Elektronisches Stellwerk

ESTW München Nord Rangierbahnhof

ESTW-Bereichsstellrechner im Bahnhof Kinding (Altmühltal)

Ein Elektronisches Stellwerk (ESTW) ist eine Bahnanlage zum Stellen von Weichen und Signalen (zur allgemeinen Definition siehe Artikel Stellwerk). Die Signale sind ausschließlich Lichtsignale. Die zum Aufbau und zur Sicherung einer Fahrstraße erforderlichen Abhängigkeiten werden im elektronischen Stellwerk mithilfe von Software in Rechnern realisiert.

Bei älteren ESTW-Bauformen ist, wie bei Relaisstellwerken, die maximale Stellentfernung von der Stromversorgung (meist im Stellwerk) zur Außenanlage aufgrund der üblicherweise verwendeten Kabeltypen auf etwa 6,5 km begrenzt. Es besteht aber bei ESTW-Technik die Möglichkeit, die zur Steuerung und Überwachung der Außenanlagen (Weichen, Signale) verwendeten Rechner auch abgesetzt (in größerer Entfernung) von der Zentrale neben eigener Stromversorgung zu installieren.^[1] In modernen Bauformen werden Komponenten in der Außenanlage über elektronische Bussysteme (CAN, ISDN, Ethernet über Kupfer oder Lichtwellenleiter) angesteuert, sodass die Wirkentfernung nahezu unbegrenzt ist, während die Stellentfernung - von der Stromversorgung zum Element - weiterhin auf 6,5 km begrenzt ist.

Historische Entwicklung

Weltweit erstes ESTW

Das erste ESTW der Welt wurde 1978 auf dem Bahnhof Göteborg Central in Schweden in Betrieb genommen. Es stammt von der Firma Ericsson Signal, heute Bombardier Transportation.

Im Sommer 1983 ging bei der Arthur-Taylor-Colliery in Südafrika das erste Voll-ESTW der Firma Siemens in Betrieb.

Historische Entwicklung in Deutschland

Das erste ESTW in Deutschland wurde ab 1982 bei der BVG in Berlin im Bahnhof Uhlandstraße von Siemens erprobt. Es ging am 25. August 1986 in den Regelbetrieb.^[2]

Anfang 1985 wurde das ESTW Leitstraße des Gemeinschaftsbetriebs Eisenbahn und Häfen in Duisburg für den Vollbetrieb zugelassen. Nach manchen Angaben soll es das zweite der Welt gewesen sein^[3], andere Angaben sprechen vom zweiten ESTW von Siemens.

Die damalige Deutsche Bundesbahn beschloss 1983, die Entwicklung von elektronischen Stellwerken als Nachfolgetechnologie für Relaisstellwerke zu fördern und arbeitete bei der Entwicklung mit den Firmen AEG, SEL (später Alcatel, heute Thales) und Siemens zusammen.^[1]

Die Bundesbahn bereitete im Spätsommer 1984 die Bestellung der ersten fünf Anlagen vor. Dabei war die Einrichtung des ersten Versuchs-ESTW für Ende 1985 im Bahnhof Murnau vorgesehen. Vier weitere Siemens-Versuchsstellwerke waren in Overath, Essen-Kupferdreh, Detmold und Springe (bei Hannover) vorgesehen. Die Erprobung eines SEL-Stellwerks war für Neufahrn (Niederbayern) vorgesehen, ein AEG-Telefunken-Stellwerks sollte im Bahnhof Dieburg erprobt werden. Auf den im Bau befindlichen ersten Neubaustrecken wurde, bei positiv verlaufender Erprobung, der Einsatz von ESTW für die Steuerung von Überleitstellen erwogen.

ESTW Murnau – Das erste Vollbahn-ESTW in Deutschland

Am 13. Dezember 1985, am 150. Jahrestag der ersten Eisenbahnfahrt in Deutschland, übergab Siemens der Deutschen Bundesbahn im Bahnhof Murnau am Staffelsee (Karwendelbahn München – Garmisch-Partenkirchen) das erste ESTW in Deutschland für eine umfassende Praxiserprobung; Reiner Gohlke, damals Erster Präsident der Deutschen Bundesbahn, wohnte der Zeremonie bei. Vorgesehen war ein wenigstens einjähriger Testbetrieb, wobei das ESTW ohne Sicherheitsverantwortung parallel zu der bestehenden Signaltechnik verwendet werden sollte.^[4] Darüber hinaus wurde die Anlage über von der Bundesbahn entwickelte Simulationsrechner mit simulierten Betriebsabläufen konfrontiert.^[1] Das Bundesbahn-Zentralamt München führte die Sicherheits- und Betriebserprobung durch und entschied nach Abschluss der Testphase über die Inbetriebnahme.^[4]

Nach der Beseitigung von Mängeln folgte der Sicherheitsnachweis ab 15. Juni 1987.^[5] Das Stellwerk ging am 29. November 1988 als erstes ESTW an einer deutschen Vollbahn in den Regelbetrieb. Die Eingabe der Stellbefehle erfolgte dabei per Tastatur, die Darstellung auf Fernsehbildschirmen.^[5] Als wesentliche Vorteile der neuen Technologie galten damals u. a. ein deutlicher geringerer Raumbedarf, fallende Preise für Computer-Hardware bei steigenden Preisen für Relais und wesentlich größere Stellbereiche sowie eine schnelle Störungsbeseitigung mit geringeren Wartungs- und Instandsetzungskosten.^[4]

Weitere Prototypen-ESTW bei der damaligen Deutschen Bundesbahn

Im Juli 1987 wurde ein Vorserienmodell eines ESTW im Raum Hockenheim an der Schnellfahrstrecke Mannheim–Stuttgart eingerichtet. In der Vorbereitung für Zulassung und Einsatz der ESTW in Deutschland wurden dabei die durch die Neubaustrecke bedingten Funktionen der Stellwerke getestet, die im Altnetz nicht vorzufinden sind. Auf einer Länge von rund 12 km, zwischen den Bahnhöfen Hockenheim und Graben-Neudorf (Abzweig Molzau einschließlich) wurden die Funktionen der neuen Technik zunächst ebenfalls parallel zur bestehenden Technik, ohne Sicherheitsverantwortung, erprobt.

Nach mehrmonatiger Erprobung ging im November 1989 im Bahnhof Springe (Bahnstrecke Hannover–Soest) das bundesweit dritte ESTW in Betrieb. Die 5,2 Millionen D-Mark teure Anlage übernahm dabei den 6,3 km langen Stellbereich von drei mechanischen Stellwerken mit elf Weichen und Gleissperren, 17 Haupt- und Vorsignalen sowie drei Bahnübergängen. Die Bedienung erfolgte per Tastatur, mit Wiedergabe der Stellbefehle auf einem Kontrollmonitor. Bei korrekter Darstellung der Stellbefehle bestätigte der Fahrdienstleiter dabei die Ausführung mittels einer Verarbeitungstaste.^[6] In der Nacht vom 22. auf den 23. November 2008 wurde es durch ein neues ESTW ersetzt, das aus der Betriebszentrale Hannover ferngesteuert wird.

Die weiteren vorgesehenen Siemens-Prototypenstellwerke wurden wie geplant in Detmold, Springe, Overath und Essen-Kupferdreh zwischen 1989 und 1991 in Betrieb genommen. Der SEL-Prototyp ging wie geplant 1990 in Neufahrn (Niederbayern) in den Vollbetrieb.^[5] Zu einer Vollinbetriebnahme des AEG-Prototypen in Dieburg kam es nicht, da AEG die Arbeiten an dem Projekt einstellte. Stattdessen ging hier 1993 ein Siemens-Serienstellwerk in Betrieb.

Die ersten, 1991 in Betrieb genommenen Neubaustrecken Hannover–Würzburg und Mannheim–Stuttgart werden zum Teil aus Elektronischen Stellwerken heraus gesteuert.^[7]. Es handelt sich hierbei um die ESTW-Zentralen Orxhausen (SFS Hannover–Würzburg), Kirchheim (SFS Hannover–Würzburg) und Hockenheim (SFS Mannheim–Stuttgart). Diese drei zählen neben dem ESTW am Rangierbahnhof München Nord zu den Prototypen der Firma Siemens. Sie verfügen, im Gegensatz zu allen späteren ESTW, über eine Panoramatafel.

Mit dem ESTW Sigmaringen ging im Frühjahr 1993 das erste Serien-ESTW der Firma Siemens in Betrieb. Bis zu seiner Inbetriebnahme war die ESTW-Technik an 16 Prototypstellwerken über sechs Jahre hinweg erprobt worden.^[8]

Das erste Vorserienstellwerk der Alcatel arbeitete in Neufahrn(Niederbayern) und wurde in ein Serienstellwerk umgewandelt. Die ersten Serienstellwerke von Alcatel arbeiten in Husum, Hamburg-Eidelstedt, Itzehoe, Gessertshausen und München-Riem.

Weitere Entwicklung in Deutschland

Bereits in den späten 1980er Jahren entwickelte die Braunschweiger Firma IVV (später Adtranz Signal, jetzt Bombardier Signalling) ein ESTW für Lokal-, Industrie- und Stadtbahnen mit dem Produktnamen MCDS (jetzt EBI LOCK 500). 1989 ging das erste MCDS überhaupt bei der Eisenbahn & Häfen in Duisburg in Betrieb. Das erste MCDS im Personenbetrieb ging auf der Strecke Busenbach–Bad Herrenalb der AVG in Betrieb. Seit dem wurde eine Vielzahl an Stellwerken dieses Typs bei Bahnen in Deutschland und Europa installiert.

Die 1990 gegründete Firma BBR (Bergmann Baudis Rösch GmbH) bot zunächst nur Betriebshofsteuerungen und Fahrsignalanlagen für Straßenbahnen an. Seit 2002 bietet man auch einen ESTW-Typ für Regional- und Stadtbahnen an. Die erste Anlage in Deutschland ging 2002 bei der Citybahn Chemnitz auf der Strecke Altchemnitz–Stolberg (Sachs) in Betrieb.

Außerhalb der DB konnten Siemens und Alcatel (Sparte Transportlösungen seit 2007 bei Thales) die speziell für die DB entwickelten „Vollbahn-ESTW“ zwar in sehr geringer Stückzahl verkaufen, entwickelten aber Anfang der 90er Jahre für Lokal-, Stadt- und Industriebahnen spezielle Stellwerksbauformen (SICAS, SICAS S5/S7), die den Anforderungen dieses Kundenkreises besser genügten. Das erste SICAS S5 ging 1995 auf dem Werkbahnhof der ESSO AG in Ingolstadt in Betrieb. Das erste ESTW des Nachfolgetyps SICAS S7 ging 2006 auf der Kaiserstuhlbahn in Betrieb. Die ersten SICAS-ESTW gingen 1997 bei den Kölner Verkehrsbetrieben und der Braunkohlenbahn der LAUBAG (heute Vattenfall) in Betrieb.

Am Bahnhof Hamburg-Altona ging am 12. März 1995 ein 62,6 Millionen D-Mark teures Stellwerk als rund 35. Elektronisches Stellwerk im Netz der Deutschen Bahn in Betrieb. Das neue Stellwerk ersetzte acht Stellwerke aus den Jahren 1911 bis 1952. Das Stellwerk steuerte bei seiner Inbetriebnahme 160 Weichen, rund 250 Signale und 215 Gleisstromkreise. Aufgrund von Softwareproblemen und zu kurzer Einarbeitungsphase kam es zu erheblichen Problemen bei der Inbetriebnahme. In der Folge verpflichteten sich die ESTW-Hersteller Siemens und Alcatel, Testzentren zu errichten, in denen neue Stellwerke vor Inbetriebnahme getestet werden können.^[9][10][11]

In Hagen ging Mitte 1995 das 46. und damals größte ESTW im Bereich der Deutschen Bahn in Betrieb. Die 58 Millionen D-Mark (rund 30 Millionen Euro) teure Anlage ersetzte sieben ältere Stellwerke und steuerte zur Inbetriebnahme 504 Stelleinheiten mit 250 Gleisfreimeldeabschnitten.^[12]

Am Hauptbahnhof Hannover begannen 1993 die Bauarbeiten für das bis dahin größte Elektronische Stellwerk der Bahn. Die etwa 100 Millionen D-Mark teure Anlage wurde für die Steuerung von etwa 5000 Zug- und Rangierstraßen pro Tag, durch 279 Weichen und 535 Signale über zehn Fahrdienstleiter-Arbeitsplätze, ausgelegt.^[13] Das nach Angaben des Herstellers größte und modernste elektronische Knotenstellwerk der Welt ging im August 1998 in Betrieb.^[14]

Für reine Rangierstellwerke entwickelte die Firma Tiefenbach ein Rangier-ESTW mit der Bezeichnung TMC RaStw, das 2003 das erste Mal bei der DB AG im Bahnhofsteil Deutzerfeld des Bahnhofs Köln-Deutz eingesetzt wurde. Tiefenbach lieferte bis dahin nur EOW-Anlagen und sonstige Rangiertechnik an die DB AG.

Bombardier ist seit 2005 der dritte Hersteller, der ESTW für die Hauptstrecken der DB AG anbietet. Der schon länger international verkaufte Typ EBI LOCK 950 wurde dafür entsprechend dem deutschen Regelwerk angepasst und zugelassen.

Zu Beginn des neuen Jahrtausends erfolgte seitens der DB AG eine Aufteilung der Strecken in das sog. Fern- und Ballungsnetz und mehrere Regionalnetze. So wurden zwei Marktsegmente geschaffen, die vor allen Dingen für die Regionalnetze kostengünstigere ESTW ermöglichen sollten, da nicht alle Funktionalitäten von „Vollbahn-ESTW“ auch für die Regionalnetze benötigt werden. Dies führte zum Markteintritt von weiteren Herstellern.

Scheidt & Bachmann (bisher Lieferant für Bahnübergangssicherungsanlagen) entwickelte ein ESTW vom Typ ZSB 2000 für Regionalnetze, zunächst nur für Strecken die im signalisierten Zugleitbetrieb betrieben werden, inzwischen ist die Zulassung für alle Betriebsformen erfolgt. 2005 wurde die Pilotanlage auf der Strecke Korbach–Brilon Wald in Betrieb genommen. Seitdem wurden bei der DB AG sowie auch bei nichtbundeseigenen Bahnen etliche Anlagen realisiert, weitere sind in Planung.

Im Jahre 2004 ging das erste und bisher einzige ESTW von Westinghouse in Deutschland auf der Strecke Kiel–Bad Schwartau in Betrieb. Seit 2006 ist eine modifizierte Version des EBI LOCK 500 von Bombardier auch für Regionalnetzstrecken der DB AG zugelassen. Das erste Stellwerk dieses Typs bei der DB AG befindet sich auf der Renchtalbahn (Appenweier–Bad Griesbach). Im Jahre 2010 wird mit dem ESTW Lindaunis das erste ESTW der Firma Funkwerk (früher Vossloh) vom Typ ALISTER in Deutschland bei der DB AG auf der Strecke Kiel–Flensburg in Betrieb gehen.

Historische Entwicklung in der Schweiz

1989 wurde im Grenzbahnhof Chiasso das erste elektronische Stellwerk der Schweiz in Betrieb genommen ^[15]. In Chiasso ging 1989 ein Prototyp der Stellwerksbauform Simis-C in Betrieb. Dieser Prototyp ist inkompatibel mit allen nachfolgenden Simis-C Stellwerken in der Schweiz. Alle nachfolgenden Simis-C-Stellwerke sind Serienprodukte von Siemens.

Die Firma Alcatel ist in den Schweizer ESTW-Markt mit dem Elektra-1-Stellwerk Fribourg eingetreten. Das Elektra 1 für Fribourg ging im November 1997 in Betrieb.

Das Elektra 1 wie auch das Simis-C wurden durch Weiterentwicklungen abgelöst. Der Nachfolger vom Elektra 1 heißt Elektra 2. Elektra 2 wurde mit leistungsfähigerer Hardware ausgestattet. An der Software wurde möglichst wenig geändert. Der Nachfolger vom Simis-C, das Simis W, war dagegen eine komplette Neuentwicklung. Das erste Simis W der Schweiz ging im August 2004 in La Chaux-de-Fonds in Betrieb. Dieses ist mit allen nachfolgenden Simis-W-Stellwerken kompatibel.

Historische Entwicklung in Spanien

In Spanien wurden die ersten ESTW auf der 1992 eröffneten Neubaustrecke Madrid–Sevilla eingerichtet.^[16] Dabei handelte es sich um ESTWs vom Typ L 90. Die damalige Niederlassung der Alcatel entwickelte auf Basis der gleichen Rechner eine eigene Software ESTW L90 5, die mehrere Fahrdienstleiter für verschiedene Bahnhöfe auf demselben Rechner unterstützt, die mittlerweile in Serie produziert und ins Ausland geliefert werden.

Verbreitung der ESTW

ESTW in Deutschland

Mit Stand Februar 2008 sind auf dem Netz der DB AG ungefähr 220 ESTW-Zentralen mit weiteren etwa 550 ausgelagerten Stellrechnern in Betrieb. Davon wird über die Hälfte aus den Betriebszentralen bedient. Bei den NE-Bahnen sind ungefähr 45 ESTW-Anlagen mit ca. 160 ausgelagerten Stellrechnern vorhanden.

Im Jahr 2003 nahm die Deutsche Bahn 34 ESTW, mit einer Investitionssumme von rund 557 Mio. Euro, in Betrieb.^[17] Insgesamt waren Ende 2003 rund 126 ESTW in Betrieb.^[18]

2005 wurden 33 ESTW-Projekte im Gesamtumfang von 900 Millionen Euro realisiert, darunter ein ESTW für Frankfurt (Main) Hauptbahnhof.^[19]

Im Jahr 2007 sollten im DB-Netz 30 Elektronische Stellwerke in Betrieb gehen.^[20]

ESTW in der Schweiz

Heute (2008) sind in der Schweiz bereits über 100 elektronische Stellwerke im Einsatz. In der Schweiz werden elektronische Stellwerke gerne in Bahnhöfen eingesetzt, deren Gleisanlagen häufig umgebaut werden. So erlebt auch das erste elektronische Stellwerk der Schweiz nach über 20 Jahren Betriebseinsatz Änderungen an seiner Ausstattung und an der Gleisanlage.

ESTW in Österreich

Thales entwickelte ab 1987 speziell für die ÖBB ein eigenes ESTW (Typ ELEKTRA), wovon das erste 1989 mit voller Sicherheitsverantwortung in Betrieb ging.

ESTW in Europa

Neben Siemens, Thales und Bombardier (sowie deren Vorläuferfirmen) sind in Europa noch die Firmen Alstom, Westinghouse und Ansaldo/ Union Switch & Signalling im ESTW-Markt tätig. Alle liefern ihre Produkte auch an Bahnen in der ganzen Welt.

Siemens entwickelte speziell für den internationalen Markt die zwei Stellwerksbauformen Simis W und Simis IS.

Westinghouse und die damalige GEC ALSTHOM entwickelten Anfang der 1980er Jahre gemeinsam einen offenen Standard für elektronische Stellwerke bei British Rail namens SSI. Das erste Stellwerk ging 1985 in Betrieb.

Liste der bei europäischen Staatsbahnen verwendeten ESTW-Bauformen

Anmerkung: Thales L90^[21] und L90 5^[22] sind Entwicklungen von Alcatel / SEL, deren Sparte Transportlösungen 2007 in die Thales integriert wurden.

• Belgien: Alstom/Westinghouse SSI
• Bosnien: Thales L90 5
• Dänemark: Bombardier EBI LOCK
• Finnland: Thales L90 5, Bombardier EBI LOCK, Siemens Simis-C, Union Switch & Signal MICROLOK II
• Frankreich: Alstom/Westinghouse SSI, Alcatel/Thales PIPC
• Griechenland: Alstom SMARTLOCK, Siemens Simis IS
• Großbritannien: Alstom/Westinghouse SSI, Ansaldo CBI, Westinghouse WESTRACE/WESTCAD
• Italien: Alstom SMARTLOCK, Ansaldo CBI, Bombardier EBI LOCK
• Kroatien: Thales L90 5
• Lettland: Thales L90 5
• Luxemburg: Thales L90
• Niederlande: Siemens Simis-C/Simis W, Alstom VPI, Alstom SMARTLOCK, Bombardier EBI LOCK
• Norwegen: Bombardier EBI LOCK, Siemens Simis-C
• Österreich: Alcatel ELEKTRA, Siemens Simis-C, Bombardier MCDS
• Polen: Thales L90, Thales L90 5, Bombardier EBI LOCK, Siemens Simis W, Kombud MOR-3, Kontron WTUZ
• Portugal: ab 1993, Alstom/Westinghouse SSI, Thales L90 Alcatel/Thales PIPC
• Rumänien: Thales L90, Siemens Simis W
• Schweden: Bombardier EBI LOCK, Union Switch & Signal MICROLOK II
• Schweiz: Thales ELEKTRA, Alstom SMARTLOCK, Siemens Simis-C/Simis W/Simis IS
• Slowakei: Siemens Simis W, AZD ESA11, Starmon K-2002, Bombardier EBI LOCK
• Slowenien: Siemens Simis W, Thales L90 5
• Spanien: ab 1992, Alstom SMARTLOCK, Thales L90, Thales L90 5, Sicas ECC
• Tschechien: AZD ESA11, AZD SZZ-ETB, ModESt, Starmon K-2002, AK-Signal REMOTE'98
• Ungarn: Alcatel ELEKTRA, Siemens Simis-C/Simis IS

Deutsche ESTW in Ländern anderer Kontinente (Auswahl)

Anmerkung: Auch wenn Thales ein Konzern mit Sitz in Frankreich ist, so sind die ESTW L90 und L90 5 Entwicklungen aus Deutschland (ehemals Standard Elektrik Lorenz). Das L90 5 basiert auf einer Bauform der spanischen Niederlassung der Alcatel.

• Iran: Thales L90 5
• Israel: Thales L90^[23]
• Saudi-Arabien: Thales L90 5

Aufbau und Technik

Unter Sicherheitsaspekten vertraute man der Rechnertechnik bei der Eisenbahn lange Zeit nicht. Bestanden die sicherheitsrelevanten Abhängigkeiten in herkömmlichen Stellwerken noch ganz oder teilweise aus sicht- und fühlbaren mechanischen Teilen oder abgesicherten Relaisschaltungen, deren Arbeitsweise jeder nachvollziehen konnte, so sah man davon bei einem Rechner nichts mehr. Außerdem ergaben sich hier Probleme, die es bei Relaisschaltungen so nicht gibt: Bei Halbleiterbauelementen lässt sich nicht sicher vorhersagen, ob ein Schaltkreis im Fehlerfall ein- oder ausgeschaltet sein wird; auch ist der Nachweis der sicheren Funktionsweise der Software nicht einfach zu führen. Die Stellwerkshersteller lösten diese Sicherheitsprobleme unterschiedlich:

In jedem Fall wirken jedoch im elektronischen Stellwerk immer mindestens zwei gleichzeitig und unabhängig voneinander arbeitende Rechner zusammen. Ihre Ergebnisse werden in einem so genannten Vergleicher abgestimmt, der anfangs durch eigene Schaltungen, später durch Mikrorechner realisiert wurde. Auf dem Markt gibt es noch Vergleicherlösungen durch zweikanalige Rechner oder Software. Nur wenn beim Vergleich eine Übereinstimmung festgestellt worden ist, wird ein sicherheitsrelevanter Stellvorgang eingeleitet. Um die Verfügbarkeit hoch zu halten, ist bei einigen Herstellern neben den zwei arbeitenden Rechnern noch ein dritter, passiver Rechner vorhanden. Bei einem Rechnerausfall übernimmt der dritte Rechner sofort die Arbeit des ausgefallenen Rechners. Hier gibt es eine Strategie des "hot standby", bei der drei Rechner ständig arbeiten und die Zwei-aus-drei-Entscheidung vor Ausgabe von Stellkommandos nur Entscheidungen weitergibt, die von zwei Rechnern gleich angeliefert wurden – diese Strategie erlaubt höhere Verfügbarkeit und wird bei Vollbahnstellwerken eingesetzt. Die zweite Strategie des "cold standby" erfordert bei Abschaltung eines Rechners zuerst das Anfahren des dritten Rechners – sie ist also mit Aufrüstzeiten verbunden, die heute im Personenverkehr nicht toleriert werden, deswegen also nur für Anlagen ohne Verfügbarkeitsforderungen geeignet. Wesentlicher Teil des Sicherheitsnachweises ist die Tatsache, dass die Elementanschaltungen beim Ausfall des steuernden Rechners selbsttätig in Grundstellung „fallen“ – Signale fallen in Halt. Diese Eigenschaft wird durch sogenannte Dynamikrelais realisiert. Diese sind mit Hilfe eines Kondensators in “Halteschaltungen” eingebracht, die die potentiell gefährlichen Zustände wie Signal auf “Fahrt” dadurch halten, dass der Rechner zyklisch für die Ladung des Kondensators sorgt - wenn der Ladebefehl ausbleibt, fällt das gehaltene Relais ab - und das Signal fällt in die Grundstellung “Halt”.

In europäischen Ländern müssen Stellwerke für Eisenbahnen in der Regel dem Normenkriterium SIL-4 nach CENELEC genügen. Für Bahnen mit geringeren Anforderungen an die Stellwerkssicherheit genügen Stellwerkstechniken, die nur eine niedrigere Sicherheitsanforderungsstufe erreichen, zum Beispiel SIL-2. Ein gutes Beispiel einer Stellwerksbauweise mit niedrigerer Sicherheitsanforderungsstufe ist das Sicas S7 von Siemens. Sicas S7 basiert auf den gelben Sicherheitsversionen der SPS Simatic S7.

Stellwerksprinzip

Wie die Relaisstellwerke lassen sich auch die elektronischen Stellwerke in ihrem Arbeitsprinzip in zwei Gruppen unterteilen. Entweder arbeitet das Stellwerk nach dem Spurplanprinzip oder nach dem Verschlussplanprinzip.

Mechanische Stellwerke sind Stellwerke nach dem Verschlussplanprinzip. Der Bediener bringt den Signalhebel, und somit das Signal, nur in Fahrtstellung, wenn die Bedingungen gemäß dem Verschlussplan erfüllt sind. Als Bedingungen für die Signalfahrtstellung wird im Verschlussplan die korrekte Lage der Weichen im Fahrweg aufgelistet, die erforderliche Lage der Flankenschutzweichen etc. In den Relaisstellwerken werden diese Bedingungen nicht mehr durch reine mechanische Verschlüsse realisiert, sondern durch von Relaiskontakten unterbrochene Strompfade. Mit den Relaisstellwerken entstand auch das Spurplanprinzip. Bei Relaisstellwerken nach dem Spurplanprinzip wird für jedes Objekt in der Gleisanlage die entsprechende Relaisschaltung im Stellwerk eingebaut. Die ein Gleisanlageobjekt abbildenden Relaisschaltungen werden gemäß dem Verlauf des Gleises mit dem Spurkabel verbunden. 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.

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. Der Größe des Stellwerks sind theoretisch keine Grenzen gesetzt. Stellwerke nach dem Verschlussplanprinzip lassen sich nur bis zu einer bestimmten Größe bauen, irgendwann wird der Verschlussplan einfach zu groß und nicht mehr überschaubar.

Elektronische Stellwerke nach dem Verschlussplanprinzip arbeiten häufig mit Matrizen. 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 übermittelt. Nur in dem Fall, dass eine Spur sich über mehrere Rechner der Stellwerksanlage verteilt, können diese Telegramme auch an den Schnittstellen der Rechner untereinander verfolgt werden.

Aufbau und Funktionsweise am Beispiel eines Simis C in Deutschland

Anhand der Stellwerksbauweise Simis C soll aufgezeigt werden, wie ein Elektronisches Stellwerk in Deutschland funktioniert und bedient wird. Simis C ist nicht mehr der aktuelle Stand der Technik, aber als Anschauungsobjekt gut geeignet. Simis C wird in der so genannten Bereichsrechner-Technik gebaut. Die gesamte Stellwerksanlage wird dabei auf folgende drei Bereiche aufgeteilt:

• Bedienraum in der Zentrale als Schnittstelle zum Bediener mit den Sichtgeräten (Monitore) und den Eingabegeräten (Grafiktablett mit Elektroniktaster, PC-Tastatur, Maus).

• Rechnerraum (ESTW-Z) im Stellwerksgebäude mit dem Bedienplatzrechner (BPR), dem Bedien- und Anzeigerechner (BAR), und dem Eingabe-, Kontroll- und Interpretationsrechner (EKIR).

• Bereichsrechnerräume (ESTW-A) in kleinen Betonhäuschen vor Ort, mit je einem Bereichsstellrechner (BSTR) und/oder einem Bedienanpassrechner (BAPR). Mit Letzterem sind Relaisstellwerke, allerdings nur Spurplanstellwerke, in das elektronische Stellwerk integrierbar und können dann von dort aus bedient werden.

Rechnerkonfiguration eines elektronischen Stellwerkes von Siemens

Das Elektronische Stellwerk wird von einem oder mehreren Bedienplätzen aus bedient, die jeweils einem Bedienplatzrechner zugeordnet sind. Zur Eingabe der Stellbefehle über das auf den Monitoren schematisch dargestellte Gleisbild dienen – je nach Bauform des Stellwerks – verschiedene Eingabegeräte. Dazu gehören entweder ein Grafiktablett in Verbindung mit einem elektronischen Taster und/oder eine PC-Tastatur mit Mouse.

Da der Platz zur Darstellung des Gleisbildes auf den Monitoren begrenzt ist, muss der Stellbereich ggf. in mehreren Teilen dargestellt werden. Den nötigen Gesamtüberblick liefert eine Bereichsübersicht (Berü), die der Bedienplatzrechner auf den Monitoren erzeugt. Außerdem versorgt der Bedienplatzrechner den Bediener mit gespeicherten Service-Informationen aller Art. Die stellbereichsspezifischen Daten (die gesamte Geometrie der vom Stellwerk gesteuerten Gleisanlage) sind im Eingabe- Kontroll- und Interpretationsrechner gespeichert. Er versorgt die Bereichsstellrechner mit diesen Daten, während das System hochgefahren wird. Außerdem erfasst er die Störmeldungen und dokumentiert sie auf einem Störungsdrucker.

Das auf den Monitoren dargestellte Gleisbild ähnelt dem Gleisbild des Stelltisches oder der Stelltafel eines Relaisstellwerkes, erscheint aber relativ grob. Der Grund dafür ist, dass die Monitoranzeige signaltechnisch sicher sein muss. Signaltechnisch sicher bedeutet in diesem Zusammenhang: der Bediener muss sich auf den angezeigten Betriebszustand sicher verlassen dürfen. Um diesem hohen Anspruch zu genügen, müsste im Grunde jedes einzelne Pixel des Monitorbildes besonders überwacht werden, was bei hochauflösenden Monitoren zurzeit mit vertretbarem Aufwand noch nicht möglich ist. Hochauflösende Monitore werden jedoch in großen Stellwerken für die zusätzliche nicht signaltechnisch sichere Bereichsübersicht eingesetzt.

Anzeige ESTW L 90 der Firma Thales (Lupenansicht). Das weiße S zeigt an, dass die Anzeige sicher ist.

Um bestimmte sicherheitsrelevante Bedienungen ausführen zu können, besitzen die Monitore eine Lupenfunktion, die so genannte Bahnhofslupe. Sie stellt einen Bildausschnitt mit detaillierteren Anzeigen über den Zustand einer Außenanlage, etwa einer Weiche, stark vergrößert dar. Dieses signaltechnisch sichere Lupenbild wird vom Bedien- und Anzeigerechner ausgegeben. Es wird von zwei unabhängig voneinander arbeitenden Grafikkarten erzeugt, deren Bilder auf den Monitoren im regelmäßigen Wechsel nach dem Prinzip der so genannten Sichtgeräte-Doppelsteuerung umschalten. Fällt eine Grafikkarte aus, blinkt das Bild auf dem Monitor im Umschalttakt; die Anzeige gilt dann nicht mehr als sicher.

Zugstraßen und Rangierstraßen werden im elektronischen Stellwerk, ebenso wie im Relaisstellwerk, nach dem Start-Ziel-Prinzip eingestellt. Mit den jeweiligen Eingabegeräten spricht der Bediener im Gleisbild jeweils einen Startpunkt, in der Regel das Signal, das in die Fahrtstellung gebracht werden soll, und einen Zielpunkt an der Stelle an, an der die Fahrt endet. Beide Punkte müssen in Beziehung zueinander stehen und werden, anders als im Relaisstellwerk, nacheinander angesprochen. In Stellwerken mit Grafiktablett geschieht das auf diesem mit Hilfe eines elektronischen Tasters, sonst im Monitorbild über die Tastatur oder durch „Klicken“ mit dem Mauszeiger.

Aus den Eingabegeräten fließen die Stellaufträge zunächst in den Bedienplatzrechner. Dieser gibt sie an den Eingabe- Kontroll- und Interpretationsrechner weiter, der die Plausibilität prüft, bevor er sie an den zuständigen Bereichsstellrechner weiterleitet. Die Bereichsstellrechner sind weitgehend autark. Sie führen die Stellaufträge in ihrem Bereich über Anpassungsschaltungen aus und überwachen und sichern gleichzeitig die Fahrstraßen selbstständig. Diese Funktionen bleiben auch dann erhalten, wenn die Verbindung zum Eingabe- Kontroll- und Interpretationsrechner unterbrochen ist.

Wenn der Bereichsstellrechner den Stellauftrag erhalten hat, bringt er die Weichen und die anderen Einrichtungen im Fahrweg in die richtige Stellung und verschließt sie einzeln; danach legt er die Fahrstraße als Ganzes fest. Sind auch alle sonstigen Voraussetzungen für die Fahrt erfüllt, u. a. muss der Fahrweg frei sein (siehe auch Gleisfreimeldeanlage), kommt das Signal am Anfang der Fahrstraße selbsttätig in die Fahrtstellung. Diese Vorgänge kann der Bediener anhand der Meldeanzeigen auf den Monitoren verfolgen.

Hinter dem letzten Fahrzeug werden die Verschlüsse in der Fahrstraße fahrzeugbewirkt und abschnittsweise aufgelöst.

Entwicklung der Bedienebene

Die ersten ESTW wurden ausschließlich durch Tastaturbefehle bedient. Um etwa eine Zugfahrstraße von einem Einfahrsignal C bis zu einem Zwischensignal ZR6 einzustellen, musste folgender Befehl getippt werden (11 ist hier die Kennzahl der Betriebsstelle): 11C.11ZR6

Diese Art der Bedienung wurde als wenig intuitiv und zu zeitaufwändig angesehen. Die Tastatur dient daher heute nur noch als Rückfallebene. Der nächste Entwicklungsschritt waren mit einem Stift bediente Grafiktabletts, auf denen der Stellbereich dargestellt war. Durch das Grafiktablett konnte zwar die Geschwindigkeit der Bedienhandlungen gesteigert werden, aber die Ergonomie wurde noch als verbesserungswürdig angesehen: Um sicherzustellen, dass der Rechner die Stiftbedienung des letzten Elements auch wirklich wahrgenommen hatte, musste der Blick ständig zwischen Tablett und Bildschirm hin- und herwechseln. Dieses Ergonomieproblem konnte durch die Entwicklung der Mausbedienung gelöst werden. Ferner konnte durch Verzicht auf das Grafiktablett auch der Stellbereich wieder vom Arbeitsplatz entkoppelt werden, so dass er bei Bedarf auf einen anderen Arbeitsplatz geschaltet werden kann.^[24]

Ein weiterer Entwicklungsschritt betraf die Bereichsübersichtsanzeige. Diese Anzeige zeigt eine großräumige Ansicht des Stellbereichs und wird daher im Regelbetrieb bevorzugt verwendet. Bei älteren ESTW war sie jedoch nicht signaltechnisch sicher ausgeführt, so dass verhältnismäßig oft auf die signaltechnisch sicheren Lupenbilder umgeschaltet werden musste. Dies galt sogar für einige Regelbedienhandlungen. Um diese Bedienhandlungen zu beschleunigen wurde ab ca. 1996 auch die Bereichsübersicht signaltechnisch sicher dargestellt.

Die Bereichsübersicht wurde zur Standardausrüstung heutiger Bedienzentralen zur Steuerung des gesamten Verkehrs der Deutschen Bahn

Weblinks

• Stellwerke.de: Alles über Stellwerke
• ESTW International

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c} Horst Walther, Karl Lennartz: Einsatz von elektronischen Stellwerken auf Neubaustrecken. In: Eisenbahntechnische Rundschau. 36, Nr. 4, 1987, S. 219–222
2. ↑ U-Bahn Berlin – Stellwerke auf berliner-verkehrsseiten.de; abgerufen am 10. November 2010
3. ↑ Mikrocomputer-Stellwerk zugelassen. In: Eisenbahntechnische Rundschau. 34, Nr. 4, 1985, S. 274.
4. ↑ ^{a b c} Erstes elektronisches Stellwerk der DB – ein Beitrag zur Zukunftssicherung der Deutschen Bundesbahn. In: Eisenbahntechnische Rundschau. 34, Nr. 12, 1985, S. 910 f.
5. ↑ ^{a b c} Erstes elektronisches Stellwerk in Betrieb. In: Die Bundesbahn. Nr. 12, 1988, S. 1190 f.
6. ↑ Erstes elektronisches Stellwerk der BD Hannover. In: Die Bundesbahn. Nr. 12, 1989, S. 1113
7. ↑ Lothar Friedrich, Albert Bindinger: Die Komponenten des Fahrwegs für das ICE-System in der Bewährung. In: Eisenbahntechnische Rundschau, 1992, Heft 6, S. 391–396
8. ↑ Elektronisches Stellwerk in Sigmaringen in Betrieb. In: Die Deutsche Bahn. Nr. 6, 1993, S. 495 f.
9. ↑ Meldung: Das erste Markenprodukt für Tempo 300. In: ZUG, Nr. 3, 1995, S. 10.
10. ↑ Eins für acht. In: ZUG, Nr. 4, 1995, S. 6–7.
11. ↑ Stellwerk Hamburg-Altona: Premiere mit Hindernissen. In: ZUG, Nr. 5, 1995, S. 8.
12. ↑ Mehr Sicherheit durch Elektronik. In: ZUG, Nr. 8, 1995, S. 10.
13. ↑ Neues Stellwerk für 100 Millionen Mark. In: Die Deutsche Bahn. Nr. 1, 1993, S. 87.
14. ↑ Siemens übergab das größte elektronische Knotenstellwerk der Welt. In: Eisenbahntechnische Rundschau. 45, Nr. 11, 1998, S. 673 f.
15. ↑ Historical Timeline Siemens Transportation Systems
16. ↑ "José del Valle Alvarez: Stellwerke für einfache Betriebsbedingungen. In: Signal + Draht. 92, Nr. 4, 2000, ISSN 0037-4997, S. 21–24.
17. ↑ 34 ESTW in Betrieb genommen. In: Eisenbahntechnische Rundschau. 53, Nr. 3, 2004, S. 95.
18. ↑ Meldung 34 neue ESTW in 2003. In: Eisenbahn-Revue International, Heft 3/2004, ISSN 1421-2811, S. 98.
19. ↑ Meldung 33 ESTW gebaut. In: Eisenbahn-Revue International. Heft 3/2006, ISSN 1421-2811, S. 108.
20. ↑ DB Netz AG: NetzNachrichten, Ausgabe 3, September 2007, S. 3 (PDF-Datei).
21. ↑ LockTrac 6111 ESTW L90 Electronic Interlocking System. Thales Rail Signalling Systems GmbH (seit 2011: Thales Transportation Systems GmbH), 2008, abgerufen am 29. Juli 2011. 
22. ↑ LockTrac 6151 L90 5 Electronic Interlocking System. Thales Rail Signalling Systems GmbH (seit 2011: Thales Transportation Systems GmbH), 2007, abgerufen am 29. Juli 2011. 
23. ↑ Re: NOTICE #1 TO - A PILOT FOR POINT CONDITION MONITORING (PCM). Israel Railways Ltd., 6. September 2010, abgerufen am 27. Januar 2011. 
24. ↑ Walter Jonas: Elektronische Stellwerke bedienen: Der Regelbetrieb. Eisenbahn-Fachverlag, Heidelberg 2001, ISBN 3-9808002-0-2, S. 44