Indusi

Ein frühes Funktionsmodell, welches anschaulich eine vom Magnet ausgelöste mechanische Einwirkung auf die Dampfzuleitungen einer Lokomotive zeigt.

Fahrzeugmagnet-Prototyp am Tender einer Dampflokomotive (1930)

Schnelltriebwagen Fliegender Hamburger. 1935, zwei Jahre nachdem die DR mit dem Fliegenden Hamburger ihren von Berlin ausgehenden Schnellverkehr aufnahm, waren bereits 18 Schnelltriebwagen und 147 Lokomotiven mit Indusi ausgestattet.

Im Jahre 1909 entwickelte Siemens & Halske erstmals eine elektromechanische Zugbeeinflussung, die jedoch bei Schnee und starker Verschmutzung nicht zuverlässig genug arbeitete. Um 1926 kam es zur Einführung der magnetischen Zugbeeinflussung, die allerdings eine Energieversorgung der Streckeneinrichtung erforderte. Daneben wurden zunächst weitere Technologien verfolgt, darunter die optische Zugsicherung der Bauart Bäseler-Zeiss, deren Optik indes zur Verschmutzung neigte.

Bereits 1919 wurde der Einsatz einer induktiven Zugsicherung vorgeschlagen. Nach einer Reihe von Vorstufen entwickelten die Vereinigten Eisenbahn-Signalwerke und die C. Lorenz AG zusammen mit der Deutschen Reichsbahn die Resonanzbauart mit drei Frequenzen. Die damals noch mit Induktiver Zugsicherung bezeichnete Zugbeeinflussung, die ab 1927 auf den Strecken Berlin–Hamburg und Hamburg–Bremen getestet wurde, benötigt keine örtliche Energieversorgung der Streckeneinrichtungen. Im Regelfall gab es bei mechanischen Stellwerken an den Signalen weder Stromanschluss noch freie Kabeladern. Bereits die ersten Versuchsgeräte wiesen die Grundstruktur mit 500-, 1000- und 2000-Hz-Resonatoren[1] auf, die vor einem Signal dessen Signalbegriff über eine Induktionsspule zum Triebfahrzeug übertragen, dessen Geschwindigkeit kontrollieren und bei Gefahr, unberechtigt am Signal vorbeizufahren, eine Zwangsbremsung auslösen.

Die Resonanzbauart vermeidet die Schwäche von Zugbeeinflussungen in Gleichstrombauart, wie z. B. des Schweizer Systems Integra-Signum, beim Befahren mit sehr kleiner Geschwindigkeit nicht auszulösen. Gleichzeitig ist die Resonanzbauart unempfindlich gegen Eisenmassen im Gleis, beispielsweise in Weichen. Andererseits benötigt die Erzeugung der Wechselströme mit den drei verschiedenen Frequenzen Apparaturen, die in der damaligen Technologie recht kompliziert waren.[2]

Die erste Serienbauart war die Indusi I 34, bei der die benötigten Wechselspannungen mit Frequenzen von 500, 1000 und 2000 Hz bei Dampflokomotiven direkt vom mit Zusatzwicklungen ausgerüsteten Turbogenerator erzeugt wurden, dessen Drehzahl konstant gehalten werden musste. Der Ruhestrom im Fahrzeugmagnet lag bei etwa einem Ampère. 1935 waren bereits 165 Triebfahrzeuge und 4500 Kilometer Strecke mit Indusi ausgerüstet.

Wegen der Kriegsauswirkungen mussten 1944 die bis dahin installierten Indusi-Geräte auf 870 Fahrzeugen und 6700 Streckenkilometern stillgelegt werden.

1947 machte man mit 870 Fahrzeuggeräten und 1180 Streckenkilometern einen Neuanfang. Die Fahrzeugausrüstung wurde 1954 von der damaligen Deutschen Bundesbahn (DB) als Indusi I 54 standardisiert. Beim System I 54 und dessen Nachfolger Indusi I 60 werden die benötigten Wechselspannungen nicht mehr direkt von einem rotierenden Generator, sondern von Transistorgeneratoren erzeugt. Während Siemens für jede der drei Frequenzen einen Einzelgenerator verwendete, kommt bei der Bauart SEL ein einziger Generator mit nachgeschalteten Frequenzteilern zum Einsatz. Der Ruhestrom im Fahrzeugmagnet wurde auf etwa 200 Milliampère reduziert, damit konnten auch die Gleismagnete kleiner und leichter ausgelegt werden. Diese Gleismagnete waren allerdings nicht mehr mit Fahrzeuggeräten der Ursprungsbauart I 34 nutzbar.

Das Streckennetz der DB wurde zügig und systematisch mit Indusi ausgerüstet. 1966 waren in 5494 (67 %) Triebfahrzeugen und Steuerwagen Zugsicherungsgeräte eingebaut. Mitte 1967 waren streckenseitig 13.356 km (73 %) des Hauptbahnnetzes mit Indusi gesichert.[3] Bis 1975 wurden 90.000 Gleismagnete eingebaut. 1980 war die Ausrüstung des DB-Netzes im Wesentlichen abgeschlossen: Sämtliche Hauptbahnen und die dem Personenverkehr dienenden Nebenbahnen (gesamthaft 22.000 km) und 9200 Fahrzeuge (99,5 %) sind mit Indusi ausgestattet.

In der DDR wurden nach 1945 alle Indusi-Streckeneinrichtungen und in der Folge auch die Fahrzeuggeräte ausgebaut. Der Wiedereinsatz scheiterte in erster Linie am nahezu flächendeckenden Abbau der zweiten Streckengleise. Den Änderungen der Sicherungsanlagen für den eingleisigen Betrieb musste Vorrang eingeräumt werden. Allerdings wurde entschieden, das ausgebaute Material werterhaltend einzulagern. In den 1960er Jahren wurde wieder begonnen, eine Zugbeeinflussung einzurichten, zu Anfang nur mit 1000-Hz-Beeinflussung an Vorsignalen. Die eingelagerten Gleismagnete wurden dafür aufgearbeitet, allerdings erwiesen sich insbesondere die der letzten Baujahre, bei denen nur das Mittelteil mit den Spulenwicklungen vergossen worden war, als vielfach nicht mehr aufarbeitungsfähig korrosionsgeschädigt. In den 1970er Jahren wurden Indusi-Einrichtungen aus der Bundesrepublik importiert, neben Fahrzeugeinrichtungen insbesondere für Lokomotiven, die im Wechselverkehr DR–DB eingesetzt wurden, betraf das auch Gleismagnete. In Folge von Unfällen wurde in der DDR ab Ende der 1970er Jahre eine eigene Fahrzeugeinrichtung in Dreifrequenzbauart entwickelt.[4]

Prinzipschaltbild Indusi
(für eine Frequenz dargestellt)

Fahrzeugausrüstung (rot):
G Dreifrequenzgenerator
C₁ Kondensator
L₁ Fahrzeugmagnet (Spule)
R Impulsrelais

Streckenausrüstung (blau):
L₂ Gleismagnet (Spule)
C₂ Kondensator
S Kurzschlussschalter (bei Fahrt zeigendem Signal geschlossen)

Fahrzeugmagnet an einer Traxx-Lokomotive

Am Triebfahrzeug oder Steuerwagen befindet sich jeweils in Fahrtrichtung auf der rechten Seite, in der Regel am ersten Drehgestell, der Fahrzeugmagnet. Dessen drei Spulen werden aus der Fahrzeugeinrichtung permanent mit Wechselströmen in den Frequenzen 500, 1000 und 2000 Hz gespeist. Bei älteren Anlagen befindet sich in jedem Stromkreis ein bistabiles Relais, das Impulsrelais, das weitere Schaltvorgänge auslöst. Bei modernen Anlagen wird der Strom von elektronischen Bauelementen überwacht, die die Veränderungen an die Auswertebaugruppe weitergeben. Erfolgte Beeinflussungen, Handlungen des Triebfahrzeugsführers, Luftdruck in der Hauptluftleitung, Fahrgeschwindigkeiten und weitere Daten werden auf einem Papierstreifen oder in elektronischen Speichergeräten registriert. Nach Unfällen oder anderen gefährlichen Ereignissen werden die registrierten Daten sichergestellt und ausgewertet.

Die Fahrzeugausrüstungen der Dreifrequenzbauart sind grundsätzlich gleich aufgebaut. Es gibt jedoch Unterschiede bei der Erzeugung der benötigten Wechselströme, bei den Auswertebaugruppen und bei den Registriereinrichtungen.

Am Gleis liegen die Gleismagnete, deren Spule zusammen mit einem Kondensator einen auf eine bestimmte Frequenz abgestimmten Schwingkreis bildet. Sie werden mit Gleismagnethaltern an der in Fahrtrichtung rechten Schiene auf der Außenseite befestigt und ausgerichtet.

• Der 1000-Hz-Magnet an Vorsignalen oder Überwachungssignalen von Bahnübergängen überprüft das Aufnehmen der Warnstellung des Signals und das Einleiten der Bremsung.
• Der 500-Hz-Magnet liegt 150 bis 250 Meter[5] vor einem Hauptsignal, das einen besonderen Gefahrenpunkt deckt. Er überprüft den Bremsvorgang auf eine festgelegte Geschwindigkeit und gewährleistet, dass die Schutzstrecke hinter dem Hauptsignal nicht unerlaubterweise überfahren wird.
• Der 2000-Hz-Magnet an Hauptsignalen dient als Fahrsperre bei haltzeigendem Signal und löst sofort eine Zwangsbremsung aus.
• 1000/2000-Hz-Doppelgleismagnete werden an Hauptsignalen mit Vorsignalisierung oder wenn am gleichen Standort ein Vor- und Hauptsignal steht, eingesetzt. Ihre Resonanzfrequenz kann durch einen zuschaltbaren Kondensator umgeschaltet werden. Praktisch sind alle neueren 1000- oder 2000-Hz-Gleismagnete Doppelgleismagnete. Wird nur die 1000-Hz-Funktion benötigt, dann wird der zusätzliche Kondensator mit einer einzulegenden Brücke fest in den Schwingkreis eingeschaltet. Bei reinen 2000-Hz-Magneten wird der zusätzliche Kondensator nicht beschaltet.
• Schaltmagnete enthalten keine Kondensatoren, die Spule bildet keinen Schwingkreis. Sie lösen beim Befahren keine Beeinflussung der Fahrzeugeinrichtung aus, sondern werden für die Steuerung von Geschwindigkeitsprüfeinrichtungen genutzt.

Die Gleismagnete sind in der Grundstellung oder unbeschaltet aktiv. Bei fahrtzeigenden Formsignalen wird der Gleisschwingkreis durch Kontakte von Flügel- bzw. Scheibenstromschließern kurzgeschlossen, bei Lichtsignalen durch Relaiskontakte. Damit wird der Gleisschwingkreis soweit verstimmt, dass keine Beeinflussung des Fahrzeuggerätes erfolgt.

1000-Hz-Gleismagnete werden auch zur Sicherung von Langsamfahrstellen (mit einer Beschränkung auf 80 km/h oder weniger) eingesetzt. Bei Langsamfahrstellen mit einer Geschwindigkeit unter 40 km/h wird der Bremsvorgang zusätzlich mit einem 500-Hz-Magnet überwacht. Langsamfahrstellen zwischen 90 und 140 km/h können nur mit Geschwindigkeitsprüfeinrichtungen gesichert werden.

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

Der Fahrzeugmagnet erzeugt permanent ein elektromagnetisches Feld mit einer Frequenz von 500, 1000 und 2000 Hz. Beim Überfahren eines Gleismagnetes wird in diesem eine Spannung induziert. Im Resonanzfall – wenn die Frequenz des Fahrzeugmagnetes derjenigen des Gleisschwingkreises entspricht – fällt der Strom im Fahrzeugschwingkreis der betreffenden Frequenz stark ab, das in dessen Stromkreis liegende, in Grundstellung angezogene Impulsrelais fällt ab und löst weitere Schaltvorgänge aus.

Hl-Signal mit Gleismagnet im Bahnhof Golm bei Potsdam.

Bei der Deutschen Reichsbahn (DR) wurden seit dem Ende der sechziger Jahre zunächst Fahrzeug- und etwas später Streckenausrüstungen aus aufgearbeiteten Altbeständen eingebaut. Gleichzeitig rüstete man Triebfahrzeuge mit I-60-Anlagen der Firma Siemens und später mit rumänischen Nachbauten I 60 Icret aus. Die Steuerung bei Lichtsignalen erfolgt von Anfang an über Gleismagnetsteuerrelais (zu Anfang I für Indusirelais, später PAG, punktförmige Zugbeeinflussung, Anschaltrelais, Gleismagnet) in einem Relaiskasten am Signalmast. Insbesondere bei Signalen mit Gleichstromspeisung wurden niederohmige Stromrelais in die Lampenstromkreise eingeschaltet. Bei neueren Stellwerken werden Spannungsrelais, die über zusätzliche Kabeladern von der dazugehörenden Signalgruppe gesteuert werden, eingesetzt. In der Anfangszeit wurden die PAG-Relais im Hauptrotstromkreis überwacht. Ein hängenbleibendes PAG-Relais hätte sich durch Ersatzrotanschaltung bemerkbar gemacht. Aufgrund des lastlosen Schaltens der PAG-Relais trat dieser Fall nie ein. Deshalb wurde auf diese Überwachung ab 1986 wieder verzichtet. Bei Blocksignalen des automatischen Streckenblocks ist bei ausreichend kurzem Kabelweg zwischen Blockschrank und Signal auch die Direktsteuerung aus dem Blockschrank ohne Relaiskasten am Signalmast möglich und üblich.

Zur Ablösung von Importen und wegen der notwendigen Modernisierung entwickelte der VEB Geräte- und Reglerwerk Teltow in den 1980er Jahren ein eigenes, zur vorhandenen Streckenausrüstung kompatibles, punktförmiges Zugbeeinflussungssystem mit der Bezeichnung PZ 80 und zusätzlich eigene Gleismagnete und Gleismagnethalter. Die Fahrzeugausrüstung erzeugte die benötigten Wechselspannungen wie die Geräte der Bauart Siemens mit drei einzelnen Transistorgeneratoren.

Die PZ 80 unterstützte erweiterte Funktionen zusätzlich zur originalen Indusi. So ermöglichte ein Rangierprogramm die Vorbeifahrt an haltzeigenden Signalen. Dieses Rangierprogramm überwacht gleichzeitig die Geschwindigkeit auf 40 km/h. Die Umschaltung zwischen dem der zulässigen Geschwindigkeit entsprechenden und dem Rangierprogramm war durch zwei gesonderte Tasten einfach möglich. Die Höchstgeschwindigkeit der Züge wurde nicht nur in drei Zugarten, sondern in 10-km/h-Schritten zwischen 50 und 160 km/h vorgegeben. Dabei wurde die Höchstgeschwindigkeit ab 6 km/h Überschreitung durch Zwangsbremsung gesichert, die aber – wie bei der I 60R auch – nicht bis zum Stillstand wirkte. Die Überwachung des Bremsvorganges nach einer 1000-Hz-Beeinflussung erfolgte nicht punktförmig durch die angehängte Geschwindigkeitsprüfung nach einer Zeitspanne, sondern durch eine durchgehende Bremskurve. Zusätzlich war der Permissivmodus[11] aus den Fahrdienstvorschriften der DR implementiert. In dieser Betriebsart wurden die zulässigen Geschwindigkeiten (umschaltbar tagsüber 50, nachts 15 km/h) überwacht, ohne die Grundeinstellungen für die Zugfahrt zu verändern.

Bei der Streckenausrüstung gab es Unterschiede zwischen Strecken der Deutschen Reichs- und Bundesbahn. Bei einer vorangekündigten Geschwindigkeit von 40 km/h blieb der 500-Hz-Magnet bei der DR wirksam, bei der DB nicht. Während die DB ihre Strecken kontinuierlich ausrüstete, wurde die Nachrüstung der Reichsbahnstrecken nicht so konsequent verfolgt. 1990 waren erst 75 Prozent der Hauptbahnen und 10 Prozent der Nebenbahnen mit Zugbeeinflussung ausgerüstet.[12]

Die Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) setzten Indusi das erste Mal 1963 auf der nach deutschen Vorschriften befahrenen Strecke Salzburg–Freilassing ein. Ab 1965 wurde die Westbahn ausgerüstet und heute ist Indusi praktisch flächendeckend installiert. Der Verzicht auf ein eigenes Zugbeeinflussungssystem erwies sich als vorteilhaft, da so Triebfahrzeuge aus Deutschland auch in Österreich verkehren können und umgekehrt.

Wegen der beengten Raumverhältnisse vieler österreichischer Bahnhöfe ragten die Indusi-Durchrutschwege bis in den Weichenbereich hinein, was zusätzliche Fahrstraßen­ausschlüsse bedingte und den Betriebsfluss beeinträchtigte. Um die Leistungsfähigkeit des Streckennetzes zu verbessern, verzichtet man seit den 1970er Jahren auf die Durchrutschwege und ersetzte sie durch so genannte Schutzwege, die in der Regel nur 50 Meter lang sind. Damit wurde ein wesentliches Element der Indusi-Sicherheitsphilosophie geopfert.

500-Hz-Magnete fehlen in Österreich zumeist. Stattdessen werden bei vom Bahnsteigende weit entfernten Ausfahrsignalen Signalnachahmer mit 1000-Hz-Magneten nachgerüstet, die ebenso ein Anfahren gegen Halt zeigende Ausfahrsignale verhindern helfen.[13]

Mit dem Ziel, die Sicherheit zu erhöhen, unternahmen die ÖBB Versuche mit einer aus SELCAB abgeleiteten Zugbeeinflussung. Angesichts der Entwicklung der einheitlichen Europäische Zugsicherung ETCS wurde das Projekt jedoch abgebrochen. Die Linienzugbeeinflussung LZB kommt in Österreich nur bei Geschwindigkeiten über 160 km/h zum Einsatz.

Auch bei Straßenbahnen werden punktförmig wirkende Koppelspulen zur Zugbeeinflussung eingesetzt. Wegen der hohen Bremsleistung der nach Straßenbahn-Bau- und Betriebsordnung zugelassenen Fahrzeuge kommen sie hier oft nur als Fahrsperren an Haupt- und wichtigen Fahrsignalen zur Verwendung. Sie sind etwas kleiner als die bei deutschen Eisenbahnen üblichen Magnete und meist links der linken oder rechten Schiene angeordnet.

Die Stadtbahn Tyne & Wear Metro im Nordosten Englands verwendet seit der Betriebsaufnahme im Jahr 1977 eine vereinfachte Variante der PZB. Die Verlegeweise der Magnete weicht allerdings ab, sie sind an der Innenseite der in Fahrtrichtung linken Schiene eingebaut. Es werden nur 2000-Hz-Magnete für die Zwangsbremsung beim Überfahren von haltzeigenden Hauptsignalen verwendet. Die Fahrzeuge sind mit Magnetschienenbremsen ausgerüstet und können somit aus der Höchstgeschwindigkeit von 80 km/h innerhalb des Durchrutschweges von 150 m zum Stillstand gebremst werden. Das signaltechnische Prinzip ist dabei dasselbe wie bei den zeitgesteuerten, mechanisch wirkenden Fahrsperren („Tripcock“) der London Underground, aber mit dem Vorteil der berührungslosen, induktiven Übertragung.

An besonderen Gefahrenstellen wie Stumpfgleise vor Tunnelenden sind im Gleis mehrere schaltbare 2000-Hz-Magnete hintereinander in immer kürzeren Abständen bis auf zirka 10 Meter verlegt. Der letzte Magnet vor dem Tunnelende ist dauernd wirksam. Über eine Serie von Schienenkontakten, die vom Spurkranz der führenden Achse des Zuges betätigt werden, sowie von diesen geschalteten Zeitrelais, wird die Einfahrt der Züge kontrolliert. Hält ein Zug die Bremskurve ein, werden die Magnete unmittelbar vor seiner Überfahrt unwirksam. Ist der Zug aber zu schnell, überfährt er einen der 2000-Hz-Magneten, bevor dieser kurzgeschlossen wird. Damit wird die Zwangsbremsung auslöst. Somit wird eine Kollision des Zuges mit dem Tunnelende verhindert (siehe hierzu auch U-Bahn-Unfall von Moorgate).