Geschwindigkeitsüberwachung für NeiTech-Züge

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Der Leuchtmelder Ü GNT signalisiert die aktive Geschwindigkeitsüberwachung Neigetechnik.

Als Geschwindigkeitsüberwachung Neigetechnik (Abkürzung GNT) wird ein Zugbeeinflussungssystem bezeichnet, das für Neigetechnik-Züge in Deutschland verwendet wird. Dabei können Gleisbögen mit bis zu 30 % höherer Geschwindigkeit durchfahren werden, ohne dass die Querbeschleunigung für den Fahrgast den zulässigen Maximalwert von 1,0 m/s² überschreitet.

Funktionsweise und Einschränkungen

Die „Geschwindigkeitsüberwachung Neigetechnik“ (GNT) wird in Deutschland nur zusammen mit der Punktförmigen Zugbeeinflussung (PZB) genutzt. In der Spezifikation der Linienzugbeeinflussung (LZB) sind auch Profile für Neigetechnikfahrzeuge definiert, welche jedoch nicht genutzt wurden.

Bei PZB ist in Deutschland das Fahren auf Signalsicht wegen der Vorsignalabstände und der nicht vorhandenen Automatischen Fahr- und Bremssteuerung nur bis zu einer Geschwindigkeit von 160 km/h zugelassen. Deshalb beträgt die maximale Geschwindigkeit eines von der GNT überwachten Zuges ebenfalls 160 km/h.

Gleisseitig sind entweder Euro-Balisen (bei ZUB 262) oder spezielle Gleiskoppelspulen rechts neben der rechten Schiene (bei ZUB 122) verlegt, welche Daten an den Zug übertragen. Die Gleiskoppelspulen sind etwas schmaler als die PZB-Magnete, liegen aber geometrisch an der gleichen Stelle im Gleis. Über diese gleisseitigen Informationsgeber bekommt das Triebfahrzeug Informationen, welche der geschwindigkeitsüberwachenden Gleisschwingkreise („Magnet“) der PZB ignoriert werden sollen. Dies ist nötig, da die PZB weiterhin aktiv ist und vor einigen Geschwindigkeitswechseln Geschwindigkeitsprüfabschnitte verlegt sind oder das Ankündigungssignal (Lf 6) mit einem 1000-Hz-Magneten ausgerüstet ist.

Die Signale Lf 6 und Lf 7 sind bei GNT nicht gültig. Geregelt ist dies im Signalbuch, der Richtlinie 301: Für Züge mit technischer Überwachung eines bekanntgegebenen besonderen Geschwindigkeitsprofils gelten die Signale Lf 6 und Lf 7 nicht. [1]

Im Ergebnis kann ein mit GNT ausgerüsteter Zug die Gleisbögen mit höherer Geschwindigkeit durchfahren, als es Zügen ohne aktive Neigetechnik gestattet wird. Ein Zug ohne aktive GNT (ausgeschaltet oder gar nicht vorhanden) wird durch die Balisensignale nicht beeinflusst und wird weiterhin durch die normale PZB punktuell an Geschwindigkeitsprüfabschnitten überwacht.

Die aktive Neigetechnik ist erst ab einer Geschwindigkeit von 70 km/h aktiv. Die GNT-Überwachung ist jedoch im gesamten Geschwindigkeitsband gewährleistet. Ein GNT-geführter Zug wird kontinuierlich auf die Höchstgeschwindigkeit überwacht.

Technische Rahmenbedingungen

Die Einsatzparameter für Schienenfahrzeuge, die unter Einsatz von GNT bogenschnell fahren sollen, sind in der Richtlinie 810.0212 „Kompatibilität mit den Anforderungen des Netzes - Neigetechnik in Fahrzeugen -“ geregelt[2]. Stichpunktartig sind diese:

  • GNT-Ausrüstung
  • passives oder aktives Neigesystem
  • Möglichkeit der Ausgleichung eines Überhöhungsfehlbetrages von 300 mm
    • Bei Fahrzeugen, die für einen geringeren Überhöhungsfehlbetrag zugelassen sind, ist die maximal zulässige Geschwindigkeit fahrzeugseitig zu erzeugen und zu überwachen.
  • Das Fahrzeug darf die gültigen Lichtraumgrenzen nicht überschreiten
  • Maximale Achslast von 16,8 t (16 t plus 5 % Toleranz)
  • Besondere Seitenwindstabilität nach Ril 807.04

Varianten und Nachfolgesysteme

Die GNT-Zugsicherungstechnik wird auf Basis der „Siemens ZUB 122“ bzw. der weiterentwickelten Variante „Siemens ZUB 262“ im Triebfahrzeug technisch implementiert.

Die Fahrzeuge mit einer GNT auf Basis der ZUB-262-Fahrzeugausrüstung können die GNT-Daten sowohl von proprietären Siemens-Gleiskoppelspulen empfangen als auch aus den genormten Eurobalisen lesen.

Daraus folgt:

  • Um proprietäre Siemens-Gleiskoppelspulen zu lesen, reicht eine auf ZUB 122 basierende Fahrzeugausrüstung. Die einzigen entsprechenden Fahrzeuge (Baureihen 610 und 611) sind mittlerweile stillgelegt oder benutzen keine Neigetechnik. Deshalb müssen keine durchgehenden Streckenausrüstungen nach ZUB 122 mehr vorgehalten werden.
  • Zum Auslesen genormter Eurobalisen benötigt das Fahrzeug eine auf ZUB 262 basierende GNT-Fahrzeugausrüstung.
  • Mit der auf ZUB262 basierenden GNT-Ausrüstung kann ein Fahrzeug jede für Neigetechnik vorbereitete Strecke in Deutschland bogenschnell befahren.

Über die mit ZUB ausgerüsteten Streckenabschnitte informiert der Infrastrukturbetreiber, die DB Netz AG, im Internet.[3]

Die Funktion der Signalisierung von abweichenden Geschwindigkeiten für Neigezüge wird zukünftig mit dem europaweit genormten Zugsicherungssystem ETCS erfolgen. Bei ETCS werden verschiedene Zugkategorien unterstützt, die unterschiedliche Geschwindigkeiten fahren dürfen. Allerdings sind erst mit der ETCS-Version 3.4.0 Eigenschaften der Zugkategorien spezifiziert worden; eine dieser Kategorien ist „Züge mit aktiver Neigetechnik“.

ZUB 122

ZUB 122 ist seit Mai 1992 auf diversen Strecken in Oberfranken und der nördlichen Oberpfalz im Einsatz und wurde zunächst in 20 Fahrzeugen der Baureihe 610 verbaut. Im sog. ES-Betrieb (ES für „erhöhte Seitenbeschleunigung“) lassen sich damit Fahrten mit einer um bis zu 50 km/h gegenüber der Regelstreckenhöchstgeschwindigkeit erhöhten Geschwindigkeit durchführen. Aufgrund von Kostenvorteilen gegenüber der für diesen Einsatz ebenfalls erwogenen LZB handelt es sich um ein rein punktförmig wirkendes System.

Streckenseitig besteht ZUB 122 aus größtenteils autark arbeitenden Gleiskoppelspulen, die in Fahrtrichtung rechts vom Gleis angebracht sind. Die Koppelspulen sind im Gegensatz zur PZB untereinander logisch verbunden und über eine vierstellige Nummer eindeutig identifizierbar. Somit kann das Fehlen eines solchen Beeinflussungspunkts fahrzeugseitig erkannt werden (vgl. Linking bei ETCS). Die Übertragung erfolgt in der Regel unidirektional von der Strecke zum Fahrzeug und ist fail-safe. Das heißt ZUB 122 überträgt im Gegensatz zur PZB aktiv permissive Aspekte, wohingegen der PZB eine Verbotsphilosophie zugrunde liegt. Entsprechend führt eine fehlerhafte/ausbleibende Übertragung im Falle der ZUB 122 immer zu einem sicheren Zustand. Optional ist mit ZUB 122 auch eine halbduplexe Übertragung vom Fahrzeug zurück zur Strecke, beispielsweise zum Austausch von Servicedaten, umsetzbar.

Im Grundzustand speist ein mit dem System ausgerüstetes Fahrzeug kontinuierlich einen 50-Hz-Sendekreis, der von der auf die gleiche Frequenz abgestimmten Streckeneinrichtung beeinflusst wird (analog PZB). Aufgrund dieser Beeinflussung wird nun fahrzeugseitig ein zweiter auf 100 kHz abgestimmter Speisekreis aktiviert, der zur Energieversorgung der gerade überfahrenen Gleiskoppelspule dient. Diese sendet daraufhin zweifach redundante, serielle Datentelegramme im 850-kHz-Band (Mittelwelle) mit 50 kBit/s zurück zum Fahrzeug. Es sind dabei grundsätzlich Telegrammlängen von 40 bis 50 Bit möglich, die bis zu einer Geschwindigkeit von 350 km/h sicher übertragen werden können. Aufgrund der deutlich geringeren Geschwindigkeit der Baureihe 610 werden in der Praxis allerdings Telegramme mit 96 Nutzbits verwendet. Zur Übertragung kommt eine FSK-Modulation zum Einsatz. Der maximale Abstand der einzelnen Datenübertragungspunkte beträgt 5,1 km.

Fahrzeugseitig besteht das System im Wesentlichen aus einer zweifach redundant vorhandenen Rechnereinheit, einem Wegimpulsgeber, der Fahrzeugkoppelspule, den Führerraumbediengeräten, sowie Verbindungen zur Bremse und zur PZB. Der Triebfahrzeugführer wird neben der generellen Betriebsbereitschaft von dem System permanent über die Verfügbarkeit des ES-Modus und etwaige Fahrteinschränkungen informiert. Somit ist eine (für den Einsatzzweck) vollständige Führerraumsignalisierung gegeben – konventionelle, streckenseitige Signale sind für bogenschnelles Fahren mit diesem System nicht vorgesehen.

Die beiden Fahrzeugrechner überwachen permanent die Wagenkastensteuerung, die Funktionsfähigkeit der Magnetschienenbremse und die Einhaltung des Zuggewichts. Aufgrund dieser Parameter ist dann ein vollständig bogenschnelles (ES-Modus), ein Fahren im Normalbetrieb (RS-Modus; RS für „Regelseitenbeschleunigung“) oder eine Mischbetriebsform möglich. Über die Kopplung mit dem PZB-Fahrzeuggerät werden im ES-Modus außerdem Befehle zum Überbrücken von Geschwindigkeitsprüfabschnitten übermittelt, die für nicht-bogenschnell betriebene Fahrzeuge dimensioniert wurden. Bei einer Geschwindigkeitsüberschreitung während des bogenschnellen Fahrens oder bei Ausfall der PZB-Ausrüstung ist die Fahrzeugeinheit auch autark zur Veranlassung einer Schnellbremsung in der Lage.

Die streckenseitig übermittelten Telegramme enthalten:

  • Grenzgeschwindigkeit für den RS-Modus (Auflösung: 10 km/h), sowie die Differenz zu der im ES-Modus gültigen Geschwindigkeit
  • Zielgeschwindigkeit am folgenden Datenübertragungspunkt
  • Zielentfernung
  • Streckenneigung
  • Steuerzeichen – z. B. zur Überbrückung des o.g. Linkings
  • Geschwindigkeiten zur Durchfahrung von Langsamfahrstellen, getrennt für den ES- und RS-Modus
  • Zielentfernung, Länge und Art der Langsamfahrstelle
  • Zusatzinformationen zu Langsamfahrstellen um beispielsweise bauartspezifische Einschränkungen zu übermitteln
  • Punktart
    • B1 und B3 zur Ankündigung von Langsamfahrstellen und Geschwindigkeitswechseln
    • B2 zum Überbrücken von Geschwindigkeitsprüfabschnitten
  • Prüfinformation um die korrekte Redundanzfunktionalität der Streckeneinrichtung zu überwachen
  • Gruppenkennung
  • Ende der Verfügbarkeit des ES-Modus (eine Anfangsinformation gibt es nicht; somit ist der Beginn des ES-Betriebs an jeder Koppelspule, und entsprechend auch für Fahrzeuge die nur einen Teilbereich der ausgerüsteten Strecke befahren, möglich)

ZUB 262

ZUB 262 ist eine Weiterentwicklung der ZUB 122 und nutzt als Übertragungsmedium Eurobalisen anstelle von Gleiskoppelspulen. Die Einführung des ICT mit seiner auf einem Datenbus basierenden Fahrzeugsteuerung und dessen geplanter Einsatz in der Schweiz, wo die dortige ZUB 121 ebenfalls auf Eurobalisen umgestellt werden sollte, kann als Hauptgrund für die Entwicklung angesehen werden.

Fahrzeugseitig besteht das System im Kern aus einem signaltechnisch sicheren zweikanaligen ZUB 200-Gerät, bei dem jeder Kanal einen halben 19″-Baugruppenträger belegt. Diese als SIMIS (Sicheres Mikropozessorsystem von Siemens) 3116 bezeichneten 2v2-Verarbeitungseinheiten basieren technisch auf 80186er, bzw. für komplexere Funktionen teilweise auf 80486er Prozessoren. Jede Einheit verfügt über eine eigene Baugruppe für Interrupt-, Schnittstellen- und Diagnosedatenverarbeitung. Bedarfsweise können weitere Baugruppen ergänzt werden. Softwareseitig wurde die bei der ZUB 122 verwendete lineare Assemblerprogrammierung durch einen auf PASCAL86 basierenden Ansatz in Kombination mit dem Betriebssystem COSPAS ersetzt, wovon man sich eine höhere Flexibilität, insbesondere hinsichtlich zukünftiger aus ETCS heraus getriebener Systemerweiterungen, erhoffte.

Der bisherige, eigene Wegimpulsgeber ist bei ZUB 262 weggefallen. Stattdessen werden Weg- und Geschwindigkeitsinformationen von der Zentralen Weg- und Geschwindigkeitserfassung (ZWG) via MV-Bus zur Verfügung gestellt. Einzig die Kommandierung der Zwangsbremsung ist weiterhin drähtig über Relaiskontakte gelöst. Das System ist abwärtskompatibel zur ZUB 122. Die Umschaltung des Übertragungskanals erfolgt automatisch und basiert auf dem Ansatz des Operational System Switch (OSS) aus dem Eurocab-Konzept.

Erste Tests von ZUB 262 erfolgten ab Oktober 1997 im Prüfcenter Wegberg-Wildenrath.

Fahrzeuge

In Deutschland sind folgende Baureihen der Deutschen Bahn mit GNT ausgerüstet:

BR 411 (7-teiliger ICE T) / BR 415 (5-teiliger ICE T)
GNT-Implementierung auf Basis der Siemens ZUB262 Fahrzeugausrüstung
BR 605
GNT-Implementierung auf Basis der Siemens ZUB262 Fahrzeugausrüstung
BR 610 („Pendolino“)
GNT-Implementierung auf Basis der Siemens ZUB122 Fahrzeugausrüstung
BR 611
GNT-Implementierung auf Basis der Siemens ZUB122 Fahrzeugausrüstung
GNT-Implementierung teilweise umgerüstet auf Basis der Siemens ZUB262
BR 612 („Regioswinger“)
GNT-Implementierung auf Basis der Siemens ZUB262 Fahrzeugausrüstung

Die von der Deutschen Bahn an die Österreichischen Bundesbahnen verkauften ICE-T-Züge sind die einzigen mit GNT ausgerüsteten Fahrzeuge, die nicht der DB gehören.

Strecken

Die DB Netz AG hat für ihre mit GNT ausgerüsteten Strecken die Richtlinie 483.0301[4] (Zugbeeinflussungsanlagen bedienen; Punktförmige Datenübertragungssysteme Geschwindigkeitsüberwachung für NeiTech-Züge) herausgegeben.

ZUB 122:

ZUB 262:

Quellen

  • Hans-Arnim Lange: ZUB 122 überwacht den Pendolino. In: Signal + Draht. Band 85, Nr. 10. Tetzlaff Verlag GmbH, 1993, ISSN 0037-4997, S. 320–327.
  • Bernd Müller, Uwe Rosenkranz: Die neue ZUB 262 für die zweite NeiTech-Generation der DB AG. In: Signal + Draht. Band 89, Nr. 10. Tetzlaff Verlag GmbH, 1997, ISSN 0037-4997, S. 17–21.

Einzelnachweise

  1. ↑ Ril 301 Modul 301.0501 Abschnitt 1 Absatz 3
  2. ↑ http://fahrweg.dbnetze.com/file/fahrweg-de/2397820/i6-A0z4mGR6vJT3MW-3juMH2yfo/4246372/data/rw2015_810.0212.pdf
  3. ↑ DB Netz AG: ISR-Viewer (Thema Neigetechnik wählen, die Karte zeigt dann Strecken mit ZUB 262/ZUB 122 in dunkel/hell blau).
  4. ↑ Richtlinie 483.0301
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