In einem vorherigen Beitrag (der jetzt schon über 1 Jahr alt ist) erklärte ich die Basics des GSM-R Zugfunks. Ich versprach damals auch einen Beitrag über ETCS, dieser lag aber als Entwurf monatelang auf meinem Desktop. Nun habe ich mich endlich dazu entschieden, den Beitrag fertig zu schreiben. Als Entschuldigung für die Verspätung werde ich ein paar weitere Sachen in diesem Beitrag erklären 🙂

Vorneweg, ich habe die technischen Aspekte meiner Erklärungen teils stark vereinfacht. Der Beitrag ist also nicht für Fachpersonen in diesem Bereich geeignet 🙂

Was ist Zugbeeinflussung?

Der Buchstabensalat im Titel dieses Beitrages hat tatsächlich eine Bedeutung. Was genau diese Begriffe bedeuten, werdet ihr nun erfahren.
In der Schweiz werden (fast) alle Schienenfahrzeuge von Lokführern und Lokführerinnen geführt. Grundsätzlich können wir diesen vertrauen, dass sie die Vorschriften befolgen, die Höchstgeschwindigkeiten einhalten, und vor Haltesignalen zum Stillstand kommen. Schlussendlich sind das Bahnpersonal aber auch nur Menschen, und deswegen passieren auch Fehler.

Hier kommt die Zugbeeinflussung ins Spiel. Die Zugbeeinflussung (kurz ZUB) kontrolliert den Lokführer oder die Lokführerin bei der Fahrt. Man kann es sich vorstellen wie ein Arbeitskollege der einem immer über die Schultern schaut, und sofort eingreift wenn man einen Fehler begeht.
Beachtet ein Lokführer ein Signal nicht, oder bremst dieser zu langsam, greift die Zugbeeinflussung ein und verursacht eine sogenannte Zwangsbremsung.

Für die Zugsicherung gibt es weltweit dutzende verschiedene Systeme, die funktionsweise ist aber bei den meisten sehr ähnlich. Grundsätzlich gibt es 2 verschiedene Typen:

Punktförmig:
Bei einer punktförmigen Zugbeeinflussung findet die Kommunikation zwischen Strecke und Fahrzeug über Balisen im Gleis statt. An der Unterseite eines Triebfahrzeug sind Empfänger vorhanden, die Signale kabellos von den Gleismagenten lesen können.
In der Schweiz wurde Integra-Signum als punktuelles Zugbeeinflussungssystem eingesetzt. Dieses wurde später ergänzt durch ZUB 121. Im Einsatz war dieses Zugsicherungssystem bis Ende 2023.

Was ist Gleisfreimeldung?

Die Gleisfreimeldung ist ein essenzieller Bestandteil der Zugsicherung. Diese meldet dem Fahrdienstleiter oder der Fahrdienstleiterin ob ein Gleisabschnitt frei oder belegt ist. Dies ist wichtig da es Kollisionen zwischen Zügen verhindert. Ist ein Gleisabschnitt belegt, darf grundsätzlich kein anderer Fahrweg in dieses Gleis führen.

Gleisfreimeldeanglagen (kurz GFM) gibt es in verschiedenen Formen. Am häufigsten verbreitet sind GFM die mittels Stromkreisen funktionieren. Befindet sich auf dem Gleis eine Achse, sind die Gleise durch die Achse elektrisch verbunden. Das Gleis wird somit als Belegt angezeigt.

Gleisabschnitte sind voneinander Elektrisch isoliert, damit die Gleisfreimeldung nur für einen bestimmten Abschnitt gültig ist.

Eine neuere Entwicklung sind Achszähler. Durch Induktion wird bei einem vorbeifahrenden Zug gezählt, wieviele Achsen sich über den Achszähler bewegt haben. Achszähler sind immer als Paar vorhanden, damit die Richtung des Zuges erkennt werden kann. Zählt der zweite Achszähler genau gleich viele Achsen wir der erste, wird der Gleisabschnitt frei gegeben da der ganze Zug durchgefahren ist.
Zusätzlich kann auch die Vollständigkeit eines Zuges überprüft werden. Stimmt die Anzahl gezählter Achsen nicht mit den hinterlegten Zugdaten überein, zum Beispiel weil ein Wagen abgetrennt wurde, wird ein Alarm ausgelöst.

Da Achszähler mittels Induktion funktionieren, müssen die Gleisabschnitte nicht isoliert werden. Der Nachteil ist, das Achszähler teurer sind als Stromkreisbasierte GFM.

Was ist ETCS?

Kommen wir nun zum urpsrünglichen Thema dieses Beitrages. ETCS ist eine Abkürzung für European Train Control System. Übersetzt, „Europäisches Zug Kontroll System“
ETCS Wird entwickelt für die Standardisierung von Zugsicherungssystemen in Europa. Da aktuell viele verschiedene Systeme existieren, müssen Triebfahrzeuge oft mit mehreren Systemen kompatibel sein. Alternativ müssen an der Grenze Lokomotiven ausgewechselt werden.
Im aktuellen Zeitalter, wo der internationale Güter- und Personenverkehr auf der Schiene gefördert werden will, ist der Bedarf nach einem einheitlichen System gross.

Aktuell sind die Schweiz und Luxembourg die einzigen Länder, die ETCS auf dem ganzen Streckennnetz eingeführt haben.

ETCS Basiert grundsätzlich auf einer Punktförmigen Zugbeeinflussung, die Kommunikation zwischen Strecke und Fahrzeug läuft über mittig im Gleis eingebauten Eurobalisen. Die Balisen übertragen Streckeninformationen, Höchstgeschwindigkeiten, und die Fahrerlaubnis (Movement Authority). Das Fahrzeug wird so diskontinuierlich überwacht, und eine Zwangsbremsung wird ausgelöst wenn das Fahrzeug z.B. nicht anhält oder zu schnell fährt.

Die Funktionsweise von ETCS wird in 4 Verschiedene levels unterteilt, die je nach anwendung eingesetzt werden:

Level 0:
Level 0 kann man nur halbwegs als ETCS Level bezeichnen. Die Fahrzeugausrüstung ist grundsätzlich inaktiv, und es wird nur die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit überwacht.
Verwendet wird Level 0 im Rangierbetrieb, oder wenn ein anderes vorhandenes Zugbeinflussungsystem verwendet wird.

Level 1:

Im Level 1 Ist das ETCS Aktiv, und überwacht das Fahrzeug. Das ETCS greift nur ein wenn der Lokführer einen Fehler begeht. Die Gleisfreimeldung wird an das Stellwerk gesendet, das wiederum die Signale steuert. Datenübertragung ist nur an den Eurobalisen möglich, das Fahrzeug ist also diskontinuierlich mit der Strecke verbunden.

In der Schweiz wird eine angepasste Version von Level 1 verwendet, namentlich Level 1 Limited Supervision (Eingeschränkte Überwachung). Das bedeutet, dem ETCS Rechner auf dem Fahrzeug sind die Stellungen der Signale nicht auf der ganzen Strecke bekannt. der Lokführer mus also weiterhin auf die Lichtsignale achten.

Level 2:

Während einer Fahrt im Level 2 Modus ist das Fahrzeug ständig mit der Strecke verbunden (Full Supervision). Genauer gesagt, mit dem ETCS Radio Block Center. Über GSM-R übermittelt der Zug kontinuierlich seine Position, und erhält als Antwort eine entsprechende Fahrerlaubnis vom RBC. Die Gleisfreimeldung wird wie in Level 1 an das Stellwerk gemeldet, das diese Daten wiederum dem RBC sendet.

Mit den Gleisfreimeldungen des Stellwerks und den Positionsmeldungen des Fahrzeuges überwacht das RBC alle Fahrzeuge auf der Strecke automatisch, und passt die Höchstgeschwindigkeiten und Abstände entsprechend an. Dies ermöglicht Zugfolgezeiten von bis zu 2 Minuten.

Level 2 wird Häufig auch mit Führerstandssignalisierung verwendet. Was das genau bedeutet, ist weiter unten erklärt.

Level 3:

In Level 3 entfällt die streckenseitige Gleisfreimeldung, die Freimeldung erfolgt lediglich über die Positionsmeldungen des Fahrzeuges. Dies hat den Vorteil, das eine Strecke nicht mehr in Abschnitte aufgeteilt werden muss. Dies ermöglicht einen sogenannten „Moving Block“, also eine dynamische Aufteilung der Strecke relativ zur aktuellen Position der Fahrzeuge.

Level 3 wurde stand heute nur auf einzelnen Teststrecken eingesetzt, regulären Fahrgastbetrieb mit Level 3 gibt es bis jetzt noch nicht.
Die Wuppertaler Schwebebahn verwendet eine modifizierte Version von ETCS Level 2, die funktional Level 3 sehr ähnlich ist.

In der Schweiz gab es Pläne, Level 3 einzuführen und dadurch vollautomatische Züge zu ermöglichen. Aber nach Protesten der Gewerkschaften der Eisenbahn wurde dieses Projekt verworfen.

Was ist Führerstandssignalisierung? (ETCS Level 2)

Bei Hochgeschwindigkeitszügen (180km/h+) Ist die Verwendung von herkömmlichen Lichtsignalen nicht möglich. Der Lokführer oder die Lokführerin kann nicht schnell genug auf ein herannahendes Signal reagieren, oder dieses überhaupt identifizieren. Dieses Problem wird durch Führerstandssignalisierung gelöst. Anstelle von Lichtsignalen an der Strecke, werden die Fahrbefehle direkt in den Führerstand gesendet und dem Lokführer auf dem Driver Machine Interface (Lokführer Fahrzeug Display) angezeigt. Der Lokführer oder die Lokführerin sieht nicht nur die aktuell zulässige Geschwindigkeit, sondern auch die folgenden Geschwindigkeiten auf den nächsten Streckenabschnitten.

Strecken die für Führerstandssignalisierung ausgerüstet sind, haben keine Lichtsignale mehr. Unbelechtete ETCS Haltetafeln sind in regelmässigen Abständen vorhanden, falls auf der Strecke angehalten werden muss.

In der Schweiz gibt es einige Level 2 Strecken:
Neubaustrecke Mattstetten – Rothrist (Bahn 2000 Strecke)
Gotthard Basistunnel
Ceneri Basistunnel
Lötschberg Basistunnel
Lausanne – Villeneuve
Sion – Sierre
Brunnen – Altdorf – Rynächt

Die SBB plant 2025 mit dem Ausbau von Level 2 auf dem gesamtem Streckennetz zu beginnen.

Führerstandssignalisierung ist auch zentraler Bestand vom Deutschen LZB, oder dem Französischen TVM (Transmission Voie-Machine). Deswegen sind viele Strecken ausgerüstet mit mehreren Systemen.

ETCS ist zwar in erster Linie eine europäische Entwicklung, ist aber interessanterweise auch vorhanden in weit entfernten Ländern. China verwendet auf Hochgeschwindigkeitsstrecken ein System das auf ETCS Basiert (CTCS), und Länder wie Südkorea haben mit der Einführung von ETCS auf dem gesamten Schiennenetz begonnen.

Bonus: ETCS DMI im Rangierbetrieb

Rechts nebem den Tachometer ist das Shunting (Rangier) Mode Symbol erkennbar. Gleichzeitig ist auf der linken Seite das Symbol für Level 0 Aktiv. Im Rangierbetrieb wird auf Sicht gefahren, die Zugbeeinflussung ist grundsätzlich ausgeschaltet.