Weg vom Kollisionskurs

Ein neuartiges Zugsicherungssystem lässt Züge digital miteinander kommunizieren. So können Kollisionen auch ohne aufwendige Technik entlang der Trassen vermieden werden.

Am 29. Januar 2011 prallten auf einer eingleisigen Strecke in Sachsen-Anhalt ein Güter- und ein Personenzug frontal aufeinander. Nach der vorläufigen Analyse fuhr der Güterzug an einem auf Halt gestellten Vor- und Hauptsignal vorbei. Zehn Tote und 23 Verletzte waren zu beklagen. Wäre die Strecke mit einem Zugbeeinflussungssystem ausgerüstet gewesen, hätte er automatisch gebremst. Das Unglück wäre möglicherweise glimpflicher ausgegangen oder sogar ganz vermieden worden – allerdings nur möglicherweise.

Das in Deutschland derzeit am weitesten verbreitete Streckensicherungssystem für den Schienenverkehr ist die sogenannte Punktförmige Zugbeeinflussung (PZB): An kritischen Stellen wie Signalen sind am Gleis Magnete angebracht, deren Magnetfeld im Vorbeifahren von Sensoren am Zug registriert wird. So lässt sich in Echtzeit feststellen, ob etwa ein Rotlicht überfahren wird. Falls ja, wird der Zug automatisch gebremst.

Allerdings ist diese Sicherung vom Eisenbahn-Bundesamt (EBA) bislang nur für Strecken vorgeschrieben, auf denen Züge mit mehr als 100 km/h unterwegs sind. Das war auf der Unglücksstrecke nicht der Fall – wie viele andere sollte sie erst in den kommenden Monaten freiwillig mit PZB ausgestattet werden.

Ist eine Bahnstrecke nicht mit PZB oder einem vergleichbaren System ausgerüstet, ist der Lokführer auf sich gestellt. Eine Sicherung gegen menschliches Versagen fehlt. Aber auch die PZB ist kein Allheilmittel: Wie jedes technische System kann sie schlicht versagen. Schwerer wiegt jedoch, dass PZB ebenso wie andere bereits erprobte Systeme, etwa LZB (Linienförmige Zugbeeinflussung) oder ETCS (European Train Control System), eine aufwendige externe Infrastruktur braucht. Für LZB müssen Hunderte Kabelkilometer gezogen, für PZB zumindest die Magnete verlegt werden. Die Installierung und Wartung ist besonders in schwächer entwickelten und besiedelten Ländern ein logistisches und finanzielles Problem. Aber auch für diese Strecken wird mehr Sicherheit gefordert.

Genau da setzen Professor Thomas Strang und sein Team beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) an. Das von ihnen entwickelte Railway Collision Avoidance System (RCAS, Erkas gesprochen) kommt ohne Technik am Schienenweg aus. Einzige Voraussetzung: Alle Züge, die eine Strecke befahren, müssen damit ausgerüstet sein. RCAS will zudem eine weitere Schwäche der klassischen Streckensicherung beseitigen: die fehlende Übersicht. Denn bislang hat bestenfalls der Fahrdienstleiter im Stellwerk Sicht auf die Fahrzeuge auf den Gleisen – und dies auch nur sehr eingeschränkt.

Bei der Umsetzung erweist sich die Verwurzelung des DLR in der Luftfahrt als durchaus hilfreich: Denn in Flugzeugen sind TCAS (Traffic Alert and Collision Avoidance System) und dessen Nachfolger ADS-B (Automatic Dependent Surveillance – Broadcast) seit Langem gängig, auf Schiffen AIS (Automatic Identification System). Gemeinsames Kennzeichen dieser Verfahren: Sie warnen vor Kollisionen – und zwar ohne auf externe Infrastruktur zurückzugreifen, allein durch die Aussendung digitaler Daten, die vom Empfänger registriert werden. Auf diese Weise kommunizieren innerhalb eines sicherheitsrelevanten Umkreises alle Luft- oder Wasserfahrzeuge automatisch und direkt miteinander.

RCAS bringt dieses Prinzip auf die Schiene. Der Anspruch: eine gleisgenaue Ortung aller Züge und die Erfassung ihrer Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit. Die Züge selbst sollen zudem ihre geplante Route an weitere Züge in der Nähe mitteilen – so fällt schneller auf, wenn eine Bahn aufs falsche Gleis geraten ist. In der Praxis könnte ein Lokführer dank RCAS einen Radius von etwa fünf Kilometern überschauen. Dafür müssen die Informationen vieler Sensoren im Führerhaus des Zuges zusammenlaufen und korrekt bewertet werden. Zur Ortung verwendet RCAS das Global Positioning System (GPS). Doch jeder Navi-Nutzer weiß:

In Tunneln gibt es keinen Empfang. Zudem reicht die Auflösung von GPS allein nicht, um zweifelsfrei festzustellen, auf welchem Gleis sich ein Zug befindet. Weitere Fühler im und am Schienenfahrzeug helfen aus: Die Geschwindigkeit misst ein zum Boden gerichtetes Radar, und die zurückgelegte Strecke wird per Odometrie über die Radumdrehungen ermittelt. Schließlich registriert je eine Kamera pro Fahrtrichtung, wohin ein Zug an einer Weiche abbiegt. In den vom DLR zurzeit erprobten Prototypen setzen fünf Anzeigefelder die Fakten zur Strecke grafisch um, Ziel ist eine Navi-ähnliche Darstellung für den Lokführer.

Sensoren sind jedoch nur ein Teil von RCAS – der zweite, ebenso wichtige Part sind Sender und Empfänger in den Fahrzeugen, die sich kontinuierlich gegenseitig über den Verkehr im Umkreis verständigen. Das Verfahren, nach dem Loks und Triebzüge miteinander kommunizieren, ist ein DLR-Eigengewächs und macht einen Großteil der RCAS-Entwicklung aus. Für die eigentliche Sendetechnik griffen Strang und seine Mitstreiter aber auf Bewährtes zurück. Ideal für Bahnstrecken mit ihren vielen metallischen Reflektoren und Tunneln ist laut Thomas Strang ein Frequenzband bei 460 MHz. Die vollständige Entwicklung eigener Technik hätte das erst 2007 gestartete RCAS-Projekt unnötig lange verzögert. Deshalb nutzen die Forscher den Datenmodus (DMO-SDS) des Tetra-Behördenfunks, der im gewünschten Frequenzband operiert. Er benötigt keine Infrastruktur in Gestalt von Sendemasten, und seine Leistung ist für eine Mindestreichweite von fünf Kilometern ausreichend. In der Praxis wird die Antenne auf dem Zugdach platziert, und der Tetra-Transceiver im Führerstand untergebracht.

Momentan sehen die Entwickler RCAS als zusätzliches Sicherungssystem, das andere Einrichtungen wie die PZB ergänzt. Das erscheint auf den ersten Blick wenig, doch das Unglück von Oschersleben-Hordorf wäre mit großer Wahrscheinlichkeit glimpflicher ausgegangen. Denn hätte es auf der Strecke lediglich PZB gegeben, wäre es trotz Zwangsbremsung möglich gewesen, dass ein Teil des Güterzuges erst auf dem eingleisigen Streckenabschnitt zum Stehen kommt. Und der ahnungslose Lokführer des Personenzugs wäre in der nebligen Nacht trotzdem mit 100 km/h in das Hindernis gerast. Bei einer rechtzeitigen Warnung beider Lokführer mit RCAS hingegen wäre die Chance ungleich größer gewesen, den Zusammenprall zu verhindern oder zumindest dessen Folgen zu mindern. Thomas Strang: "In dem Moment, als nach dem Stand der Dinge der Lokführer des Güterzugs das Vorsignal überfuhr, waren die Züge rund 1700 Meter voneinander entfernt. Das hätte gereicht, um den entgegenkommenden Personenzug zu bremsen und zu evakuieren oder zumindest die Fahrgäste eine Schutzhaltung einnehmen zu lassen."

Die erste Ausbaustufe von RCAS als Warnanzeige wird nach jetziger Planung in zwei Jahren serienreif sein – in Zusammenarbeit mit der Bayerischen Oberlandbahn durchgeführte Probefahrten verliefen bereits erfolgreich. Strang hofft, dass als Erstes ein heimischer Bahnbetreiber anbeißt. Sein Wunsch: "Eine Regionalbahn mit ein, zwei Dutzend Loks oder Triebfahrzeugen, bei der wir unser System in der Praxis erproben können." RCAS könnte bei Gefahr einen Zug auch automatisch bremsen, doch sind die Zulassungsbestimmungen dafür wesentlich schärfer als für eine reine Warn- oder Informationsanzeige.

Vermutlich wird sich RCAS in zwei Richtungen entwickeln: Dort, wo klassische Streckensicherungen bestehen, wird der Lokführer einfach informiert und ihm ermöglicht, auf Gefahren zu reagieren. In Ländern, die kein anderes System nutzen, könnte RCAS zusätzlich automatisch vor Kollisionen schützen. (bsc)