst im Laufe der Jahrzehnte entwickelt. Um 1871 entwickelte der Ingenieur Frischen die Wechselstromblockfelder.

Da man nicht über eigene Stellwerke verfügte, importierte man diese kurzerhand aus England. Ließ sich die englische Technik nicht ohne weiteres auf deutsche Standards anwenden, scheute man sich nicht, Erfahrungen mit englischen Stellwerken in eigene Entwicklungen einfließen zulassen. Zunächst beschränkten sich die Hersteller mehr oder weniger auf den Nachbau der englischen Vorbilder, um nach und nach auf eigene Bauformen überzugehen. Die vielen verschiedenen Bauformen führten natürlich zu diversen Problemen. Waren Fahrdienstleiter und Wärter bald mit der Bedienung ihrer Stellwerke, nach einer entsprechenden Unterrichtung vertraut, bedeutet es für das Wartungspersonal einen immensen Arbeitsaufwand. Weniger für die Fahrdienstleiter und Wärter, die nach einer Einweisung recht bald ihr jeweiliges Stellwerk bedienen konnten, als für das 'Service-Personal', das mit der Wartung und Instandhaltung betraut war. Viele verschiedene Ersatzteile mussten beschafft und vorgehalten werden. In der Konsequenz führte dieses Durcheinander zur Entwicklung der sogenannten Einheitsstellwerke. Nicht zuletzt war dies eine Forderung der Bahngesellschaften. Um 1910 standen die Grundzüge fest.

Waren die ersten Stellwerke noch rein mechanische Stellwerke, folgten bald die ersten elektromechanischen Stellwerke. Bei den Gleisbildstellwerken gibt es verschiedene Bauformprinzipien sowohl im Westen bei der DB als auch im ehemaligen Osten, bei der DR. Bei größeren Bahnhöfen wurde der Bahnhof zu diesem Zweck in ein oder mehrere Fahrdienstleiter und Weichenwärterbezirke eingeteilt. Zur Sicherung des Zug - und Rangierbetriebes wurde auf Bahnhöfen der Bahnhofsblock, auf ein oder mehrgleisigen Strecken der Streckenblock eingeführt. Dieses Prinzip der Sicherung von Zug und Rangierfahrten hat sich nicht verändert. Zur Erhöhung der Zugfolge kam die Blockstelle hinzu. Blockstellen können nur die zugehörigen Gleisabschnitte sichern, nicht jedoch die Reihenfolge der Züge ändern. Das ist nur auf Bahnhöfen möglich.

War bei mechanischen und elektromechanischen Stellwerken die Fahrwegprüfung durch den jeweiligen Fahrdienstleiter ( Fdl ) oder Weichenwärter ( Ww ) durch "Augenschein" vorgeschrieben, erfolgt diese "Prüfung" bei ESTW - Stellwerken durch die Technik. Dazu sind verschiedene Anlagen wie Achszähler oder Isolierte Gleisabschnitte installiert. Sind bei Zwei oder mehrgleisigen Strecken mehrere Zugfahrten, auch in entgegengesetzter Richtung möglich, kommt bei eingleisigen Strecken der Erlaubniswechsel hinzu. Dieser erlaubt technisch nur dem Fdl die Zulassung der Zugfahrt der auch die "Erlaubnis" hat. Dazu musste der mitwirkende Fdl das Erlaubnisfeld bedienen. Diese Felder wirken immer wechselseitig so, dass das Feld des Fdl der die Erlaubnis hat "weiß" ist, während das Gegenfeld "Rot" ist, also gesperrt.

Stellwerke mit und ohne selbsttätigem Weichenlauf, Stellwerke, deren Relais fest verdrahtet sind und Stellwerke, bei denen bestimmte Relaisgruppen über Stecker und Kabel miteinander verbunden sind (sogenannte Spurplanstellwerke). Im Westen, bei der DB wurden Drucktasten verwendet, daher auch die Bezeichnung Drucktastenstellwerk, wurden im Osten bei der DR Zugtasten verwendet. Aber auch bei den Drucktastenstellwerken finden sich für Hilfshandlungen noch Zugtasten.

Mechanische Stellwerke

 

Mechanische Stellwerke sind Stellwerke nach dem Verschlussplanprinzip. Der Bediener bringt den Signalhebel und somit das Signal nur in Fahrtstellung wenn alle Bedingungen gemäß dem Verschlussplan erfüllt sind. Im Verschlussplan wird die korrekte Lage der Weichen und Flankenschutzeinrichtungen aufgelistet. Erst nach dem bedienen aller für die Zug oder Rangierfahrt nötigen Weichen und Flankenschutzeinrichtungen kann die Fahrstraße mechanisch festgelegt werden. Erst dann ist die Signalbedienung möglich.

Gleichzeitig wird mit dem festlegen der Fahrstraße ( Bild 1 ) ein bedienen aller festgelegten Weichen und Flankenschutzeinrichtungen unmöglich ( Bild 2 ).Bei mechanischen Stellwerken erfolgt diese Sicherung über Verschlussstangen und Verschlussstücke die hinter der Hebelbank im Verschlusskasten quer angeordnet sind. Wurde ein Signal einmal auf Fahrt gestellt, verhinderte nach der Haltstellung des Signals eine Wiederholungssperre das erneute bedienen desselben Signals. Erst nach auflösen und erneuten einstellen der Fahrstraße und dem frei sein des zugehörigen Abschnitts konnte das Signal erneut bedient werden. Stellwerke nach dem Spurplanprinzip lassen sich nur bis zu einer bestimmten Größe realisieren. Der Verschlussplan wird irgendwann zu groß und lässt sich nicht mehr überblicken. Gleichzeitig sind den mechanischen Komponenten Grenzen gesetzt.

Relaisstellwerke

 

Mit den Relaisstellwerken entstand auch das Spurplanprinzip Für jedes Objekt in der Gleisanlage wird im Stellwerk die entsprechende Relaisschaltung im Stellwerk eingebaut. Folgt zum Beispiel der Weiche 1 die Weiche 2, so werden die Relais der Weiche 1 über das Spurkabel mit den Relais der Weiche 2 verbunden. Damit das Signal einer Fahrstraße auf Fahrt geht, darf kein in der Fahrstraße bzw. in der Spur liegendes Element den für die Fahrtstellung benötigten Strompfad über seine Relaiskontakte unterbrechen. Erst wenn alle in der Fahrstraße liegenden Elemente der Fahrstellung des Signals zustimmen, kann das Signal in die Fahrtstellung wechseln.

Die Relaisschaltungen werden über Spurkabel, gemäß dem Gleisverlauf mit dem Spurkabel verbunden. Das heißt: folgt zB. der Weiche 1 die Weiche 2 werden die Relais der Weiche 1 über das Spurkabel mit den Relais der Weiche 2 verbunden Das Signal lässt sich nur auf Fahrt stellen, wenn kein in der „Spur“ liegendes Element den für die Fahrtstellung benötigten Strompfad über seine Relaiskontakte unterbricht. Nur wenn alle Elemente zu stimmen ist die Signalbedienung möglich.

Der Vorteil des Spurplanprinzips liegt darin, dass unabhängig vom benachbarten Objekt der Weiche 1 (Signal, Weiche, Block), die Relais der Weiche 1 immer genau gleich über das genormte Spurkabel mit dem Nachbarelement verbunden werden. Die Größe des Stellwerks beeinflusst somit nicht die Komplexität der Stellwerkslogik. Elektronische Stellwerke nach dem Spurplanprinzip kennen immer noch Spuren, jedoch sind dies nicht mehr Strompfade, sondern virtuelle Datenspuren zwischen benachbarten Elementen. Die Informationen werden in Form von Telegrammen oder Variablen übermittelt.

EZMG - Stellwerke

 

Jedoch wurden bei der DR einige wenige Stellwerke ( EZMG Technik, Elektritscheskaja zentralisazya Malych stanzij Germanii übersetzt Elektrische Zentralisierung kleiner Bahnhöfe in Deutschland) aus der Sowjetunion importiert. Diese wurden häufig auf Nebenstrecken verbaut. So zum Beispiel auf der Strecke von Saalfeld nach Lobenstein ( in Leutenberg und Lichtentanne ). Da bei diesen Stellwerken die Anzahl der Gleise auf 5 beschränkt war und alle Gleise in das Streckengleis münden mussten, wurden beim Spitzkehren Bahnhof in Wurzbach und bei abzweigenden Strecken wie in Pörsten Sonderlösungen gebaut.

Diese Einschränkungen konnten bis zu einem gewissen Grad umgangen werden. So konnten Nebengleise durch schlüsselabhängige Handweichen angebunden werden. Auch können eine Weiche und eine Gleissperre gekuppelt werden, die für die Stellwerkslogik wie ein Element behandelt wurden. Umfangreiche Änderungen erlauben es einen Parallelrangierweg pro Bahnhofskopf parallel zum Streckengleis oder eine weitere eingleisige Strecke einzurichten.

Charakteristisch für diese EZMG Stellwerk genannten Anlagen waren die überdimensionierten Schirme an den Signalen ( Bild 6 ). Auch waren EZMG Stellwerke nicht unbegrenzt erweiterbar. Typisch für Gleisbildstellwerke war die Fahrstraßeneinstellung mit Start und Zieltaste. EZMG –Signale zeigen prinzipiell die gleichen Signalbegriffe wie andere HL – Signale. Jedoch sind die Lampen anders angeordnet. Signalbilder mit Lichtstreifen können nicht dargestellt werden. Auch ist ein Ersatzrot in der Stellwerkslogik nicht vorgesehen, so das die entsprechenden Laternen auch nicht im Signalschirm verbaut werden.

Anders als bei anderen Relaisstellwerken sind die Bedienung - und Meldeanlage auf dem Stelltisch getrennt. In der Regel wird auf Meldeanlage nicht die Lage der einzelnen Weichen sondern der eingestellte Fahrweg pro Bahnhofskopf dargestellt. Grundsätzlich ist jedes Stellwerk in zwei Bahnhofsköpfe geteilt. Dementsprechend sind die Bedientasten und Hilfstasten angeordnet. Grundsätzlich ist der Bedientisch voll mit Tasten bestückt ( Bild 7 ). Nicht benötigte Tasten werden ganz einfach nicht verschaltet. Zum Einsatz kommen N-Relais( nicht überwacht), auf die wie bei C-Relais (überwacht) eine Kontrollschaltung aufgesetzt ist. Das Stellwerk kann mit allen Blocksystemen zusammenarbeiten. Versuchsweise wurde auf der Strecke Gotha – Leinefelde mit einem EZMG eigenen russischen Blocksystem experimentiert.

Da dieses System teilweise automatisch arbeitet war eine Zugschlusserkennung nötig .Dabei handelte es sich um einen am Zugschluss angebrachten Magneten (Induktor).

ESTW – Stellwerke

 

Etwa um 1980 wurden die ersten ESTW Stellwerke ( elektronische Stellwerk ) entwickelt. 1978 ging das weltweit erste ESTW auf dem Bahnhof Göteborg Central in Schweden in Betrieb. Es stammte von der Firma Ericsson Signal, heute Bombardier Transportation Signal. 1983, im Sommer ging bei der Arthur –Taylor- Colliery in Südafrika das erste Voll – ESTW der Firma Siemens in Betrieb.

In Deutschland wurde 1982 bei der BVG in Berlin, Bahnhof Uhlandstraße das erste ESTW von Siemens erprobt. Lief dieses ETW zunächst parallel und ohne Sicherheitsverantwortung, zu einem Altststellwerk aus dem Jahre 1910, ging es am 25. August 1986 in den Regelbetrieb. Ende 1970 stellte das Bundesbahnzentralamt in Zusammenarbeit mit der Signalindustrie und der TU Braunschweig Überlegungen an, wie Eisenbahntransporte elektronisch gesteuerte werden können. Bezeichnet wurde das Projekt als Diane ( digitales integriertes und automatisches Nachrichtensystem der Eisenbahn).

Der Vorstand der Deutschen Bundesbahn entschied nach einem Besuch des ESTW der Berliner U – Bahn im April 1983 die Entwicklung von ESTW als Nachfolgetechnik für Relaisstellwerke zu fördern. Man arbeitete mit den Firmen AEG-Telefunken, SEL ( heute Thales ) und Siemens. Um eine rasche Einführung zu gewährleisten, entschied der DB Vorstand, die Anforderrungen der Sp-DR-S 600 bzw Sp-DrL60 Stellwerke beizubehalten. Kurzfristig wurden Pflichtenhefte mit technischen Vorgaben erstellt und den Firmen übergeben. Ein Totalausfall sollte durchschnittlich alle 100 Jahre vorkommen.1983 erhielt Siemens den Auftrag zum Bau von Test – ESTW zum Preis jeweils eines Sp-Dr-S600 Stellwerkes.

Vorgesehen war eine mindestens einjährige Sicherheitserprobung ohne Sicherheitsverantwortung. Ein Anspruch auf Rückbau und kostenlosen Ersatz, bestand, sollten die Anforderrungen nicht erfüllt werden.

In der DDR erhielt das Kombinat Anlagenbau und Automatisierungstechnik Berlin 1982 den Auftrag ein Mikrorechner Stellwerk zu entwickeln Vorgesehen war der Bahnhof Berlin Schönefeld Flughafen.1985 sollte die Versuchsanlage funktionsfähig sein. 1983 begann die Erprobung unter Geheimhaltung. Ende 1984 Anfang 1985 wurden diese wegen fehlender Mittel und Möglichkeiten abgebrochen.

Hersteller im Westen waren und sind noch immer Siemens und Lorenz. Seit 2005 ist die Bombardier Transportation der dritte Hersteller, der ESTW für die Hauptstrecken der DB AG liefert. WSSB im Osten. Heute dominieren diese Computer gestützten Stellwerke die Betriebszentralen der Deutschen Bahn. Stellrechner auf den einzelnen Bahnhöfen empfangen und verarbeiten die von den ESTW gesandten Befehle und setzen diese im Betrieb um. Waren die Stellwege mit Drahtzugleitungen bei mechanischen und elektromechanischen Stellwerken zwischen den Stellwerken und Weichen und Signalen auf Grund der Mechanik begrenzt, spielt die Entfernung zwischen ESTW und zu bedienenden Weichen und Signalen heute keine Rolle mehr.

Gemeinsam ist allen Stellwerkstypen, eine Zug - oder Rangierfahrt kann und darf erst zugelassen werden, wenn alle dafür notwendigen Vorrausetzungen erfüllt sind. Das heißt alle Weichen und Signale die für diese Fahrt benötigt werden, müssen sich in der richtigen Stellung befinden und gegen unbeabsichtigtes Bedienen gesichert sein.

 

Matthias Müller

Entwicklung

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