Induktive Zugbeeinflussung. Von Dipl.-Ing. R. Spies, Berlin-Lichterfelde. SPIES, Induktive Zugbeeinflussung. Aus den Unfallstatistiken der Eisenbahnen geht eindeutig hervor, daß durch die Unfälle infolge Ueberfahrens eines Haltsignales die größten Verluste an Menschenleben und Material entstehen. Tatsächlich endet ja auch die Kette mechanischer und elektrischer Abhängigkeiten, deren sich das Eisenbahnsicherungswesen zur Sicherstellung von Zug- und Verschiebefahrten bedient, am Signal selbst. Hier wird ein Signalbild hervorgebracht, dessen Richtigkeit in bezug auf andere Signal- und Weichenstellungen gewährleistet ist, dessen Wirksamkeit aber davon abhängt, daß es von dem Lokomotivpersonal richtig erkannt und durch entsprechende Maßnahmen befolgt wird. Gerade in dem eindeutigen Erkennen des Signalbildes unterlaufen oft trotz aller Aufmerksamkeit Fehler, z.B. bei Nacht, bei schwerem Nebel, an Punkten, wo viele Signale dicht beieinander stehen, also an Ein- und Ausfahrten großer Bahnhöfe. Textabbildung Bd. 344, S. 68 Abb. 1.Stromlaufbild der induktiven Zugbeeinflussung mit Gleichstrom (Bauart Siemens), einfachste Anordnung. Zug auf freier Strecke. Die Eisenbahnsicherungstechniker aller Länder beschäftigen sich daher schon seit Jahrzehnten mit der Frage, ob es möglich ist, den Lokomotivführer durch ein optisches oder akustisches Signal auf dem Führerstand zu warnen oder auch den Zug von der Strecke aus durch eine Bremseinrichtung selbsttätig zum Stehen zu bringen. Bei der Entwicklung solcher Zugbeeinflussungseinrichtungen hat es sich gezeigt, daß mechanische Einrichtungen, etwa mit einem vom Signal gesteuerten Streckenanschlag, der auf einen Lokomotivanschlag einwirkt, bei den in Frage kommenden hohen Fahrgeschwindigkeiten auf die Dauer nicht brauchbar sind. Die auftretenden Massenbeschleunigungen zerstören selbst noch so kräftig gehaltene Konstruktionen. Auch elektrische Einrichtungen mittels Berührungskontakten, die am oder vor dem Signal einen Stromkreis schließen sollen, haben sich nicht bewährt, da die sichere Stromabnahme bei allen Witterungslagen (Schnee!) große Schwierigkeiten macht. In den letzten Jahren sind jedoch eine Reihe von Einrichtungen entwickelt worden, bei denen die Uebertragung eines Impulses von der Strecke aus auf den fahrenden Zug durch Induktionswirkung erfolgt, und mit denen die Reichsbahn z. Zt. auf mehreren Strecken Versuche durchführt. Das Wesentliche über die Wirkungsweise dieser induktiven Zugbeeinflussung sei daher nachstehend zusammengestellt. Zunächst seien einige Bemerkungen über die Grundlagen der induktiven Zugbeeinflussung vorausgeschickt. Bekanntlich erzeugt jeder stromdurchflossene, zu einer Spule aufgewickelte Draht ein starkes magnetisches Feld, einen magnetischen Kraftfluß. Für die Beeinflussung fahrender Züge muß dieser Kraftfluß naturgemäß durch Luft verlaufen, bei Verwendung eiserner Polkerne für einen Teil des Weges auch durch Eisen. Der die Spule durchfließende Strom hängt außer von den elektrischen Verhältnissen des Spulenstromkreises selbst noch von der magnetischen Leitfähigkeit des Weges ab, den der Kraftfluß von dem einen Ende des Polkernes – dem einen Polschuh – zu dem anderen Polschuh zu durchlaufen hat. Wird die magnetische Leitfähigkeit dieses Weges erhöht oder vermindert – auf welche Weise werden wir unten sehen – so ändert sich der Spulenstrom entsprechend. Davon wird zur Signalabgabe Gebrauch gemacht. Als erste in. Deutschland gebaute Einrichtung zur induktiven Signalübertragung ist der induktive Siemens-Signalgeber von 1914 zu nennen. Bei dieser Einrichtung ist der Eisenkern an der Lokomotive über der einen Fahrschiene angebracht. Seine Wicklung wird mit Wechselstrom gespeist. Das infolge dieses Stromflusses entstehende magnetische Kraftlinienfeld schließt sich über die Fahrschiene. An den Stellen, wo eine Signalgebung erfolgen soll, also in der Nähe des Vorsignales, ist die Fahrschiene an Stelle aus gewöhnlichem, magnetisch gut leitendem Stahl für einige Meter aus unmagnetischem Nickelstahl hergestellt. Infolgedessen bietet sich dem magnetischen Kraftfluß an dieser Stelle ein erheblich größerer Widerstand, so daß der Strom in dem Lokomotivstromkreis ansteigt und einen Ausschlag des in diesen Stromkreis eingeschalteten Hitzdrahtrelais bewirkt. Dieses steuert seinerseits optische oder akustische Warnungssignale. Textabbildung Bd. 344, S. 68 Abb. 2.Einrichtung wie Abb. 1, jedoch am Haltesignal. Wir haben es hier also mit einem Vorsignalmelder zu tun, d.h. einer Einrichtung, die zwar die Annäherung an ein Streckensignal auf der Lokomotive anzeigt, nicht aber dessen Stellung. Derartige Einrichtungen zur Signalübertragung auf fahrende Züge sieht die neuere Entwicklung nicht mehr als ausreichend an, vielmehr wird die Uebertragung der Signalstellung gefordert. An sich ließe sich der erwähnte Signalmelder umgestalten, daß er dieser Forderung genügt. Z.B. könnte eine neben der unmagnetischen Nickelstahlschiene angeordnete magnetische Schiene bei Fahrtstellung des Signales neben den Schienenkopf gekippt werden, so daß in diesem Falle der magnetische Schluß des Lokomotivmagneten nicht unterbrochen wird, eine Signalgebung also unterbleibt. Hiermit würden jedoch Fehlerquellen in die Einrichtung hineingetragen, denn für mechanische Verstellung der Nebenschiene könnten bei Schnee usw. die Signaldrahtzüge überlastet werden, bei motorischem Antrieb wäre eine Stromquelle auf der Strecke erforderlich. Gerade letzteres ist bei einer wirklich betriebsbrauchbaren Zugbeeinflussung ausgeschlossen, denn man kann natürlich nicht auf jeder oft weit von der nächsten Ortschaft entfernten Blockstelle eine Energiequelle aufstellen. Die Energiequelle muß vielmehr auf dem Fahrzeug untergebracht sein. Textabbildung Bd. 344, S. 69 Abb. 3.Verlauf des Induktionsstromes. Diesen Forderungen – Uebertragung der Signalstellung, keine Energiequelle oder bewegte Teile an der Strecke – genügt die in Abb. 1 für Fahrt auf freier Strecke dargestellte induktive Signalübertragung mit Gleichstrom (Entwurf Siemens & Halske). Vom Pluspol der Batterie B fließt ein Strom in Pfeilrichtung durch die Wicklung Wl des Lokomotivmagneten Lm und weiter durch die Wicklung des Relais R zum Minuspol der Batterie. Das Relais hält also seinen Anker angezogen und die Kontakte a, b geschlossen, über die der Stromkreis eines weiteren nicht gezeichneten Relais geführt ist, das den Meldestromkreis steuert. An dem Relais R kann auch noch ein weiteres Kontaktpaar vorgesehen sein, das eine Kontrollampe schaltet und somit den ordnungsgemäßen Zustand der Anlage anzeigt. Der durch die Spule Wl erzeugte magnetische Kraftfluß ist als gestrichelte Linie Fl eingetragen. Die Lokomotiveinrichtung an einem Beeinflussungspunkt (Signal) zeigt Abb. 2, und zwar für Haltstellung. Beim Ueberfahren des Streckenmagneten Sm wird in der Wicklung Wl des Lokomotivmagneten ein Strom induziert, der gemäß Abb. 3 verläuft. Die Richtung der ersten Halbwelle A–B–C dieses Induktionsstromes ist in Abb. 2 mit Doppelpfeilen angegeben. Durch ihn wird der normale Betriebsstrom des Relais, der gemäß O–A verläuft, bis unter den Abfallstrom H des Relais geschwächt, so daß das Relais abfällt und auf der Lokomotive entsprechende Zeichen auslöst. Da der Induktionsstrom während der zweiten Halbwelle C–D–E in umgekehrter Richtung fließt, ist an dem Relais ein Selbsthaltekontakt anzuordnen, so daß das Relais nicht von selbst wieder anziehen kann. Steht das Signal S auf Fahrt, so ist die Wicklung Ws des Streckenmagneten Sm über die Kontakte s am Signal geschlossen. Bei Vorüberfahrt des Lokomotivmagneten wird jetzt ein Strom in der Wicklung Ws induziert, der seinerseits einen dem Kraftfluß Fi (Abb. 1 und 2) entgegengesetzt gerichteten Fluß erzeugt. Dieser Fluß dämpft den beim Ueberfahren des Lokomotivmagneten in dessen Wicklung entstehenden Stromanstieg derart, daß der Induktionsstrom unterhalb des Abfallwertes des Relais R bleibt. Die Lokomotiveinrichtung spricht also nicht an. Wie aus den Abb. zu ersehen ist, erfüllt die vorliegende Einrichtung den wichtigsten Grundsatz der Signaltechnik, daß nämlich eine Störung nur im Sinne der Sicherheit wirken kann. Bruch eines Kabels, Erschöpfung der Stromquelle usw. müssen bei der getroffenen Ruhestromschaltung eine Anzeige auf dem Fahrzeug hervorrufen. An bewegten Teilen an der Strecke weist die Einrichtung lediglich einen vom Signal gesteuerten Kontakt auf, der sich in durchaus betriebssicherer Weise bauen läßt. Gegenüber den Abb. 1 und 2, die nur die prinzipielle Wirkungsweise der induktiven Zugbeeinflussung mit Gleichstrom angeben, sind bei der ausgeführten Einrichtung noch eine Reihe von Abänderungen getroffen worden. Bei der dargestellten Anordnung schwächt nämlich der Induktionsstrom die Erregung des Lokomotivmagneten gerade in dem Augenblick, in dem die Verstärkung des Lokomotivkraftflusses durch den Streckenmagneten den Induktionsstromstoß und damit eine Schwächung des Relaisstromes herbeiführen soll. Man beseitigt den Einfluß dieser Rückwirkung dadurch, daß man die Wicklung des Lokomotivmagneten in zwei Wicklungen unterteilt, deren eine als Erregerwicklung dient, während die andere den Induktionsstromstoß erfährt. Durch geeignete elektrische Bemessung der Lokomotivstromkreise wird bei dieser Anordnung ein recht guter Effekt erzielt. Textabbildung Bd. 344, S. 69 Abb. 4.Prinzip der Wechselstrombeeinflussung (Baurart Lorenz). Gegenüber den Zugbeeinflussungseinrichtungen, die mit mechanischer oder elektrischer Berührung arbeiten, zeichnet sich die beschriebene, nach ihrer Erbauerin „Indusi“ genannte Einrichtung durch folgende Eigenschaften aus: 1. Vollkommene Witterungsfreiheit, 2. keine Energiequelle auf der Strecke erforderlich, 3. hohen Fahrgeschwindigkeiten gewachsen, 4. Abhängigkeit von der Signalstellung, 5. vollkommene Durchführung des in der Signaltechnik üblichen Ruhestromprinzips. In eingehenden Versuchen wurde Indusi im Herbst 1926 und im Frühjahr 1927 auf der Vorortstrecke Berlin, Potsdamer Bahnhof-Neubabelsberg erprobt. Die guten Ergebnisse entsprachen durchaus den Erwartungen und führten zu weiteren Versuchen auf der elektrischen Vorortbahn. Hermsdorf–Oranienburg. Unerwünscht ist bei den mit Gleichstrom arbeitenden induktiven Zugbeeinflussungen die Tatsache, daß der Induktionsstromstoß von der Geschwindigkeit, mit der der Zug den Streckenbeeinflussungspunkt überfährt, abhängig ist, und zwar ist er bei kleiner Fahrgeschwindigkeit entsprechend niedriger. In Abb. 3 ist der Induktionsstromstoß bei kleiner Fahrgeschwindigkeit als Linienzug A–F–C–G–E eingetragen. Wie ersichtlich, sinkt hier der Relaisstrom nicht auf oder unter den Abfallwert H, so daß das Relais angezogen bleibt. Nun sollte man meinen, daß das Ausbleiben der Beeinflussung bei niedriger Fahrgeschwindigkeit als ungefährlich anzusehen ist, da ja in diesem Fall der Zug auf kurze Bremsentfernung zum Stehen gebracht werden kann. Wie weit jedoch der Betrieb eine solche Beeinflussung als ausreichend ansehen kann, muß die Erfahrung lehren, zumal wir in den mit Wechselstromspeisung arbeitenden Zugbeeinflussungseinrichtungen von der Fahrgeschwindigkeit unabhängige Uebertragungsmöglichkeiten haben. Textabbildung Bd. 344, S. 70 Abb. 5.Prinzip der Wechselstrombeeinflussung- (Prinzip der A. E. G.) Derartige Wechselstromeinrichtungen sind außer von Siemens auch von der ABG („Induaeg“) und von C. Lorenz („Indulor“) herausgebracht worden. Im Prinzip ist diesen Systemen gemeinsam, daß sie sich des aus der Radiotechnik bekannten Schwingungskreises bedienen. Ein Schwingungskreis besteht aus einer Kapazität (Kondensator) und einer Induktivität (Spule). Wird er mit Wechselstrom gespeist, so tritt bei einer bestimmten Frequenz eine erhebliche Stromspitze auf. Man bezeichnet diesen Fall als Resonanz. Da die Stromspitze sehr steil ansteigt und abfällt, genügt eine geringe Aenderung durch den Einfluß eines an der Strecke angeordneten Schwingungskreises zur Erzielung einer großen Stromwirkung auf der Lokomotive. Wechselstromsysteme können daher mit 150 mm Abstand zwischen Lokomotiv- und Streckenmagneten arbeiten, Gleichstromsysteme höchstens mit etwa 70 mm. Die grundsätzliche Schaltung von Lorenz zeigt Abb. 4. Mit dieser Einrichtung, die in Lokomotiv- und Streckenkreis je einen Kondensator aufweist, sind z. Z. Versuche auf der Strecke Zossen-Elsterwerda im Gange, die ein recht befriedigendes Ergebnis gezeitigt haben. Auch die Zugbeeinflussung der AEG (Abb. 5) wird z. Z. im Betriebe erprobt, und zwar auf der Strecke Berlin-Magdeburg und Offenburg-Freiburg. Wie die Abb. 5 zeigt, ist bei dieser Einrichtung nur im Streckenkreis ein Kondensator vorgesehen. Entsprechend dessen Bemessung findet eine Stromerhöhung oder eine Stromerniedrigung im Lokomotivkreise statt. Man kann diese verschiedenen Wirkungen ausnutzen, um verschiedene Beeinflussungen vorzunehmen, z.B. am Vorsignal ein Warnzeichen auszulösen, am Hauptsignal die Bremse zu betätigen. Es sei noch darauf hingewiesen, daß Abb. 5 nur die grundsätzliche Anordnung der AEG-Schaltung angibt. Die tatsächliche Ausführung weicht hiervon ab durch Verwendung einer Glimmlampe als Relais und eines Differentialtransformators, um den kurzzeitigen Impuls auf der Lokomotive zu verlängern. Mit der Siemensschen Wechselstromeinrichtung wurden 1927 Versuche auf der Strecke Berlin-Neubabelsberg unternommen. Die Strecken Berlin- Hamburg und Berlin-Stettin sind z. Z. im Ausbau begriffen. Bei allen drei Systemen (Siemens, Lorenz, AEG) wird für die Erzeugung der Uebertragungsenergie ein Maschinengenerator verwendet, der von dem Lokomotivbeleuchtungs – Turbogenerator gespeist wird. Für den Betriebswechselstrom wurden folgende Frequenzen gewählt: Indusi 500 Hertz, Indulor 800 Hz, Induaeg 2500 Hz. Eine den besprochenen Wechselstrom-Einrichtungen ähnliche Zugbeeinflussung ist von Telefunken geschaffen worden („Indutel“). Sie arbeitet mit Uebertragung mittels elektromagnetischer Wellen. Als Erzeuger dient ein Röhrengenerator, die Frequenz beträgt 250000 Hz. Die Lokomotive trägt einen Sendekreis, die Strecke einen Gegenkreis aus Spule, Kondensator und Signalschalter. Versuche mit Indutel wurden 1922/24 auf der Strecke Berlin–Hannover vorgenommen. Zurzeit wird die Strecke Berlin–Halle mit Vorsignalrneldung nach diesem System ausgerüstet. Alle bisher beschriebenen Einrichtungen – mögen sie mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom arbeiten – gestatten nur eine Beeinflussung des Zuges an einzelnen längs der Strecke verteilten Beeinflussungspunkten. Sie werden daher zutreffend „Punktbeeinflussungen“ genannt im Gegensatz zu den „kontinuierlichen oder Linien-Beeinflusungen,“ die eine Ueberwachung des Zuges an jedem beliebigen Punkt der Strecke gestatten. Linienbeeinflussungen sind insbesondere in Amerika vielfach ausgeführt worden, wo zahlreiche Fernbahnstrecken mit dem selbsttätigen Streckenblock ausgerüstet sind. Bei dem selbsttätigen Streckenblock sind die Schienen durch isolierende Stöße in entsprechende von einander isolierte Blockabschnitte eingeteilt. Ist ein Blockabschnitt frei, so fließt in den Schienen ein Wechselstrom, dessen Feld in an der Lokomotive geeignet angebrachten Spulen eine Spannung erzeugt. Ein Beispiel für die Anordnung zeigt Abb. 6. Hier sind Lm die Lokomotivmagneten, die je eine Wicklung W tragen und über den Schienen angeordnet sind. Textabbildung Bd. 344, S. 70 Abb. 6.Anordnung- der Empfängerspulen bei Linienbeeinflussung. Bei dieser einfachsten Anordnung der Linien beeinflusung wird auf der Lokomotive lediglich ein Zeichen gegeben, das den Zustand des nächsten Blockabschnittes erkennen läßt. Die Linien-Beeinflussung kann jedoch auch derart ausgebildet werden, daß auf der Lokomotive der Verkehrszustand mehrerer vorausliegender Blockstrecken angezeigt wird. Möglichkeiten zur Erzielung derartiger verschiedener Anzeichen gibt es eine ganze Reihe. Besonders interessant ist folgender Vorschlag: Den Schienen wird ein Wechselstrom von 100 Hz zugeführt, und zwar wird dieser Wechselstrom wiederum entsprechend dem Verkehrszustand nach einem bestimmten Schlüssel, etwa für freie Fahrt 50mal/sek, für Warnung 25mal/sek, für Halt vollkommen unterbrochen. Auf der Lokomotive sind besondere Selektivrelais angeordnet, von denen jeweils eins bei einem der Schlüsselwerte anspricht. Selbstverständlich sind bei dieser Anordnung, wie bei allen Linienbeeinflussungen, Verstärker vorzusehen, die den schwachen Stromimpuls auf zur Relaisbetätigung ausreichende Werte verstärken. Meist wird in Amerika die Linienbeeinflussung mit einer Geschwindigkeitsüberwachung verbunden, so daß dem Zug stets eine von dem Zustand der vorausliegenden Blockstrecken abhängige Höchstgeschwindigkeit vorgeschrieben wird. Dadurch hofft man, eine wesentliche Steigerung der Zugdichte erzielen zu können. Diese Einrichtungen gehen also weiter, als die in Deutschland z. Z. entwickelten Punktbeeinflussungen, die lediglich ein Ueberfahren des Haltsignales verhindern sollen. Doch wird auch durch die Punktbeeinflussungen die Sicherheit des Eisenbahnverkehrs wesentlich erhöht werden. In welcher Weise man den auf das Fahrzeug übertragenen Impuls ausnutzen wird, ob man lediglich ein Warnzeichen gibt oder eine Bremsung vornimmt, ob im letzteren Falle Betriebs- oder Schnellbremse zu wählen ist und an welchem Punkt der Strecke – am Vorsignal oder an welchem Punkte zwischen Vor- und Hauptsignal – sind bisher noch nicht erschöpfend geklärte Fragen. Zunächst ist die Uebertragung des Impulses auf das Fahrzeug so durchzugestalten, daß eine Betriebssicherheit der Uebertragung von möglichst 100 % erzielt wird, d.h. Versager ausgeschlossen sind. Für die Auswertung des Impulses werden sich sodann geeignete Anordnungen finden lassen.