Einführung in ETCS

Vorwort

Diese Einführung entstand im Jahr 2008, als ich als System Lead Ingenieur für den Bereich Zugbeeinflussungssysteme bei Bombardier Transportation, Division Locomotives zuständig war. Ziel war es, meinen Kollegen in den Bereichen Engineering, Homologation, Marketing und Sales, aber auch Interessierten außerhalb von Bombardier schnell eine Vorstellung zu vermitteln, wie das neue europäische Zugbeeinflussungssystem ETCS funktioniert und warum es so ist, wie es ist. Nebenbei möchte ich zeigen, dass ETCS zumindest aus Sicht des Benutzers (Triebfahrzeugführer) nicht komplizierter ist, als andere Zugbeeinflussungssysteme auch und dabei gleichzeitig einige weitverbreitete Missverständnisse klären. Zu diesem Zweck ziehe ich gelegentlich Vergleiche zu PZB und LZB, da diese dem deutschsprachigen Leser (zumindest in Deutschland und Österreich, aber auch vielen schweizerischen Lokführern) in der Regel ein Begriff sind. Die Bedienung hingegen wird weitgehend außer Acht gelassen, da sie für das Verständnis der Funktionsweise von untergeordneter Bedeutung ist und insbesondere bezüglich des Regelwerks (noch) nicht vereinheitlicht ist (Persönliche Anmerkung: Das ist eine ganz wesentliche Aufgabe der nächsten Jahre, ohne die ein Europäisches Eisenbahnsystem nicht möglich sein wird!).

Bücher über ETCS gab es damals meines Wissens noch keine, zumindest keine, welche man dem genannten Personenkreis hätte an die Hand geben können. In der Zwischenzeit gibt es mehrere Bücher sowie natürlich Schulungsunterlagen der Eisenbahnverkehrsunternehmen und auch Artikel im Internet, welche als Einführung dienen können. Viele dieser Schriften befassen sich jedoch entweder mit speziellen (nationalen) Ausprägungen und Regeln, welche für den oben genannten Leserkreis oft uninteressant, unverständlich oder irreführend sind, oder sie sind so umfangreich, dass sie von oben genannten gar nicht erst zur Hand genommen werden. Daher scheint mir diese Einführung nach wie vor hilfreich.

Diese Einführung basierte auf dem Spezifikationsstand 2.3.0d. Inzwischen ist bereits der Stand 3 in Version 3.4 veröffentlicht (auch mit "Baseline 3, Maintenance Release 1" bezeichnet). Dieser ist jedoch derzeit (Stand 2016) noch weder streckenseitig noch fahrzeugseitig im Einsatz, und alle hier beschriebenen Prinzipien sind ohnehin gleich geblieben. Bezüglich dieser Einführung relevant sind die Entfernung von Modus SE (da dieser von keinem Hersteller verwendet wurde), und die Einführung von zwei weiteren Modi, nämlich Limited Supervision (LS) und Passive Shunting (PS). Der Modus Limited Supervision (LS) wird praktisch nur im Level\,1 zum Einsatz kommen, da er nur als Nachrüstlösung für mit Lichtsignalen ausgestattete Strecken sinnvoll ist (falls man Modus LS überhaupt eine Sinnhaftigkeit zugestehen kann, Anmerkung des Autors). Tatsächlich ist LS kein "ETCS", sondern nur die Realisierung traditioneller, nationaler Sicherungstechnik mit den Hardware-Komponenten des "ETCS-Baukastens". Modus LS muss daher für jedes Land separat spezifiziert und in den Fahrzeuggeräten implementiert werden, und es muss ein nationales Regelwerk für das Befahren dieser Strecken geschaffen werden (im Gegensatz zu "echten" ETCS-Strecken, für welche von wenigen Erweiterungen abgesehen das im Anhang zur TSI OPE definierte europäische Regelwerk gilt). Somit ist Modus LS im Prinzip das, was mit Modus SE ursprünglich angedacht war, aber mangels Sinnhaftigkeit bislang nicht umgesetzt wurde. Modus Passive Shunting (PS) hingegen ist die Lösung für die bei Baseline 2 insbesondere im Güterverkehr schmerzlich vermisste Möglichkeit, einen Zug mit einer eingeschaltetem, aber nicht besetzten und nicht ferngesteuerten Lokomotive am Zugende von einer [Rangier-]Lok ziehen zu können, ohne das ETCS auf der Lok dafür in Modus IS schalten zu müssen.

Die offizielle Dokumentation von ETCS kann von der Internet-Seite der European Railway Agency (ERA, www.era.europa.eu) herunter geladen werden. Sie ist ausschließlich in englischer Sprache verfügbar. Um Verwechslungen und Widersprüche mit bereits national vorbelegten Begriffen und Betriebsverfahren zu vermeiden, werden sämtliche ETCS-Begriffe ausschließlich in ihrem englischen Original verwendet und in geneigter Schrift dargestellt. Auch die in den europäischen Ländern teilweise sehr unterschiedlichen Betriebsverfahren verbieten es, beispielsweise die deutsche Rangierfahrt einfach mit dem schweizerischen Manöverbetrieb oder dem zukünftigen ETCS Modus Shunting gleichzusetzen, obwohl alle Verfahren im Grunde dem gleichen Zweck dienen.

Wichtiger Hinweis: Der Autor lehnt jegliche Haftung für ggf. in dieser Beschreibung enthaltene Fehler sowie deren Folgen infolge unsachgemäßer Anwendung ab. Als unsachgemäße Anwendung gilt dabei insbesondere die Benutzung dieser Beschreibung zu Lehr- und Schulungszwecken und daraus ggf. resultierendes Fehlverhalten von Triebfahrzeugführern. Für Hinweise auf Fehler bin ich selbstverständlich dankbar.

Inhalt

1 Grundlagen
1.1 Ziele von ETCS
1.2 Definitionen
1.3 Anforderungen an ETCS
2 Umsetzung
2.1 ETCS Level
2.2 ETCS Modi
2.3 National Values
2.4 Informationsaustausch zwischen Fahrzeug und Strecke
2.5 Die Movement Authority
3 Fahren mit ETCS
3.1 Modus No Power
3.2 Modus Stand By und die Start-of-Mission
3.3 Modus Shunting
3.4 Modus Staff Responsible
3.5 Modi Full Supervision und On Sight
3.6 Modi Trip und Post Trip
3.7 Praktisches Beispiel
4 Die übrigen ETCS-Modi
4.1 Modus Reversing
4.2 Modus Sleeping
4.3 Modus Non Leading
4.4 Modus System Failure
4.5 Modus Isolation
5 ETCS Level STM und Level 0
5.1 Modi STM European und STM National
5.2 Modus Unfitted
6 Level-Transitionen

1 Grundlagen

1.1 Ziele von ETCS

ETCS soll die zahlreichen unterschiedlichen innerhalb Europas eingesetzten Zugbeeinflussungssysteme ablösen und so:

  1. Grenzüberschreitenden Verkehr ermöglichen, ohne dass eine Unzahl von nationalen Systemen auf der Lok installiert sein müssen und damit
    • Entwicklungszeiten und Investitionskosten bei grenzüberschreitend verkehrenden Fahrzeugen senken und
    • Beschränkungen aufgrund des auf den Fahrzeugen knappen Platzes im Maschinenraum, im Untergestell und auf den Führertischen umgehen,
  2. Zeit bei grenzüberschreitenden Fahrten sparen,
  3. Schienenverkehr (noch) sicherer machen,
  4. Ausbildung der Triebfahrzeugführer für viele unterschiedliche Systeme vermeiden,
  5. die Zulassung von Fahrzeugen für den internationalen Verkehr vereinfachen,
  6. die aktuelle Monopolsituation einzelner Hersteller in vielen Ländern beenden und damit bessere und günstigere Systeme verfügbar machen,
  7. einige ältere Zugbeeinflussungsysteme durch ein sichereres ersetzen,
  8. die Streckenkapazität und
  9. die Streckengeschwindigkeit steigern.

Wichtigstes Kriterium ist dabei die "Interoperabilität". Das heißt, die Normierung des gemeinsamen, neuen Systems muss so weit gehen, dass ein Fahrzeug, das diese Standards erfüllt, in ganz Europa verkehren kann1. Die großen Bahngesellschaften haben sich daher im Auftrag der EU mit den führenden Unternehmen der Signaltechnik zusammengetan, um ein gemeinsames Zugbeeinflussungssystem zu entwickeln.

1.2 Definitionen

Häufig werden Zugbeeinflussungssysteme in "punktförmig" und "linienförmig" übertragende Systeme unterschieden, je nachdem, ob die Informationsübermittlung von der Strecke zum Fahrzeug nur an bestimmten Stellen stattfindet oder kontinuierlich. Viel wichtiger bezüglich der Bedienung, der Funktion und letztlich der Sicherheitsanforderungen ist jedoch eine Unterscheidung in Zugsicherungssysteme (engl. Automatic Train Protection, ATP) und Zugleitsysteme (engl. Automatic Train Control, ATC), wobei diese Begriffe leider nicht einheitlich definiert und angewandt werden. Ich benutze sie grundsätzlich wie folgt:

Zugsicherungssystem
Der Triebfahrzeugführer fährt gemäß streckenseitigen Signalen und Tafeln, ggf. ergänzt oder ersetzt durch schriftliche Unterlagen (Buchfahrplan etc.) oder Anweisungen des Fahrdienstleiters. Das Zugsicherungssystem überwacht bestimmte Handlungen des Triebfahrzeugführers mehr oder weniger streng und mehr oder weniger vollständig, je nach Art des verwendeten Systems. Typische Beispiele sind PZB, Memor/RPS und Integra Signum, aber auch die kontinuierlich arbeitenden Systeme ATB-EG, 4/9-codici oder EVM120/LS90.

Zugleitsystem (auch "Führerstands-Signalisierungs-System")
Dem auf dem Fahrzeug installierten Rechner liegt die vollständige Information vor, wie schnell zu jeder Zeit gefahren werden darf. Diese Information wird dem Triebfahrzeugführer angezeigt und es wird vom fahrzeugseitigen System kontinuierlich überwacht, dass die Geschwindigkeit nicht zu sehr überschritten wird. Es gibt daher im Allgemeinen keine streckenseitigen Signale, Tafeln oder Ähnliches, die dem Triebfahrzeugführer Information darüber geben, wie schnell gefahren werden darf. Ob die Information zwischen Streckenzentrale und Fahrzeugrechner kontinuierlich oder nur punktuell übertragen wird, ist dabei weitgehend unrelevant und für den Triebfahrzeugführer nur in ganz seltenen Fällen überhaupt sichtbar. Beispiele für diese Systeme sind LZB, TVM und ETCS.

Die Unterschiede bezüglich des Betriebs sind bereits genannt, doch welche Anforderungen müssen an die Sicherheit der Systeme gestellt werden? Oder anders herum gefragt: Was passiert, wenn ein Zugsicherungssystem gemäß obiger Definition versagt, was passiert, wenn ein Zugleitsystem versagt? Bei einem Zugsicherungssystem passiert in der Regel nichts, denn der Triebfahrzeugführer ist ja auch ohne dieses prinzipiell in der Lage, den Zug zu fahren (auf vielen Strecken in Europa gibt es gar keine Überwachung). Jedes noch so einfache (und unzuverlässige) Zugsicherungssystem kann daher nur einen Gewinn an Sicherheit bringen. Üblicherweise fordert man daher für Zugsicherungssysteme geringe bis mittlere Sicherheit. Ganz anders bei einem Zugleitsystem - wobei hier unterschiedliche Sicherheitsanforderungen an die verschiedenen Funktionen gestellt werden müssen. Wird fälschlich eine zu hohe erlaubte Geschwindigkeit oder eine zu große Entfernung zum nächsten Haltepunkt verwendet, so gibt es keine Möglichkeit für den Triebfahrzeugführer, diesen Fehler zu erkennen - ein schwerer Unfall ist sehr wahrscheinlich. Ein Zugleitsystem muss also die Sicherheit und Verantwortung, die bei konventioneller Streckenausrüstung dem Lichtsignal (oder auch noch Formsignal) und dem Triebfahrzeugführer zukommt, mit übernehmen. Zugleitsysteme werden daher immer mit hohen Anforderungen an die Sicherheit entwickelt.

Die Verantwortung des Triebfahrzeugführers (DB-Abkürzung: Tf) bei Verwendung eines Zugleitsystems wird teils kontrovers diskutiert: Fakt ist, dass die Überwachung des Systems wesentlich vollständiger und in der Regel auch technisch zuverlässiger ist, als mit reinen Zugsicherungssystemen. Von daher wirken sich die meisten Bedienfehler (insbesondere Unaufmerksamkeit, Fehlinterpretation von Signalen oder Fahrplänen) nicht mehr aus. Insofern hat der Triebfahrzeugführer de facto weniger Verantwortung. Gleichwohl darf man nicht soweit gehen, den Triebfahrzeugführer als für die Sicherheit völlig überflüssig einzustufen. Erstens gibt es immer noch Fehler, die für den Triebfahrzeugführer erkennbar sind und wo auch von ihm erwartet wird, dass er sie erkennt. Zweitens gibt es Situationen, die das technische System nicht erkennen kann oder für die es nicht sinnvoll ausgelegt werden kann, da es dann nicht mehr betrieblich verwendbar wäre. Dazu gehören beispielsweise extreme Witterungsbedingungen, welche zu erheblich verlängerten Bremswegen, schlechtem Fahrverhalten oder besonderen Gefahren im Gleisbereich führen können. Hier liegt es nach wie vor in der Verantwortung des Personals, die richtigen Entscheidungen zu treffen.

1.3 Anforderungen an ETCS

Zunächst wurden die Anforderungen an das neue Zugleitsystem in der "Functional Requirement Specification" (FRS) von einem UIC-Gremium (hauptsächlich Bahngesellschaften) aufgeschrieben. Die Wesentlichen sind:

  1. Die streckenseitige Ausstattung soll an verschiedene Streckenauslastungen und besondere Begebenheiten angepasst werden können.
  2. Bereits vorhandene nationale Systeme sollen fahrzeugseitig eingebunden werden können.
  3. Die streckenseitigen Einrichtungen sollen mit den vorhandenen Stellwerken zusammenarbeiten.
  4. Es sollen keine streckenseitigen Lichtsignale erforderlich sein.
  5. Wenn auf der Strecke neben ETCS herkömmliche Systeme vorhanden sind, soll Mischbetrieb mit Zügen ohne ETCS-Ausrüstung möglich sein.
  6. Zu jeder Zeit sollen Höchstgeschwindigkeiten und Haltepunkte sicher überwacht werden.
  7. Geschwindigkeiten bis 500 km/h sollen möglich sein.
  8. Das System soll auf allen Strecken einsetzbar sein, unabhängig von national unterschiedlichen Streckeneigenschaften wie Blockabständen, Durchrutschwegen etc.
  9. Eine Umrüstung der Strecken auf das neue System soll mit möglichst wenig Aufwand möglich sein.
  10. Die Betriebsarten besetzte und unbesetzte Mehrfachtraktion sowie Wendezugbetrieb sollen möglich sein.
  11. Spezielle Betriebsverfahren wie das Einfahren in (möglicherweise) besetzte Gleisabschnitte, Kuppeln und Trennen von Zugteilen, Weiterfahrt bei Signalstörungen oder Räumung eines Gefahrenbereichs sollen möglich sein.
  12. Zusatzfunktionen der nationalen Systeme sollen integriert werden (z. B. automatisches Senken der Stromabnehmer, Überbrückung der Fahrgast-Notbremse etc.).
  13. Alle Fahrzeuge, egal ob Triebwagen, Güterzug, Nahverkehrszug mit Lok und Steuerwagen oder Hochgeschwindigkeitszug, egal ob Diesel- oder Elektrofahrzeug sollen mit ETCS ausgestattet werden können.

Zusammengefasst: Das System soll fast alles können, was bislang irgendwo in Europa existierende Systeme auch können, nur besser.

Auf Grundlage dieser Anforderungen entwickelte das UNISIG-Konsortium (bestehend aus Vertretern der Firmen, die ETCS-Komponenten entwickeln) die verbindliche Spezifikation für das ETCS2, die "System Requirements Specification" (SRS). Zentrales Dokument und Hauptquelle für tiefer gehende Informationen ist das "Subset 026", welches in Version 2.3.0(d) vorliegt und voraussichtlich bis zur Freigabe der neuen "Baseline 3" Ende 2012 gültig bleiben wird.

2 Umsetzung

2.1 ETCS Level

Aus den Anforderungen 1 und 2 ergibt sich die Notwendigkeit verschiedener ETCS Level. Für den Benutzer des ETCS, also den Triebfahrzeugführer ist die folgende Unterscheidung wichtig:

Tabelle 1: ETCS Level

Level Merkmal
Level 0 Es erfolgt nahezu keine Überwachung durch ETCS (je nach Modus, s. u.).
Level 1 Datenübertragung nur von der Strecke zum Fahrzeug, nicht umgekehrt. Die Strecke weiß also nicht, welches Fahrzeug gerade auf der Strecke ist und wo genau es sich befindet (Ortung nur durch konventionelle Gleisfreimeldeeinrichtungen).

Datenübertragung punktuell, optional teilkontinuierlich (s. Tabelle 3).
Level 2 Prinzipiell gleiche Funktionsweise wie in Leveln 1, jedoch Datenübertragung kontinuierlich und in beide Richtungen. Somit können jederzeit neue Informationen ans Fahrzeug übertragen werden und einige Bedienhandlungen des Fahrers (z. B. Modus-Wechsel) von der Strecke überprüft und ggf. abgelehnt werden.

Vorteile gegenüber Level 1 sind eine noch etwas höhere Sicherheit und eine höhere Streckenauslastung.
Level 3 Wie Level 2 mit dem Unterschied, dass die Ortung einschließlich der Zugvollständigkeitserkennung ausschließlich auf dem Fahrzeug erfolgt, also keine streckenseitigen Gleisfreimeldeeinrichtungen und damit auch keine festen Blockabstände mehr notwendig sind. Dadurch kann die Streckenkapazität geringfügig erhöht werden. Allerdings stellt Level 3 besondere Anforderungen an ein Stellwerk, während die Level 1 und 2 bei Tolerierung einiger Einschränkungen auch mit konventionellen Stellwerken zusammenarbeiten können.

Level 2 und 3 sind für den Bediener kaum zu unterscheiden.
Level STM Überwachung durch ein herkömmliches Zugsicherungs- oder Zugleitsystem, welches nur mehr oder weniger intensiv mit ETCS zusammenarbeitet.

Wenn von "Fahren unter ETCS" oder "ETCS-Strecke" die Rede ist, ist immer einer der Level 1, 2 oder 3 gemeint. Diese werden in Abschnitt 3 beschrieben. Die Level 0 und STM werden in Abschnitt 5 beschrieben.

2.2 ETCS Modi

Für jeden Level gibt es fahrzeugseitig mehrere Modi. Einige Modi werden in verschiedenen Level benutzt, andere nur in einem bestimmten. Tabelle 2 gibt einen Überblick.

Tabelle 2: ETCS Modi

ETCS-Modus Abk. Level 0 Level STM Level 1, 2, 3
No Power NP - - -
Isolation IS X/- X/- X/-
System Failure SF - - -
Stand By SB X X X
Non Leading NL X X X
Sleeping SL X X X
Shunting SH X   X
Unfitted UN X    
STM National SN   X  
STM European SE   X  
Staff Responsible SR     X
Full Supervision FS     X
On Sight OS     X
Trip TR     X
Post Trip PT     X
Reversing RV     X

Grundsätzlich gilt: Zu jedem Zeitpunkt befindet sich ETCS in genau einem Level und genau einem Modus. Level und Modus dürfen nie verwechselt oder gleichgesetzt werden! Die Bedeutung jedes Modus wird im Laufe dieser Einführung noch erläutert.

2.3 National Values

Bei einigen Werten und Parametern konnte oder wollte man sich nicht auf europaweit einheitliche Werte einigen. Diese konnten daher in der ETCS Spezifikation nicht fest vorgegeben werden, sondern wurden als sogenannte National Values (nationale Werte) definiert. Der Begriff 'nationale Werte' ist dabei noch irreführend, denn auch innerhalb eines Landes, ja sogar auf einer Strecke können sich die Werte je nach lokalen Bestimmungen und streckenseitigen Bedürfnissen ändern. Sie werden daher über einen der in Tabelle 3 genannten übertragungswege von der Strecke ans Fahrzeug gemeldet und auch bei ausgeschaltetem Fahrzeug im ETCS gespeichert.

2.4 Informationsaustausch zwischen Fahrzeug und Strecke

Folgende Wege der Informationsübertragung sind für ETCS definiert:

Tabelle 3: ETCS Übertragungswege

Bezeichnung Technisches Merkmal Verwendung
Eurobalise Punktförmige Informationsübertragung von der Strecke zum Fahrzeug.

Einige Eurobalisen enthalten immer dieselbe Information und müssen daher nicht mit dem Stellwerk verbunden sein. Andere sind über eine Lineside Electronic Unit (LEU) mit dem Stellwerk verbunden und wechseln ihre Information je nach eingestellter Fahrstraße.
Alle Level: Anordnung von Level-Transitionen

Level 0: Z. B. für temporäre Geschwindigkeitsbeschränkungen

Level 1: Sämtliche für alle Überwachungen notwendigen Informationen

Level 2/3: Im Wesentlichen zur Ortung
Euroloop Kurze (max. 1000 m) linienförmige Informationsübertragung von der Strecke zum Fahrzeug.

Ist mit einer Eurobalise verbunden und übermittelt dieselbe Information.
Level 1: Im Wesentlichen zur Übertragung einer neuen Movement Authority (siehe unten).
Euro-Radio (GSM-R) Kontinuierliche Infomationsübertragung von und zu einem mit dem Stellwerk verbundenen Radio-Block-Center (RBC) über Funk. Level 1: Ausnahmsweise zur Übertragung einer neuen Movement Authority (Radio Infill). Praktisch nicht genutzt.

Level 2/3: Sämtliche für alle Überwachungen notwendigen Informationen

Heute existierende ETCS-Strecken sind entweder mit ETCS Level 1, d. h. Eurobalisen und evtl. Euroloop (derzeit nur Österreich) oder mit ETCS Level 2, d. h. (wenige) Eurobalisen und Euro-Radio ausgestattet. Sollen nur ETCS Level 1-Strecken (ohne Radio-Infill) befahren werden, benötigt das fahrzeugseitige ETCS-Gerät keine Euro-Radio (GSM-R) Ausrüstung.

Mit ETCS Level 2/3 ist eine höhere Streckenauslastung und eine etwas höhere Sicherheit möglich als mit Level 1, jedoch sind auch die strecken- und fahrzeugseitigen Kosten höher.

Häufig wird behauptet, in Level 1 seien streckenseitige Lichtsignale erforderlich, in Level 2 und 3 nicht. Beides ist nicht ganz richtig. In allen drei ETCS-Leveln sind Lichtsignale prinzipiell nur in Bereichen erforderlich, wo Fahrzeuge aufgerüstet werden (s. a. Modus Staff Responsible) - und da eben in allen drei Leveln. Außerhalb von Bahnhöfen werden Lichtsignale nur in Level 1 und da auch nur bei Verzicht auf Euroloop und Radio-Infill benötigt. Als Lichtsignal genügt in allen Fällen eine einzelne Lampe, an welche auch keine besonderen Anforderungen bezüglich Sichtbarkeit oder Sicherheit gestellt werden müssen.

Auf bestehenden Strecken nutzt man meist die ohnehin bereits vorhandenen Signale und hat damit auch die Möglichkeit, bei einer Störung im strecken- oder fahrzeugseitigen ETCS noch mit mittlerer Geschwindigkeit nach Lichtsignalen fahren zu können. Ohne konventionelle Signale könnte höchstens noch mit sehr geringer Geschwindigkeit auf Sicht gefahren werden.

Bild 1 Strecken- und fahrzeugseitige Komponenten des ETCS.

2.5 Die Movement Authority

Zentrales Element bei ETCS ist die Movement Authority, übersetzt etwa 'Erlaubnis zur Bewegung', im Folgenden immer mit der offiziellen Abkürzung MA bezeichnet. Die MA enthält im Wesentlichen folgende Informationen:

Im Vergleich zu den meisten existierenden Systemen sind dies relativ viele Informationen. Die LZB beispielsweise kennt nur die Zielentfernung, die Zielgeschwindigkeit und ein Bremskurve. Die Notwendigkeit dieser detaillierten Informationen ergibt sich insbesondere aus der Forderung nach Unabhängig von nationalen Streckengeometrien. Heute sind die Standorte der Signale in der Regel den Streckengradienten, den Durchrutschwegen und den Streckenhöchstgeschwindigkeiten angepasst - unter Berücksichtigung der jeweiligen Zugsicherungsausrüstung. Besonderheiten der Strecke werden durch vorgezogene Signale, nationale Definitionen (verkürzter Durchrutschweg), oder spezielle Funktionen im Stellwerk berücksichtigt. Ein definierter Durchrutschweg macht nur Sinn, wenn die Geschwindigkeit am Signal ausreichend begrenzt ist in Deutschland beispielsweise durch die dem Zug angepasste PZB-Überwachungsgeschwindigkeit (Beeinflussungen durch 1000 Hz/500 Hz-Magnete). In anderen Ländern existieren völlig unterschiedliche Überwachungen, welche teilweise ohne Durchrutschwege auskommen oder von kürzeren oder längeren ausgehen. Eine PZB beispielsweise könnte dort folglich nicht die gleiche Sicherheit garantieren wie in Deutschland und wäre dort daher völlig unangebracht.

Ein universell einsetzbares Zugbeeinflussungssystem wie ETCS muss in der Lage sein, mit allen möglichen Streckenprojektierungen klar zu kommen und den Gefahrenpunkt zu sichern. Sie muss daher in der Regel selbst berechnen, auf welche Geschwindigkeit sie an jeder Stelle überwachen muss und kann nicht von festen Überwachungskurven ausgehen, wie beispielsweise eine PZB oder LZB. Dem Triebfahrzeugführer bleibt dies weitgehend verborgen.

Ist (in Level 1, 2 oder 3) auf dem Fahrzeug keine MA vorhanden, kann nur unter besonderen Bedingungen und nur mit geringer Geschwindigkeit gefahren werden. Bei PZB, Memor oder Integra Signum hingegen kann man so lange beliebig schnell fahren (zumindest im Rahmen einer Zug-Höchstgeschwindigkeit), bis man von der Strecke einen Befehl zum Bremsen bekommt. Bei ETCS jedoch kann man so lange nur sehr langsam fahren, bis man von der Strecke die Freigabe zum schnelleren Fahren bekommt.

3 Fahren mit ETCS

In diesem Abschnitt werden die für das Fahren mit ETCS Level 1, 2 und 3 relevanten Modi erläutert. Abschließend wird die Wirkungsweise anhand einer beispielhaften Fahrt verdeutlicht.

3.1 Modus No Power

In Modus No Power (NP, "Abgeschaltet") ist das ETCS-Gerät des Fahrzeugs stromlos, ETCS löst eine Zwangsbremsung aus, die Hauptluftleitung kann also nicht gefüllt werden. In diesem Zustand befindet sich ETCS bei abgerüstetem Fahrzeug oder wenn der Leitungsschutzschalter ausgelegt ist. Auch die Startphase des ETCS-Geräts (Konfiguration und interne Tests) wird diesem Modus zugerechnet.

Bemerkung: Um das Fahrzeug schleppen zu können, muss die Bremsausgabe durch externe Maßnahmen unwirksam gemacht werden (beispielsweise durch Überbrücken der Schnellbremsventile).

3.2 Modus Stand By und Start-of-Mission

Hat das ETCS-Gerät alle internen Tests ordnungsgemäß abgeschlossen, geht es in den Modus Stand By (SB). In diesem Modus überwacht ETCS den Stillstand des Fahrzeugs, löst also bei jeder Bewegung eine Zwangsbremsung aus.

Prinzipiell gibt es folgende Möglichkeiten, was das Fahrzeug leisten soll:

Für diese verschieden Aufgaben sind verschiedene Modi definiert, deren Abkürzung in Klammern genannt wurden und die weiter unten detailliert beschrieben werden. Die Auswahl unter den Aufgaben muss der Triebfahrzeugführer treffen. Lediglich der Modus SL wird unter bestimmten Bedingungen automatisch vom ETCS angenommen (s. u.). Außerdem muss der Triebfahrzeugführer in der Regel den Level wählen. Vor Beginn einer Zugfahrt müssen zudem Zugdaten eingegeben werden.

Diese Auswahlen und Eingaben werden Start-of-Mission (kurz SoM) genannt, finden im Modus SB statt und starten automatisch, sobald ein Führerstand besetzt wird. Wenn die SoM vollständig durchlaufen ist, wechselt ETCS zu einem der Modi SH (falls vom Tf explizit gewählt), NL (falls vom Tf explizit gewählt), SR (falls Level 1,2 oder 3), UN (falls Level 0) oder SE/SN (falls Level STM) und lässt eine Bewegung zu.

In Level 2/3 wird während der SoM bereits eine Funk-Verbindung zum Radio-Block-Center (RBC) aufgebaut. Wenn die beim letzten Ausschalten des ETCS vorhandenen Verbindungsdaten (Telefonnummer etc.) nicht mehr gültig sind, muss der Triebfahrzeugführer diese ebenfalls eingeben.

3.3 Modus Shunting

Der Modus Shunting (SH, "Rangieren") ist für das Rangieren in den ETCS Leveln 0/1/2/3 eingerichtet. Da zum Rangieren keine Zugdaten erforderlich sind, kann er gleich zu Beginn einer Start-of-Mission angewählt werden.

In Modus SH überwacht ETCS eine Höchstgeschwindigkeit (National Value). Der Rangierbereich kann durch Eurobalisen mit der Information Stop wenn in Modus SH begrenzt werden. Bei Überfahrt dieser Balisen wechselt ETCS in den Modus TR und löst eine Zwangsbremsung aus.

3.4 Modus Staff Responsible

Angenommen es soll eine Zugfahrt in einem der ETCS Level 1, 2, oder 3 ausgeführt werden, der Triebfahrzeugführer hat daher einen dieser Level gewählt, Zugdaten eingegeben und in Level 2/3 auch eine Verbindung zum RBC hergestellt. Nun weiß das fahrzeugseitige ETCS-Gerät aber noch nicht, wo es ist. Solange es nicht weiß, wo es ist, kann es auch nicht wissen, wie weit es fahren darf. Um herauszufinden, wo es ist, muss es mindestens zwei Eurobalisen überfahren. Zwei, weil es aus einer allein die Richtung nicht entnehmen kann. Folglich muss dem Triebfahrzeugführer erlaubt werden, ohne MA loszufahren. Hierfür wurde der Modus Staff Responsible (SR) geschaffen, welchen das ETCS nach der Zugdateneingabe automatisch einnimmt.

In SR begrenzt ETCS die Höchstgeschwindigkeit und ggf. die Strecke, die in diesem Modus gefahren werden darf. Beide Werte sind National Values.

Doch woher weiß der Tf, dass die Fahrstraße gestellt ist und er losfahren darf? In der Regel hat er im Bahnhofsbereich sein Fahrzeug aufgerüstet und würde heute auf das Ausfahrsignal warten - und auch in Zeiten von ETCS wird es dieses Ausfahrsignal zumindest in größeren Bahnhöfen in irgendeiner Form noch geben müssen, bei kleineren könnte der Fahrdienstleiter alternativ über Funk mitteilen, ob die Fahrstraße gestellt ist (sicherheitsmäßig bei korrekter Streckenprojektierung unbedenklich, da ja ETCS die Weiterfahrt verhindern würde, falls doch noch keine MA vorhanden wäre). Mit geringer Geschwindigkeit können nun die ersten Balisen überfahren werden und somit die Position ermittelt werden. Ist die Fahrstraße gestellt, so wird in ETCS Level 1 durch die Balisen auch gleich eine MA erteilt, in Level 2/3 stellt das fahrzeugseitige ETCS über Funk eine Anfrage zur übermittlung einer MA an das RBC. Ist die Strecke voraus als frei gemeldet, wechselt ETCS in den Modus Full Supervision. Ist die Fahrstraße zwar gestellt, aber der vorausliegende Abschnitt nicht als frei gemeldet, so wechselt ETCS in den Modus On Sight.

3.5 Modi Full Supervision und On Sight

Die Fahrt in Modus Full Supervision ("volle Überwachung", FS) ist der Regelfall in ETCS Level 1/2/3. In diesem Modus wird die Geschwindigkeit des Fahrzeug jederzeit überwacht. Die erlaubte Geschwindigkeit und ggf. die Zielgeschwindigkeit wird dem Tf im Tacho angezeigt, neben dem Tacho die Entfernung, wann diese Geschwindigkeit erreicht sein soll. Auf Geschwindigkeitsreduktionen wird der Tf rechtzeitig optisch und akustisch hingewiesen.

Besondere Erwähnung verdient die Release Speed. Dieser besonderen Geschwindigkeit liegen zwei Probleme zugrunde, welche insbesondere in Level 1 bei Verwendung von Lichtsignalen anstelle von Radio Infill und Euroloop auftreten: Erstens muss aufgrund von Ungenauigkeiten bei der fahrzeugseitigen Wegmessung bei der Positionsermittlung stets mit einer Toleranz gerechnet werden, zweitens soll der Zug vor Ablauf der MA zum stehen kommen. Dies führt dazu, dass die überwachte Geschwindigkeit an der Balise mit der nächsten MA sehr klein oder aufgrund der Positionsungenauigkeit sogar schon davor null wird. Eine Überfahrt der Balise und somit ein sinnvoller Betrieb wäre also praktisch nicht möglich. Um wieder eine MA erhalten zu können, muss mit niedriger Geschwindigkeit weitergefahren werden können, jedoch nur so schnell, dass der Gefahrpunkt bzw. das Ende des Durchrutschwegs auf keinen Fall überfahren wird. Diese Geschwindigkeit, Release Speed genannt, wird entweder von der Strecke vorgegeben oder vom Fahrzeug anhand der streckenseitigen Informationen bezüglich Durchrutschweg und Gefahrpunkt berechnet. Voraussetzung für ein Fahren in Level 1 mit Lichtsignalen ist also die Existenz eines Durchrutschwegs. Ist der Gefahrpunkt unmittelbar an der EoA, muss mit Euroloop oder Radio Infill gearbeitet werden.

Der Modus On Sight ("Auf Sicht", OS) unterscheidet sich nur dadurch von FS, dass das RBC bzw. Stellwerk keine Kenntnis darüber hat, ob die Strecke frei ist. Daher darf nur langsam auf Sicht gefahren werden (die überwachte Geschwindigkeit ist ein National Value).

In beiden Modi können dem Tf Anweisungen beispielsweise bezüglich Hauptschalter, Stromabnehmer, Notbremsüberbrückung etc. gegeben und teilweise auch automatisch vom Fahrzeug behandelt werden.

3.6 Modi Trip und Post Trip

Wird eine von ETCS überwachte Stelle überfahren, wechselt ETCS in den Modus Trip (TR). Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die EoA überfahren wurde oder wenn in SR oder SH eine spezielle Balise überfahren wurde, welche in diesen Modi die Weiterfahrt verbietet.

Im Modus TR wird eine Zwangs-Schnellbremsung bis zum Stillstand ausgelöst. Im Stillstand muss der Tf diese bestätigen, darauf wechselt ETCS in den Modus Post Trip (PT).

Falls es von der Strecke erlaubt ist, kann in Modus PT einige Meter rückwärts gefahren werden, um so wieder vor die fälschlich überfahrene Balise zu gelangen und zu warten, bis diese eine neue MA enthält (nur sinnvoll in Level 1). Voraussetzung hierfür ist, dass von der Streckenseite sichergestellt wird, dass hinter dem Zug ausreichend Platz ist. Hierfür sind besondere Anforderungen an die Aufhebung von Fahrstraßen durch das Stellwerk zu stellen.

Wenn in Level 1 nicht rückwärts gefahren werden darf, bleibt nur die Möglichkeit, mittels der Funktion Override EoA in den Modus SR zu wechseln, die Freigabe des Fahrdienstleiters abzuwarten und in SR bis zur nächsten Eurobalisengruppe mit MA zu fahren.

3.7 Praktisches Beispiel

Die Fahrt findet wie folgt statt:

  1. Unsere Lok steht abgerüstet in einem zu Rangierbahnhof A gehörenden Depot.
  2. Mittels Rangierfahrt fahren wir zu einem in Rangierbahnhof A abgestellten Wagenzug und kuppeln diesen an.
  3. In Level 1 fährt unser Güterzug von Rangierbahnhof A nach Bahnhof B. Da ein Personenzug vor uns ausfahren soll, endet unsere MA vor dem Ausfahrsignal. Da die Strecke nicht sehr befahren ist, sind an der Ausfahrt weder Euroloop noch Radio-Infill vorhanden, sondern nur ein Lichtsignal mit einer Gruppe Eurobalisen. Der Gefahrpunkt befindet sich 200 m hinter diesem.
  4. Dann fahren wir weiter in Level 1 nach Bahnhof C, welcher an einer Hauptstrecke liegt, so dass man an den Ein- und Ausfahrbalisen auch Euroloop verlegt hat.
  5. Nach der Ausfahrt aus Bahnhof C wechselt der Level zu Level 2.
  6. So fährt der Zug bis zum Bahnhof D, wo er mittels Rangierfahrt auf ein Abstellgleis gebracht und dort abgerüstet wird.

Bild 2: Beispiel-Strecke

Da die Lok abgerüstet ist, ist das ETCS-Gerät spannungslos und daher im Modus No Power. Wir rüsten das Fahrzeug auf, ETCS führt diverse Tests aus und geht schließlich in den Modus Stand By. Dieser wird uns angezeigt.

Wir besetzen einen Führerstand und müssen nun zunächst eine Triebfahrzeugführer-Nummer eingeben und den Level wählen. Da wir zuerst auf einer mit Level 1 ausgerüsteten Strecke fahren werden, wählen wir diesen Level. Nun haben wir folgende Auswahlmöglichkeiten:

  1. Zugdaten eingeben und eine Fahrt beginnen
  2. Modus Shunting wählen und eine Rangierfahrt beginnen
  3. Modus Non Leading wählen, um als nicht führende Lok ohne Überwachung fahren zu können (Schiebedienst).

Da wir mittels Rangierfahrt zum Wagenzug fahren sollen, wählen wir Shunting. Dieser Modus wird vom ETCS sofort eingenommen, wir können nun mit einer geringen Geschwindigkeit (meist 40 km/h) vorwärts und rückwärts fahren. So fahren wir ohne Führerstandswechsel zum Wagenzug und hängen diesen an.

Mit angehängtem Wagenzug soll nun der Rangierbereich verlassen, auf eine mit ETCS Level 1 ausgerüstete Strecke eingefahren und zum Bahnhof B gefahren werden. Dies ist im Modus Shunting nicht möglich, da bei der Ausfahrt aus dem Rangierbereich Eurobalisen liegen (sollten), welche im Modus Shunting eine Zwangsbremsung auslösen würden. Wir wählen daher 'Modus Shunting beenden' mittels einer hierfür vorgesehenen Taste. Umgehend wechselt ETCS in den Modus Stand by zurück. Nach Bestätigung der Triebfahrzeugführer-Nummer (welche sich ja geändert haben könnte) und des bereits zuvor korrekt gewählten Levels geben wir diesmal Zugdaten ein. Sobald alle benötigten Daten eingegeben sind, wechselt ETCS in den Modus Staff Responsible. Der Zug kann nun mit geringer Geschwindigkeit (standardmäßig 30 km/h) vorwärts bewegt werden.

An geeigneter Stelle befindet sich eine Gruppe von Eurobalisen im Gleis (mind. 2 Stück), welche (irgendwann) eine Movement Authority enthalten. Um dem Tf anzuzeigen, ob die Balisengruppe überfahren werden darf oder nicht, befindet sich ein geeignetes Lichtsignal in der Nähe. Wenn dieses die Weiterfahrt freigibt, überfahren wir die Eurobalisen und bekommen eine Movement Authority MA1. Da die Strecke bis zum Bahnhof B als frei gemeldet ist, wechselt ETCS in Modus Full Supervision.

Unsere MA1 enthält eine Streckenhöchstgeschwindigkeit von 80 km/h für die ersten 3 km, dann 50 km/h für die Weichenstraße vor dem Bahnhof B. Die MA endet am Ausfahrsignal des Bahnhofs B, da ja ein Personenzug vor uns ausfahren soll. Auf Basis der von uns eingegebenen Zugdaten und dem in der MA übertragenen Durchrutschweg von 150 m sowie dem ebenfalls in der MA gemeldeten Gradienten von 4 Promille Steigung hinter dem Bahnhof berechnet das ETCS-Fahrzeuggerät eine Release Speed von 18 km/h.

Wir beschleunigen absichtlich etwas über 80 km/h. Bei etwa 85 km/h werden wir akkustisch gewarnt, bei etwa 90 km/h fordert ETCS eine Vollbremsung von der Fahrzeugsteuerung (Zwangs-Betriebsbremsung genannt). Unsere Lok senkt daraufhin sofort die Hauptluftleitung auf 3,5 bar ab, unser Zug bremst bis unter 80 km/h und ETCS nimmt die Bremsanforderung wieder weg. Rechtzeitig vor der Weichenstraße bremsen wir bis unter 50 km/h ab und dann rechtzeitig vor der EoA1 bis unter die Release Speed von 18 km/h.

Wir sehen, dass das Signal neben der Ausfahr-Balisengruppe uns die Weiterfahrt freigibt und überfahren mit 15 km/h die Balisengruppe. Allerdings war das Lichtsignal defekt, tatsächlich war die Fahrstraße noch gar nicht gestellt, daher enthielt die Balisengruppe noch keine neue MA. ETCS wechselt sofort in den Modus Trip und löst eine Schnellbremsung aus. Nach etwa 120 m, also innerhalb des Durchrutschwegs, kommt unser Zug zum Stehen. Dieser Fall stellte keine Gefährdung dar, da ETCS alle Informationen hatte, den Zug in jedem Fall sicher zum Stehen zu bringen.

Im Stand bietet uns ETCS den Wechsel in den Modus Post Trip an (die einzige Möglichkeit). Wir akzeptieren, ETCS wechselt nach Post Trip und hebt die Schnellbremsung auf. Nun hätten wir prinzipiell die Möglichkeit, eine bestimmte Strecke rückwärts zu fahren, um wieder vor die Balisengruppe zu gelangen und auf eine MA zu warten. Die wenigsten konventionellen Stellwerke werden jedoch diese Funktion ermöglichen, da hierfür eine bestimmte Strecke hinter dem Zug freigehalten werden müsste (und überhaupt ist Rückwärtsfahrt in der Regel nicht erlaubt). Daher bleibt uns nur die Möglichkeit, mittels der Override-Funktion in den Modus Staff Responsible zu wechseln. Da das fahrzeugseitige ETCS nun keine MA mehr hat, sind wir für die Sicherheit verantwortlich. ETCS hat im Modus Staff Responsible nur noch Zugsicherungsfunktion, keine Zugleitfunktion. Die Freigabe für die Weiterfahrt (vergleichbar einem 'schriftlichen Befehl') können wir nur vom Fahrdienstleiter bekommen.

Nachdem wir vom Fahrdienstleiter die Freigabe zur Weiterfahrt bekommen haben, fahren wir mit der im Modus Staff Responsible zulässigen Höchstgeschwindigkeit weiter. Nach vielleicht einem Kilometer überfahren wir wieder eine Eurobalisen-Gruppe, welche uns endlich eine neue MA (MA2) übermitteln kann. Der Personenzug ist aufgrund der Zwangsbremsung und unserer langen Fahrt mit niedriger Geschwindigkeit mittlerweile gemäß Gleisfreimeldung im Stellwerk mindestens 4 km vor uns, die neue MA enthält daher 4 km als EoA. Die zulässige Streckenhöchstgeschwindigkeit beträgt gemäß MA 200 km/h. Obwohl wir nur 50 Bremshundertstel haben, erlaubt uns das fahrzeugseitige ETCS daher, bis auf die im Rahmen der Start-of-Mission eingegebene Zughöchstgeschwindigkeit von 140 km/h zu beschleunigen - und um die Verspätung aufzuholen, tun wir dies auch. Wir können also trotz des geringen Bremsvermögens unter ETCS erheblich schneller fahren als unter PZB, ohne dass hierfür an der Strecke etwas hätte geändert werden müssen. ETCS ist eben auch in Level 1, Modus Full Supervision ein Zugleitsystem gemäß obiger Definition, während PZB nur ein Zugsicherungssystem ist - auch wenn beide die Information nur punktförmig übertragen.

Auf dem Weg zu Bahnhof C wird unsere MA2 bei jeder Überfahrt einer Balisengruppe bis zur Ausfahrt des Bahnhofs C verlängert (EoA2*). Rechtzeitig vor Erreichen der EoA2* senkt das fahrzeugseitige ETCS die zulässige Geschwindigkeit. Da an dieser Stelle eine Euroloop im Gleis liegt, ist die Angabe eines Durchrutschwegs in der MA und die Berechnung einer Release Speed unnötig, beides kann 0 sein. Wir bremsen und erreichen mit etwa 40 km/h den Beginn der Euroloop bei Kilometer 10,4 - etwa 300 Meter vor EoA2*. Während wir weiter bremsen, ändert sich die von der Euroloop übertragene Information in eine neue MA (MA3) mit Streckenhöchstgeschwindigkeit 160 km/h, sofort können wir die Bremsung beenden und erneut beschleunigen. Da der Personenzug in Bahnhof C gehalten hat, befindet er sich nun aber nur noch mind. 1 km vor uns, die MA3 endet daher bereits in 1400 Metern, so dass ETCS aufgrund des geringen Bremsvermögens bereits wieder die Zielentfernung überwacht und nicht die Strecken- bzw. Zughöchstgeschwindigkeit. ETCS erlaubt uns daher nur vielleicht 108 km/h bei Erhalt der MA3, und diese Geschwindigkeit fällt kontinuierlich.

Bei Kilometer 11,2 liegen Balisen, welche einen Übergang zu Level 2 ankündigen. Sofort beginnt das ETCS-Fahrzeuggerät, auf Basis der übertragenen Daten eine Funkverbindung mit dem von den Balisen genannten RBC aufzubauen. Sobald die Funkverbindung steht, fragt das ETCS unserer Lok beim RBC nach einer neuen MA, da die alte ja gleich ausläuft. Da der Personenzug mittlerweile wieder einige Streckenabschnitte freigegeben hat, erhalten wir umgehend eine neue MA (MA4) und können nun endlich wieder auf die Zughöchstgeschwindigkeit beschleunigen. Die MA4 endet im Bahnhof D. Dort erhält unser Fahrzeug-ETCS vom RBC über Funk die Anweisung, noch während der Fahrt (bei niedriger Geschwindigkeit) in den Modus Shunting zu wechseln. Die Zugfahrt ist damit beendet, eine Rangierfahrt beginnt. Wir bestätigen dies und fahren ohne Halt im Modus Shunting auf das uns zugewiesene Abstellgleis.

4 Die übrigen ETCS-Modi

4.1 Modus Reversing

Der Modus Reversing (RV, "Rückwärtsfahrt") ist speziell geschaffen worden, um im Gefahrenfall beispielsweise einen Tunnel schnell verlassen zu können. In diesem Modus kann der Zug mit einer bestimmten Geschwindigkeit eine bestimmte Strecke rückwärts fahren, ohne dass es hierfür einer besonderen Erlaubnis eines Fahrdienstleiters o. ä. bedarf. Die Streckenausrüstung, also das Stellwerk muss dafür Sorge tragen, dass die erlaubte Strecke hinter dem Zug jederzeit frei ist. Während der Rückwärtsfahrt kann die Erlaubnis vom RBC oder von Eurobalisen verlängert werden.

4.2 Modus Sleeping

Der Modus Sleeping (SL, "Schlafend") wird von ETCS automatisch angenommen, wenn kein Führerstand besetzt ist und die Fahrzeugsteuerung das Fahrzeug als von einem anderen Fahrzeug geführt erkennt. Dieser Modus ist für den Triebfahrzeugführer also nie sichtbar. Typische Anwendungen sind Wendezugbetrieb und Mehrfachtraktion.

Das ETCS dieses Fahrzeugs führt keinerlei Überwachung aus, denn dafür ist alleine das führende Fahrzeug zuständig.

4.3 Modus Non Leading

Der Modus Non Leading (NL, "Nicht führend") muss vom Tf manuell gewählt werden, wenn er die Lok zwar bedienen muss (also im Gegensatz zu SL ein Führerstand besetzt ist), die Lok sich aber nicht an der Spitze des Zuges befindet.

Das ETCS dieses Fahrzeugs führt keinerlei Überwachung aus, denn dafür ist alleine das führende Fahrzeug zuständig.

4.4 Modi System Failure und Isolation

In Modus System Failure (SF, "Systemfehler") ist das ETCS-Gerät eingeschaltet, hat jedoch einen internen Fehler erkannt und löst daher eine Zwangsbremsung aus. Dieser Modus kann nur durch Aus- und Wieder-Einschalten des ETCS-Fahrzeuggeräts verlassen werden.

In Modus Isolation (IS, "Abgetrennt") kann das ETCS auf dem Fahrzeug je nach Bauart eingeschaltet oder spannungslos sein. Wesentlich ist, dass es keine Bremsung mehr auslösen kann.

5 ETCS Level STM und Level 0

Während der Einführung von ETCS in den nächsten Jahren sind mit Level 1/2/3 ausgestattete Strecken eher die Ausnahme als die Regel. Die meisten Strecken sind mit einem nationalen Zugbeeinflussungssystem ausgestattet. Dieser Tatsache trägt man mit dem Level Specific Transmission Module (STM) Rechnung. Idee ist, dass nationale Zugbeeinflussungssysteme eine Reihe von Komponenten des ETCS nutzen können, beispielsweise Geschwindigkeits­messung, Bremsansteuerung, Fahrzeug-Schnittstelle und Bediener-Schnittstelle. Lediglich für die Signalübertragung von und ggf. zur Strecke ist eine separate Hardware nötig, da die Art und Weise der Informationsübertragung sich in der Regel physikalisch sehr stark von der ETCS-Übertragung unterscheidet. Um auch die konventionellen Systeme nutzen zu können, wäre damit meist nur eine Antenne, ein Sende-/Empfangs­Verstärker und eine Auswerte-Einheit mit standardisierter Schnittstelle zum ETCS, eben ein 'Spezielles Übertragungs-Modul' nötig.

Anstatt ETCS einfach in einen mit NL vergleichbaren Modus zu schicken, ETCS also gar keine Überwachung mehr ausführen zu lassen, hat man den nationalen Systemen einen kompletten Level spendiert. Genau genommen sogar jedem nationalen System: Es gibt einen Level STM PZB(/LZB), einen Level STM ATB(-EG), STM KVB(/TVM) etc. Die nationalen Systeme existieren also gleichrangig neben den eigentlichen ETCS Leveln 1/2/3, was sich schon beim Starten zeigt: ETCS merkt sich ggf. das zuletzt gewählte STM; bei der Implementierung nur als Modus wäre das nicht möglich. So hingegen kann elegant und sicher zwischen den verschiedenen nationalen Systemen und den eigentlichen ETCS Leveln 1/2/3 umgeschaltet werden (Level Transition).

Für Strecken, auf denen gar kein Zugsicherungssystem installiert ist, wurde der Level 0 vorgesehen. Er ermöglich das Fahren ohne Movement Authority. Tatsächlich allerdings wird dieser Level heute in der Regel benutzt, wenn zwar ein konventionelles Zugsicherungs­system installiert und aktiv ist, dieses allerdings nicht als STM zur Verfügung steht und damit dem ETCS nicht bekannt ist. Um ein konventionelles System als STM einsetzen zu können, muss es sich mindestens während der Fahrt aktivieren oder deaktivieren lassen. Andernfalls ist eine Level Transition nicht möglich - und das ist der wesentliche Grund für den Einsatz und der wesentliche Vorteil eines STMs. Aus diesem Grund wird in der Schweiz auf mit ZUB121/ZUB262 ausgerüsteten Strecken in Level 0 anstatt einem Level STM ZUB/Signum gefahren.

5.1 Modi STM European und STM National

Auf einem führenden Fahrzeug in Level STM befindet sich das Fahrzeug nach der SoM immer in einem der beiden Modi STM European (SE) oder STM National (SN).

SE und SN unterscheiden sich nur intern: In SE liefert das STM eine MA an den ETCS-Rechner, dieser ist für sämtliche Überwachungen und Anzeigen zuständig. In Modus SN hingegen laufen sämtliche nationalen Überwachungsfunktionen in einem separaten Rechner, welcher Teil des STMs ist, ETCS selbst führt keine Überwachungen aus. Für den Triebfahrzeugführer ist die Unterscheidung irrelevant. Praktisch gibt es heute nur für ATB-EG, PZB und LZB STMs, welche die ETCS Funktionen in größerem Umfang mitbenutzen. Alle nutzen den Modus SN. Der Modus SE wird daher mit Baseline 3 wieder aus dem Standard gestrichen werden.

5.2 Modus Unfitted

Keiner der bisher beschriebenen Modi kann sinnvoll für eine Fahrt in Level 0, also (zumindest aus Sicht des ETCS) ohne Zugsicherungssystem eingesetzt werden. Da keine MA vorliegt, könnte nur in Modus SR gefahren werden. In SR wiederum ist die Strecke und Höchstgeschwindigkeit sehr beschränkt, da dieser Modus ja nur zum Anfahren vorgesehen ist, außerdem erlaubt SR nur Vorwärtsfahrt.

Für die Fahrt in Level 0 wurde daher der Modus Unfitted ("Nicht ausgestattet", UN) geschaffen. Dieser erlaubt Vorwärts- und Rückwärtsfahrt beliebig weit bis zu einer bestimmten Höchstgeschwindigkeit (National Value).

6 Level-Transitionen

Wechselt die streckenseitig installierte Zugsicherungsausstattung, müssen natürlich auch die fahrzeugseitigen Funktionen umgeschaltet werden. In der Vergangenheit war dies ein äußerst kompliziertes Unterfangen, was überall anders gelöst wurde und jahrelanger Klärung bedurfte. Häufig konnte nur im Stillstand umgeschaltet werden.

Dank ETCS macht es künftig keinen Unterschied, ob von einem nationalen System auf ein anderes umgeschaltet wird (z. B. PZB/LZB zu ATB-EG) oder von ETCS Level 2 auf ATB-EG oder zwischen ETCS Level 0/1/2/3. Alle Umschaltungen laufen vollautomatisch von ETCS gesteuert während der Fahrt ab. Voraussetzung ist, dass die umzuschaltenden nationalen Systeme als STM verfügbar sind, da ETCS die anderen Systeme ja nicht kennt und daher auch nicht deren Zustände beeinflussen und kontrollieren kann.

Die Level-Transition wird durch Eurobalisen ausgelöst, auch wenn direkt zwischen zwei STMs umgeschaltet wird. Nur Transitionen zwischen den Leveln 2 und 3 werden in der Regel vom RBC angefordert. Für die Transition sind generell zwei Balisengruppen (mit je mindestens zwei Balisen wegen der Richtungserkennung) erforderlich: Eine sogenannte 'Ankündigungsbalise' (genauer: 'Ankündigungsgruppe') und eine 'Ausführungsbalise' am Ort der tatsächlichen Umschaltung. Sind STMs an der Transition beteiligt, wird das neue STM nach der Ankündigungsbalise bereits in Bereitschaft (Zustand Hot Standby) versetzt, an der eigentlichen Transitionsstelle übernimmt es dann die Überwachung (Zustand Data Available) und das alte System gibt die Überwachung ab (falls STM: Zustand Cold Standby). Fehlt eine der Balisengruppen, erfolgt die Umschaltung dennoch, da alle relevanten Informationen in beiden Balisengruppen vorhanden sind.

Von ETCS gesteuerte Transitionen finden grundsätzlich während der Fahrt statt, wobei die Geschwindigkeit nur durch die beiden Zugsicherungssysteme vorher/nachher und die Strecken-Höchstgeschwindigkeit begrenzt ist. Während des Umschaltvorgangs überwacht ETCS das korrekte Umschalten der ggf. beteiligten STMs (Zeitüberwachung) und die Strecken-Höchstgeschwindigkeit.


[1] Vorübergehend müssen die vorhandenen nationalen Systeme auch noch vom Fahrzeug unterstützt werden, daher hat man auch diese berücksichtigt und einige Schnittstellen und Funktionen vereinheitlicht.

[2] Die meisten der in der FRS genannten Anforderungen wurden berücksichtigt, einige wurden nicht übernommen. Bemerkenswert ist, dass auch einige der in FRS als "unbedingt notwendig" definierten Anforderungen nicht übernommen wurden. Sowohl FRS als auch SRS sind in der TSI als "verbindlich" eingestuft, faktisch wird aber ausschließlich die SRS von der Industrie anerkannt und umgesetzt, da sich beide teilweise widersprechen und nur die SRS ausreichend präzise ist, um die Interoperabilität sicherzustellen.

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