PZB 90

Gleisschwingkreis (Gleismagnet)

Fahrzeugmagnet am Triebfahrzeug nahe dem rechten Rad und der Schienenoberkante

ZUB-Fahrzeugkoppelspule einer GT4-Straßenbahn

Die drei PZB-Taster eines ICE T

Die Punktförmige Zugbeeinflussung (Abk. PZB) ist ein Zugbeeinflussungssystem der Eisenbahn. An definierten Punkten werden dabei Informationen zur Sicherung der Zugfahrt übertragen. Dieser Artikel beschreibt die seit 1934 im deutschen Eisenbahnnetz verwendete Induktive Zugbeeinflussung der Drei-Frequenz-Resonanz-Bauart. Sie wird in dieser Form auch in Österreich, Rumänien, den Nachfolgestaaten von Jugoslawien und auf einer Strecke in Kanada verwendet.

Kernaufgabe der PZB ist es, ein unbefugtes Überfahren eines Halt („rot“) zeigenden Signals zu verhindern.^[1] Durch Beeinflussungspunkte an der Strecke ausgelöst, leitet die PZB eine Zwangsbremsung ein, wenn ein Halt zeigendes Signal überfahren bzw. sich diesem zu schnell angenähert wird. Eine weitere wichtige Anwendung der PZB die Überwachung der örtlich zulässigen Höchstgeschwindigkeit per Geschwindigkeitsprüfabschnitt.

Technisch besteht die PZB aus streckenseitigen Einrichtungen im Gleis („Magneten“), die die benötigten Daten bereitstellen, und Systemen im Triebfahrzeug, die die Verarbeitung übernehmen.

Nach der Art der Informationsübertragung lassen sich verschiedene weitere Arten der punktförmigen Zugbeeinflussung unterscheiden:

• Mechanische Zugbeeinflussung
• Elektromechanische Zugbeeinflussung
• Magnetische Zugbeeinflussung
• Induktive Zugsicherung (INDUSI)
• Optische Zugbeeinflussung (OPSI)

Rechtliche Grundlage

In Deutschland müssen Eisenbahnstrecken, auf denen mehr als 100 km/h zugelassen sind, mit einem Zugbeeinflussungssystem ausgerüstet sein (§ 15 EBO). Strecken, auf denen mehr als 160 km/h zugelassen sind, müssen mit einer Zugbeeinflussung ausgerüstet sein, durch die ein Zug selbsttätig zum Halten gebracht und außerdem geführt werden kann. Dazu wird im Wirkungsbereich der Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung (EBO) vorwiegend die LZB eingesetzt.

Triebfahrzeuge oder führende Fahrzeuge müssen mit einer Zugbeeinflussung ausgerüstet sein, durch die ein Zug selbsttätig zum Halten gebracht und – bei Fahrzeugen mit einer zulässigen Geschwindigkeit von mehr als 30 km/h − ein unzulässiges Anfahren gegen "Halt" zeigende Signale selbsttätig verhindert werden kann, wenn die Fahrzeuge auf Strecken mit Zugbeeinflussung verkehren (§28 EBO). Mit vorübergehend unwirksamer PZB-Anlage beträgt die zulässige Höchstgeschwindigkeit 100 km/h (§ 40 EBO).

Geschichte

Ein Indusi-Prototyp an einer Dampflok (1930)

Die Deutsche Reichsbahn erprobte in den 1920er Jahren mehrere Zugsicherungssysteme. Die optische Zugsicherung (OPSI) wurde abgelehnt, weil bei Verschmutzung der Optiken kein sicheres Anhalten garantiert werden konnte. Die induktive Zugsicherung (INDUSI) wies schon die Grundstruktur mit 500, 1000 und 2000 Hz-Magneten auf, die vor einem Signal dessen Signalbegriff über eine Induktionsspule zum Fahrzeug übertragen, dessen Geschwindigkeit kontrollieren und bei Gefahr, das Signal zu überfahren, eine Zwangsbremsung auslösen. Ein Vorteil der induktiven Informationsübertragung war und ist die passive Streckeneinrichtung, die keine örtliche Energieversorgung benötigt. Im Regelfall gab es bei mechanischen Stellwerken an den Signalen weder Stromanschluss noch freie Kabeladern. Die erste Serienbauart war die Indusi I 34, bei der der Ruhestrom im Fahrzeugmagnet 1A betrug. Die benötigten Spannungen mit Frequenzen von 500, 1000 und 2000 Hz wurden bei Dampflokomotiven direkt vom mit Zusatzwicklungen ausgerüsteten Turbogenerator erzeugt. Die Resonanzbauart vermeidet die Schwäche von Zugbeeinflussungen in Gleichstrombauart, wie z. B. des Schweizer Systems Integra-Signum, beim Befahren mit sehr kleiner Geschwindigkeit nicht auszulösen. Gleichzeitig ist die Resonanzbauart unempfindlich gegen Eisenmassen im Gleis, beispielsweise in Weichen.

Indusi I 54

Am Triebfahrzeug befindet sich auf der rechten Seite ein Fahrzeugmagnet mit drei Schwingkreisen, die vom Fahrzeuggerät mit je einer der drei Frequenzen 500, 1000 und 2000 Hz gespeist wird. In jedem Strompfad befindet sich ein in Grundstellung angezogenes Impulsrelais.

Am Gleis liegen so genannte Gleismagneten, die ebenfalls einen oder mehrere auf obige Frequenzen abgestimmte Schwingkreise enthalten. Diese sind in Grundstellung aktiv. Beim Befahren kommt es durch Resonanzwirkungen zu einem Stromabfall in der Sendespule, das betreffende Impulsrelais fällt ab. Dies wird registriert und verarbeitet. Sollen Schwingkreise wegen Fahrtstellung des betreffenden Signals unwirksam sein, werden sie durch Flügel- bzw. bei Lichtsignalen durch Relaiskontakte kurzgeschlossen und damit soweit verstimmt, dass keine Beeinflussung des Fahrzeuggerätes erfolgt.

Die Informationen der einzelnen Schwingkreisfrequenzen sind:

• 1000 Hz − Vor Langsamfahrstellen, Vorsignalen, Überwachungssignalen (Schaltung ab V_ziel < 100 km/h); Langsam fahren bzw. Halt zeigendes Signal wird in ca. 1000 m erreicht
• 0500 Hz − Vor Langsamfahrstellen / 250 m vor den Hauptsignalen (Schaltung ab V_ziel <= 30 km/h); Langsam fahren mit bis zu 30 km/h bzw. Halt zeigendes Signal wird in ca. 250 m erreicht
• 2000 Hz − Fahrsperre, an Hauptsignalen in Haltstellung (Hp0). Sofortige Zwangsbremsung bei Überfahren.

Beim Passieren eines „Halt erwarten“ zeigenden Vorsignals erfolgt eine 1000-Hz-Beeinflussung des Triebfahrzeug-Schwingkreises. Der Triebfahrzeugführer muss innerhalb von vier Sekunden eine Quittiertaste („Wachsamkeitstaste“) drücken. Hierdurch bestätigt er, dass er das Vorsignal erkannt hat und nun - falls erforderlich - eine Bremsung einleitet. Ohne diese Bestätigung erfolgt eine Zwangsbremsung des Zuges. In der alten Ausstattung der PZB (I54, I60) wird zusammen mit der Beeinflussung auch ein Countdown ausgelöst, nach dessen Ablauf der Zug eine je nach Zugart festgelegte Geschwindigkeit unterschritten haben muss, sonst erfolgt auch hier eine Zwangsbremsung. Neuere Bauformen verwenden ein modifiziertes Überwachungssystem (siehe nächste Abschnitte). Eine 1000-Hz-Beeinflussung findet in der Regel an Vorsignalen in Stellung „Halt erwarten“ oder „Langsamfahrt erwarten“ oder „Fahrt erwarten“ zusammen mit einer Geschwindigkeitsbegrenzung unter 100 km/h (Zs3v) statt. Zudem können vereinzelt auch Sicherungen mit 1000-Hz-Magneten an Vorsignalwiederholern vorkommen. Außerdem an Bahnübergangsüberwachungssignalen, wenn der BÜ nicht technisch gesichert werden konnte (Bü 0) und den Vorankündigungen von Langsamfahrstellen (Lf 1, Lf 4, Lf 6).

Im allgemeinen 250 m vor einem "Halt" (oder Langsamfahrt bis max 30 km/h) zeigenden Hauptsignal wird durch einen 500-Hz-Schwingkreis eine zusätzliche Geschwindigkeitsprüfung ausgelöst, da der Countdown u. U. nicht ausreicht, um einen Zug sicher, also vor dem abzusichernden Gefahrenpunkt, zum Stehen zu bringen.

Am Hauptsignal selbst liegt ein 2000-Hz-Schwingkreis, der bei „Halt“ zeigendem Signal in jedem Fall eine Zwangsbremsung auslöst, um Züge, die trotz der beiden vorherigen Prüfungen doch noch das Signal überfahren haben, rechtzeitig vor dem abzusichernden Gefahrenpunkt zu stoppen. Hauptsignale, die eine Vorsignalisierung beinhalten, wurden ursprünglich mit je einem 2000- und einem 1000-Hz-Magnet ausgerüstet. Sehr bald wurden Doppelgleismagnete eingeführt, die durch einen zuschaltbaren Kondensator auf 1000 Hz umschaltbar sind und heute die Regelbauart darstellen.

Ist es erforderlich, trotz aktiviertem 2000-Hz-Schwingkreis (z. B. bei Signalausfall und dem Vorliegen eines entsprechenden, vom Fahrdienstleiter ausgestellten Befehls) über ein „Halt“ zeigendes Signal zu fahren, oder es wird am Hauptsignal Zs 1, Zs 7 (ex DB), Zs 8 oder Zs 11 (ex DR) angezeigt, kann die PZB durch das Bedienen der sogenannten Befehlstaste überbrückt werden. Die 2000 Hz-Bremse wird zwar überbrückt, aber die Beeinflussung und das Bedienen der Befehlstaste wird auch auf dem Schreibstreifen registriert. Während dieser Zeit ist die Höchstgeschwindigkeit des Triebfahrzeugs auf 40 km/h begrenzt, und es ertönt eine dauerhafte akustische Warnung (Signalton oder Sprachausgabe).

Nicht alle Strecken waren oder sind komplett mit 500-, 1000- und 2000-Hz-Magneten ausgestattet. Oft wurden nur Vorsignale mit 1000-Hz-Magneten versehen.

Erweiterung der PZB-Funktionalität

Das obengenannte Verfahren ist die grundlegende Funktionalität der PZB, um einen Zug vor einem Signal rechtzeitig zum Stehen zu bringen, die fahrzeugseitige Technik wurde 1954 von der damaligen Deutschen Bundesbahn als Indusi I 54 standardisiert (erste Prototypen der damals noch als "Induktive Zugsicherung" bezeichneten Technik wurden bereits in den 30er Jahren entwickelt und im Versuchsbetrieb eingesetzt). Das System I 54 und dessen Nachfolger I 60 erwiesen sich jedoch stellenweise als noch unzulänglich, so dass im Laufe der Jahre immer wieder nachgebessert und neue Funktionen integriert wurden:

Indusi I 60R

Während die I 54/60 noch fast ohne elektronische Bauteile auskam, hielt mit der I 60R die Mikroprozessortechnik Einzug in die Bahnsicherungssysteme. Hierdurch wurde es möglich, die Geschwindigkeit nicht nur zu bestimmten Zeit- bzw. Wegpunkten zu überwachen, sondern kontinuierlich in Form einer Bremskurve, während der Zug sich auf das Signal zubewegt. Die 1000-Hz-Überwachungskurve beginnt z. B. in der oberen Zugart (O) bei 165 km/h zu laufen und wurde bei der "alten I60R" auf unter 95 km/h (heute 85 km/h bei PZB 90, Umbauart I60 R) zeit-, und wegabhängig überwacht. Wenn die V_ü-Überwachungskurve die V_ist Überwachungskurve schneidet, weil z. B. der Lokführer den Zug zu langsam abbremst, wird eine Zwangsbremsung bis zum Stillstand des Zuges ausgelöst. Die Impulsrelais der früheren Bauarten wurden durch eine elektronische Auswertung abgelöst, damit wurde es möglich, in deutlich dichterer Folge Informationen zu übertragen. Die Impulsrelais der Altbauarten blieben bis zum Ende der Wirksamkeitsstrecke abgefallen, in dieser Zeit wäre eine weitere gleichartige Beeinflussung nicht aufgenommen worden. Daraus resultierten die Mindestabstände von 1000-Hz-Magneten untereinander.

Eine weitere neue Funktion der I 60R war die Überwachung der Höchstgeschwindigkeit des Zuges, die vor Antritt der Fahrt im Zugdateneinsteller eingegeben wurde. Die maximale Geschwindigkeit beträgt je nach Bremsstellung und Bremskraft 165/125/105 km/h (Zugart O/M/U). Eine Überschreitung führt zu einer Zwangsbremsung, die automatisch bei Unterschreitung wieder gelöst wird.

PZ80

Bei der Deutschen Reichsbahn in der DDR wurden seit dem Ende der sechziger Jahre zunächst aufgearbeitete Altbestände eingebaut, gleichzeitig rüstete man Maschinen mit I60-Anlagen der Fa. Siemens und später mit rumänischen Nachbauten I60 Icret aus. Zur Ablösung von Importen und wegen der notwendigen Modernisierung entwickelte das Geräte- und Reglerwerk Teltow in den 1980er Jahren eine eigenes Zugbeeinflussungssystem. Es unterstützte erweiterte Funktionen zusätzlich zur originalen PZB. So war es möglich, mit einem Rangierprogramm bis zu 40 km/h ohne Beachtung der Schwingkreise zu fahren. Die Höchstgeschwindigkeit der Züge wurde nicht nur in drei Zugarten, sondern in 10-km/h-Schritten vorgegeben. Dabei wurde die Höchstgeschwindigkeit ab 6 km/h Überschreitung durch Zwangsbremsung gesichert, die aber − wie in der I60R auch − nicht bis zum Stillstand wirkte. Die Überwachung des Zuges erfolgte nicht durch zwei Geschwindigkeitspunkte nach einer Zeitspanne, sondern durch eine durchgehende Bremskennlinie. Zusätzlich war der permissive Modus aus der Fahrdienstvorschrift der DR implementiert. In dieser Betriebsart ist es möglich, mit begrenzter und überwachter Höchstgeschwindigkeit (tagsüber 50, nachts 15 km/h) auf Sicht in einen besetzten Abschnitt einfahren.

PZB90: Leuchtmelderblock, Tachometer und Summer(darunter) auf einer Dampflokomotive

PZB90: SIEMENS I60/ER24 Schaltgehäuse mit Bedientasten auf einer Dampflokomotive

PZB90

Nach Schwierigkeiten in der Entwicklung wurde Mitte der 1990er Jahre das neue System PZB90 fertiggestellt, das im Netz der Deutschen Bahn AG inzwischen auf nahezu allen Fahrzeugen eingesetzt wird. Ziel bei der Entwicklung war eine nochmalige Erhöhung der Sicherheit und die Vereinheitlichung der Bedienung der ost- und westdeutschen Indusi-Bauarten. Triebfahrzeuge mit PZ80 oder I 60R konnten in der Regel per Software-Aktualisierung auf PZB90 hochgerüstet werden. Für die alte I 60 ohne Mikroprozessor wurde die PZB90 in einem neu eingebauten elektronischen Registriergerät ER24 implementiert, das die Überwachung der Geschwindigkeitskurven übernahm.

Neben der Vereinheitlichung zu einem gesamtdeutschen System und kleineren Anpassungen an den Prüfgeschwindigkeiten war die wesentliche Neuerung der PZB90 die Einführung des restriktiven Modus' . Dieser war wesentlich dem Eisenbahnunglück in Rüsselsheim von 1990 geschuldet, bei dem der Fahrzeugführer einer S-Bahn vor einem "Halt" zeigenden Signal am Bahnsteig zunächst zwar gehalten, anschließend jedoch die Haltstellung vergessen hatte. Der spurtstarke Triebzug hatte bei der Zwangsbremsung am Hauptsignal bereits eine zu hohe Geschwindigkeit erreicht, um im Durchrutschweg zum Halt zu kommen, rutschte in das Gleis einer einfahrenden S-Bahn und kollidierte mit dieser. Der neue restriktive Modus beschränkt bei einer 500-Hz-Beeinflussung sowie nach Fahrtrichtungswechseln die Geschwindigkeit auf 25 km/h.

Der Eisenbahnfahrzeugführer darf sich mit der Taste "PZB frei" aus dem restriktiven Modus befreien, wenn er eine „Fahrt“-Stellung des Signals zweifelsfrei erkannt hat. Diese Befreiung ist technisch nur nach einer 1000-Hz-Beeinflussung möglich, ausgelöst beispielsweise durch eine "Warnstellung" des Vorsignals. Sie funktioniert jedoch erst nach Ablauf von 200 bzw. 250 Metern (je nachdem wo in den restriktiven Modus gewechselt wurde) ab einer evtl. erhaltenen 500-Hz-Beeinflussung. Vorher ist eine Befreiung trotz Signalaufwertung nicht möglich, da das System keine Information über die Aufwertung erhält. Dies wirkt zwar zur sicheren Seite hin, Kritiker sehen jedoch darin eine starke Betriebsbeeinträchtigung, die mehr schadet (Verspätung) als sie nützt (verhinderte Unfälle). Zur Optimierung wird daher der Halteplatz (H-Tafel) an Bahnsteigen entweder vor einen 500-Hz-Magneten oder nah ans Ende der Überwachungsstrecke (also nah am Signal) gelegt.

Da auch im restriktiven Modus mit rund 25 km/h auf das Halt zeigende Hauptsignale „unzulässig angefahren“ werden kann, steht diese Regelung im Wortsinne im Widerspruch zu dem 2008 neu gefassten^[2] Paragraph 15 (2) der EBO, der − im engeren Sinn − ein Zugsicherungssystem verlangt, mit dem jedwedes unberechtigte Anfahren ausgeschlossen werden kann.

Ab der Software-Version 1.6 der PZB90 wurden die Prüfgeschwindigkeiten verschärft — statt 95 km/h nach 20 Sekunden müssen nun beispielsweise 85 km/h nach 23 Sekunden unterschritten sein. Diese neuen Prüfwerte wurden aufwändig mit einem Verkehrsfluss-Simulationsprogramm bestimmt und sollen einen optimalen Kompromiss zwischen Verkehrsfluss und Sicherheit darstellen. Je nach Zugart (abhängig von den Bremshundertsteln) müssen unterschiedliche Geschwindigkeitskennwerte unterschritten sein. So z. B. muss bei der Zugart "M" bei einer 1000-Hz-Beeinflussung innerhalb von 29 Sekunden auf unter 70 km/h gebremst werden; an 500-Hz-Magneten darf die Geschwindigkeit maximal 50 km/h betragen und muss nach der Beeinflussung innerhalb von 153 m unter 35 km/h abgesenkt sein. Bei der Zugart "U" gilt: innerhalb von 38 Sekunden unter 55 km/h bei 1000-Hz-Beeinflussung; an 500-Hz-Magneten maximal 40 km/h und innerhalb von 153 m unter 25 km/h. Bei allen Zugarten gilt: Wechselblinken mit/ohne 1000-Hz-Beeinflussung V_max (maximale Geschwindigkeit) 45 km/h und bei Wechselblinken mit 500 Hz gilt V_max 25 km/h.

Mit der Software-Version 2.0 wird eine mögliche Umgehung von restriktiven 500-Hz-Prüfungen verhindert: Durch Verlegen des Richtungsschalters in die Stellung "rückwärts" und anschließend wieder "vorwärts" war es möglich, die restriktive Prüfung unberechtigterweise abzubrechen. Außerdem wurde ein Fehler behoben, der zu einer fälschlichen Zwangsbremsung führen konnte, wenn die PZB-Fahrzeugeinrichtung genau über dem Gleismagneten zum Stehen kam.

Indusi im Ausland

Die Indusi/PZB gibt es nicht nur in Deutschland. Auch Österreich, Rumänien und Kanada haben PZB 90. Österreich hat die Indusi von Deutschland schon während der 'Reichsbahn'-Zeit von 1938 bis 1945 übernommen und hatte nach 1945 kein eigenes Zugbeeinflussungssystem entwickelt. Dies erwies sich als vorteilhaft, da so Züge aus Deutschland auch in Österreich verkehren können und umgekehrt.

Siehe auch

• Geschwindigkeitsprüfabschnitt

Weblinks

• Übertragungsprinzip der PZB/Indusi
• Bilder der in Kanada benutzten Indusi

Einzelnachweise

1. ↑ Lutz Brauweiler: PZB90 unter dem Gesichtspunkt der Interoperabilität. In: Signal + Draht. 92, Nr. 12, 2000, ISSN 0037-4997, S. 29.
2. ↑ Deutscher Bundesrat: Vierte Verordnung zur Änderung der Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung. Drucksache (Beschluss) 99/08 vom 14. März 2008

Literatur

• Konzernrichtlinie (KoRil) 483 der Deutschen Bahn AG

Zugbeeinflussungsysteme

ATB (Niederlande) | ATC (Schweden) | ASFA (Spanien) | AWS (Großbritannien) | GW ATP (Großbritannien) | TPWS (Großbritannien) | Crocodile/Memor (Belgien, Frankreich, Luxemburg) | EVM 120 (Ungarn) | Indusi, PZB (Deutschland, Österreich) | LZB (Deutschland, Österreich, Spanien, ehemals Schweiz) | Integra-Signum (Schweiz) | KVB | TVM (Frankreich) | LS90 (Tschechien) | Mirel (Osteuropa) | SHP (Polen) | RS4 Codici, SCMT, BACC (Italien) | TBL (Belgien) | ZUB 121 (Schweiz, Spanien) | SELCAB (Spanien) | ZUB 122 (Deutschland, für Neigetechnik-Züge) | ZUB 123 (Dänemark) | ALSN (ehemalige UdSSR) | EBICAB (Schweden, Norwegen)

ETCS (europäisches Zugsicherungssystem)