Von Stellwerken und anderen Maschinen ...

Montag, 18. November 2013

Epping-Ongar Railway, 2013 - Stellwerk in North Weald

English version of this posting

In diesem und ein paar weiteren Postings will ich Bilder unseres Englandurlaubs 2013 zeigen – natürlich vor allem Signale und Stellwerke, aber auch zu anderen Eisenbahnthemen.

Über das signalbox.org-Forum hatte ich eine ganze Liste von Besuchszielen in der Nähe unseres Aufenthalts im Norden von London bekommen, wo ich dann überall auch nette und sachverständige Leute fand, die sich auch für Stellwerke interessieren. Im folgenden zeigen ich nicht nur Bilder, sondern versuche auch die englischen Sicherungsanlagen und ihre Konzepte zu erklären. Da ich aber dort noch weniger Fachmann bin als in Mitteleuropa, bitte ich eventuelle Fehler zu verzeihen (und mir im Fall des Falles eine Korrektur zu schicken).

Als erstes habe ich die Epping-Ongar Railway knapp nördlich von London besucht.

Hier sieht man das Stellwerk in North Weald, das gegenüber dem Bahnhofsgebäude am Bahnsteig 1 steht:

Stellwerk, North Weald, 19.8.2013

Im Stellwerk steht eine Saxby&Farmer-Anlage in leuchtenden Farben.

Der Verschubsignal-Hebel 17 hat eine interessante Beschriftung: Wenn man dieses Signal Richtung durchgehendes Hauptgleis freistellt, dann muss die Weiche 14 umgestellt sein, während für eine Verschubfahrt zu den Abstellgleisen die Weiche 16 umgestellt sein muss. Für eine Fahrt ins Ausweichgleis jedoch können alle Weichenhebel in der Grundstellung stehen, was mit dem (ursprünglich lateinischen Wort) "nil" beschrieben ist.

Vielleicht sind hier einige Anmerkungen zu englischen Sicherungsanlagen angebracht: In England und anderen angelsächischen Ländern wurden auch Verschubfahrten immer schon signalgesichert abgewickelt – eigentlich gibt es gar keinen prinzipiellen Unterschied zwischen Zug- und Verschubfahrten, und daher auch keinen zwischen Haupt- und Verschubsignalen. Die "Kaskadenlogik" hat bei englischen Stellwerken schon um 1860 dazu geführt, dass auch die Signale für Fahrten im Bahnhof – was bei uns Verschubsignale wären – in Abhängigkeit zu den notwendigen Weichen stehen. Daher hat auch dieses kleine Stellwerk einerseits vier Weichenhebel (und einen vierten für die Freigabe einer ortsbedienten Weiche), andererseits aber 13 Signalhebel! Einige weitere Grundlagen englischer Anlagen werde ich in weiteren Postings beschreiben – für einen wirklichen Überblick muss man sich aber in die entsprechende Literatur einlesen.

Wie üblich sind die Hebel für Lichtsignale gegenüber denen für Formsignale etwas gekürzt. Allerdings hat North Weald auch elektrische Weichenantriebe (elektro-hydraulisch, wenn ich das richtig gesehen habe), die entsprechenden Hebel haben aber die langen Hebelgriffe behalten, was sehr unüblich ist:

Hebelbank, oben Signalanzeigen, North Weald, 19.8.2013

Hier ist der Beweis, dass es sich um eine Saxby&Farmer-Anlage handelt:

Hebelbankdetail, North Weald, 19.8.2013

Die Anzeigetafel zeigt die Gleisanlage des Bahnhofs. Das Verschubsignal 17 ("up calling signal") ist unterhalb des inneren Einfahrsignals 20 ("up inner home") angebracht, am Ende des Gleisstromkreises "LN". Die Besetztanzeige des Ausweichgleises ("loop") zeigt an, dass dieses Gleis besetzt ist, wie auch das Stumpfgleis ("bay") beim Bahnsteig 3. Dort steht die Dampflok 4141, die sich vor den Zug im Ausweichgleis setzen soll und dafür im Zickzack durch den Bahnhof fahren wird:

Anzeigetafel, North Weald, 19.8.2013

Kurz später setzt sich die 4141 in Bewegung. Die Weichen 5a und 5b werden mit dem Hebel 5 umgestellt und das innere Ausfahrsignal des Stumpfgleises ("up bay starter" – es entspricht grob einem deutschen Sperrsignal oder einem österreichischen Schutzsignal) wird freigestellt:

Hebelbank, North Weald, 19.8.2013

Auf der Ostseite des Bahnhofs ist die Weiche 14 schon für die Durchfahrt am Hauptgleis umgestellt.

Im Gegensatz zu mitteleuropäischen Anlagen ist die Grundstellung der Weichen in einem englischen Bahnhof mit Ausweichgleis immer so, dass das jeweils linke Gleis erreicht wird. Auch auf eingleisigen Strecken sind also die zwei Gleise und ihre Außenbahnsteige (Inselbahnsteige kommen praktisch nicht vor) einer Richtung zugeordnet. Sie haben daher die Bezeichnungen "up" und "down" für die Fahrtrichtungen zugeordnet, wie hier "up loop" und "down main". "Up" ist dabei immer die Richtung nach London, "down" von London weg.

Hebelbank, North Weald, 19.8.2013

Auf der Ostseite bewegt sich aber noch nichts:

Blick aus dem Stellwerk nach Osten, North Weald, 19.8.2013

Über die Dächer der Wagen sieht man aber das freistehende Signal und eine kleine Dampfwolke, wo sich die 4141 in Bewegung setzt:

4141 bewegt sich, North Weald, 19.8.2013

Kurz später schließen ihre Achsen den Gleisstromkreis DN am durchgehenden Gleis kurz, und die entsprechenden Lampen auf der Anzeigetafel leuchten auf (im Stumpfgleis steht ein Wagen, sodass die Anzeige dort nicht ausgeht).

Englische Sicherungsanlagen, auch rein mechanische, haben schon sehr früh Besetztanzeigen über Gleisstromkreise erhalten. Dazu beigetragen haben unter anderem die häufigen Mittelstellwerke, dann der oft auftretende Nebel (es gibt sogar eigene "fog repeater" = "Signalwiederholer für Nebel"!), darüberhinaus aber auch der extrem dichte Verkehr auf den Bahnen um London.

4141 fährt aufs Streckengleis, North Weald, 19.8.2013

Auf der gegenüberliegenden Seite steht das Signal am durchgehenden Gleis ("down main starter") schon auf Frei. Sein Stelldraht ist etwas zu lang gelassen, so dass der Arm etwas zögerlich die Freistellung anzeigt:

"Down main starter" steht auf Frei für 4141, North Weald, 19.8.2013

Und hier rollt die 4141 das Hauptgleis herunter:

4141 ist unterwegs, North Weald, 19.8.2013

Kurz darauf hat sie die Weiche 14 erreicht und den Gleisstromkreis KN belegt:

4141 belegt KN, North Weald, 19.8.2013

Der Stellwerker muss allerdings warten, bis die Lok hinter dem Verschubsignal 17 ("up calling signal") steht, bevor er die Weiche umstellen kann – jetzt ist es soweit:

4141 belegt LN, Weiche 14 kann in die Grundstellung gestellt werden, North Weald, 19.8.2013

Signal 17 kann nun ins Ausweichgleis freigestellt werden:

Und kurz darauf setzt sich die 4141 vor ihren Zug:

4141 an ihrem Zug, North Weald, 19.8.2013

Im Stellwerk durfte ich einen Blick unter die Bodenbretter werfen. Unter den Abdeckungen befinden sich die Schieberkästen ("locking beds") – hier sind zwei vorhanden, den oberen sieht man nur ein wenig unter den Brettern hervorstehen. Zwei Hebel sind umgestellt, und ihre Verschlusseisen ("tappets") sind durch die Verschlusskästen durchgeschoben:

Hebelbank und Schieberkästen, North Weald, 19.8.2013

Hier sieht man die zwei Verschlusseisen des umgestellten Weichenhebels 14. Im unteren Eisen ist deutlich ein Ausschnitt zu erkennen, aber die Geheimnisse der Verschlussmechanik sind im Verschlusskasten verborgen. Ein paar Postings weiter werde ich ein wenig erklären, wie diese Mechanik funktioniert:

Umgestellter Weichenhebel und Verschlusseisen, North Weald, 19.8.2013

Hier sieht man noch einmal die beiden Verschlusseisen. Das obere besteht offenbar aus zwei Teilen. Der Grund dafür ist vermutlich eine Logik, die der österreichischen "Nachtsperre" entspricht, d.h. die Möglichkeit, Weichen und Signale für das durchgehende Hauptgleis zu verschließen und dadurch das Stellwerk in verkehrsschwachen Zeiten außer Betrieb zu nehmen – sicher bin ich mir hier aber nicht. Ganz oben im Bild sieht man einige Relais für die Steuerung der Weichenantriebe und der Lichtsignale:

Verschlusskasten, North Weald, 19.8.2013

Hier sieht man die Verschlusseisen des umgestellten Hebels 21, mit einer größeren Anzahl von Ausschnitten. Das deutet darauf hin, dass es sich hier um einen Signalhebel handelt, der in der Haltstellung von mehreren anderen Hebeln verschlossen wird. Ein Blick auf den Gleisplan (oder die Beschriftung am Hebel) bestätigt das: Dies ist der Hebel des Einfahrsignals ("up outer home"), das hier für einen Zug aus Ongar freigestellt ist:

Verschlusseisen des Hebels 21, North Weald, 19.8.2013

Und hier kommt der dieselbespannte Zug. Ein Stellwerker ist zum Übergang marschiert, um dort den "Staff" (tatsächlich einen Schlüssel für ein Signalschloss) entgegenzunehmen – in der Führerstandstür der Diesellok sieht man den Lokführer stehen. An der 4141 werden derweil Lager der Stephensonsteuerung geölt:

Staff-Übergabe und Ölen, North Weald, 19.8.2013

Kurz darauf bringt der Stellwerker den "Staff" zum Stellwerk:

Der "Staff" wird gebracht, North Weald, 19.8.2013

Hier sieht man den "Königshebel" ("king lever"). Er wird für die oben erwähnte Nachtsperre verwendet, indem in zwei Schritten Weichen und Signale für das durchgehende Gleis gestellt und verschlossen werden (vielleicht finde ich einmal Zeit, das genauer zu erklären):

"King lever" und ein paar weitere Hebel, North Weald, 19.8.2013

Die Epping-Ongar-Railway besitzt ein paar Tyer-Blockinstrumente, die in den Stellwerken aufgestellt sind. Allerdings sind sie noch nicht in Betrieb, stattdessen wird der oben gezeigten Schlüssel verwendet. Das schränkt allerdings die Verschubmöglichkeiten in Ongar ziemlich stark ein, weil dort einige Weichen und Signale nur bei vorhandenem Staff entsperrt werden können. Daher ist geplant, die Tyer-Instrumente in Betrieb zu nehmen:

Tyer-Blockinstrument, North Weald, 19.8.2013

Eine genaue Uhr ist auch notwendig für den Bahnbetrieb. In North Weald hängt diese Acht-Tages-Uhr mit Federaufzug:

Uhr, North Weald, 19.8.2013

In North Weald steht eine schön sichtbare Fußgängerüberführung über die beiden Hauptgleise – allerdings ist sie noch nicht mit Stiegen und Böden versehen! Daher müssen die Fußgänger den schienengleichen Übergang benützen, der neben zwei kleinen Toren auch große Tore für Wagen hat. Weil diese Tore in den Lichtraum der Gleise schwingen, müssen sie verschlossen sein, wenn Signale freigestellt werden. Hier sieht man die dafür nötigen Schlösser, die mit den Hebeln elektrisch verriegelt sind:

Übergangsschlösse und Signalanzeiger, North Weald, 19.8.2013

Zuletzt gibt es am Stellwerk auch noch ein Höhendiagramm der ganzen Linie, das diese neumodischen "Kilometer" verwendet und nicht, wie sich das für eine richtige englische Eisenbahn gehört, Meilen und "chains" (eine "chain" ist ca. 20 Meter). Man sieht, dass der Bahnhof in North Weald das einzige waagrechte Stück der ganzen Strecke ist!

Höhenprofil, North Weald, 19.8.2013

Soweit einmal ein erstes von drei Postings über die EOR. Zwei weitere werden bald folgen!

Dienstag, 24. September 2013

Die Funktionsweise des österreichischen Regelstellwerks 5007 - Blockfelder, Weichenhebel und allgemeine Verschlusslogik

English version of this posting

In diesem zweiten Animationsposting will ich zeigen, welche Abläufe sich prinzipiell im Rahmen der Bahnhofsblockung im Inneren von Regelstellwerken der Bauart 5007 und den zugehörigen Befehlswerken abspielen.

Dabei habe ich die Funktionsweise der Blockfelder und der diversen Sperreinrichtungen radikal vereinfacht. Manche Teile, wie etwa die elektrischen Schaltungen oder die doppelte Sperre des Signals, habe ich überhaupt weggelassen – vielleicht komme ich irgendwann dazu, solche Teile realitätsnäher zu erklären.
Die grundsätzliche Funktionsweise, insbesondere wichtige sicherheitstechnische Details, habe ich im Bereich der "Innenanlagen" von Fahrdienstleitung und Stellwerk aber überall erhalten, nur bei den Außenanlagen habe ich gespart – es fehlt u.a. die Drahtbruchsicherung des Signals und der Spitzenverschluss der Weiche.

Wir sehen uns für das Verständnis des Innenlebens wieder die sechs Schritte aus dem letzten Posting an, diesmal lassen wir die Animationen allerdings mit abgehobenen Abdeckplatten ablaufen.

4.1. Fahrdienstleitung: Befehlsabgabe

Wieder legt der Fahrdienstleiter die Knagge für die Fahrstraße um und blockt zuerst das Ba-Feld – zugleich wird am Stellwerk das Be-Feld entblockt –, anschließend löst er den Gleisanzeiger aus:

Zwei Vorgänge schauen wir uns hier genauer an: Zuerst das Blocken des Ba-Feldes, dann das Entblocken des Be-Feldes.

Ich weise noch einmal darauf hin, dass Blockfelder in Wirklichkeit um einiges komplizierter aufgebaut sind als in meiner einfachen Animation. Im wesentlichen funktionieren sie aber schon sehr ähnlich zu dem, was ich hier zeige. Wer's ganz genau wissen will, muss sich in entsprechende Fachbücher eingraben. Eine frühe Darstellung findet man in Rölls Enzyklopädie des Eisenbahnwesens unter "Blockeinrichtungen".

Ein Blockfeld besteht aus einem

Rechen mit aufgeschraubten Farbblenden, der durch den
Anker einer Hemmung am Verdrehen gehindert wird, indem einer der zwei Zacken des Ankers in die Zahnung des Rechens greift.

Wenn der Anker allerdings durch die zwei Elektromagneten hin- und herbewegt wird, dann kann sich der Rechen Zahn um Zahn stückchenweise verdrehen. Beim Blocken dreht er sich allein aufgrund seines Gewichts nach unten. Allerdings wird er normalerweise nach oben gehalten, indem der

Triebstift des Rechens auf dem
Rechenführer an der Riegelstange aufliegt.

Damit der Rechen nach unten fallen kann, muss daher die Riegelstange nach unten gedrückt werden, was mittelbar über die Druckstange erfolgt, die der Fahrdienstleiter während des Blockens über die daran befestigte Blocktaste niederdrückt. Das folgende Diagramm zeigt diese Teile des Blockfeldes:

Am Ende des Blockens ist der Rechen nach unten gewandert. Weil er sich wegen des eingreifenden Ankers nicht zurückdrehen kann, hält er nun seinerseits über den Triebstift die Riegelstange gegen die Spannung der Riegelstangenfeder nach unten – dadurch kann die Riegelstange nun Sperraufgaben erfüllen. In unserem Fall legt sie in ihrer unteren Stellung den Fahrstraßenschieber fest. Hier sieht man dieses Spiel als Animation:

Zugleich mit dem Blocken des Ba-Feldes wird das Be-Feld entblockt. Auch dort drückt die Riegelstangenfeder die Riegelstange nach oben. Wenn der Anker nun zu pendeln beginnt, hebt die Riegelstange mittels des Rechenführers über den Triebstift nun den Rechen an. Damit wird die Sperre, die die Riegelstange vorher bewirkt hat, aufgehoben:

Zwei miteinander verbundene (sogenannte korrespondierende) Blockfelder können also eine Sperrinformation zwischen zwei entfernten Punkten sicher austauschen. Aber wozu überhaupt diese komplexe elektromechanische Lösung für die Übertragung eines einzigen Bits an Information?

Der Grund für diese aufwendige Lösung ist, dass sicherheitsrelevante Informationen eben extrem sicher und von Störungen unbeeinflusst übertragen werden müssen. Und die "langwierige" Übertragung von mehreren Impulsen für das "Umschalten" des einen Bits macht diese Übertragung extrem störsicher. Einzelne elektrische Impulse, etwa durch Störströme in Gleisen oder sogar von Blitzeinschlägen, lassen den Rechen im Blockfeld maximal um einen Zahn weiterspringen – viel zu wenig, um einen Verschluss aufzuheben. Damit kann die Übertragung von Information ohne zusätzlichen "Prüfkanal" erfolgen (wie das etwa bei den englischen Gleichstrom-Blockinstrumenten nötig ist, wo eine Änderung des Zustandes immer durch eine vorherige Kommunikation der Blockwärter angekündigt und abgesichert wird).

Allerdings glaube ich nicht, dass die Entscheidungen für die jeweiligen Lösungen in England und Deutschland so "rational" fielen, denn direkt angeführte Gründe für die verschiedene technische Entwicklung in England und Deutschland/Österreich habe ich nicht gefunden. 1912 steht in Röll's "Enzyklopädie des Eisenbahnwesens" unter dem Stichwort "Blockeinrichtungen" apodiktisch:

Bei Beurteilung der Verläßlichkeit einer elektrischen B. ist vor allem zu berücksichtigen, daß die Verwendung von Wechselströmen jener der Gleichströme (Batterieströme) unbedingt vorzuziehen ist, da eine Einwirkung der atmosphärischen Elektrizität (Blitzschläge) auf die Apparate ausgeschlossen ist.

Trotz dieser Aussage werden danach die englischen und französischen Blockeinrichtungen, die alle Gleichstrom verwenden, mehr oder weniger detailliert beschrieben (Hodgson (Saxby&Farmer), Sykes, Lartigue, Regnault, Tyer, PLM und schließlich Sarroste und Loppé).

Umgekehrt waren auch Siemens'schen Blockfelder – erfunden von Carl Frischen in Berlin im Jahr 1871 für die Streckenblocksicherung – in England nicht unbekannt: In seinem Buch "The Application of Electricity to Railway Working" von 1877 beschreibt William Edward Langdon sie unter dem Titel "Siemens's System" auf zehn Seiten.

Nachdem ich Langdons Buch und Rölls Beschreibung etwas genauer studiert habe, meine ich, dass sich die Geschichte etwa so abgespielt haben könnte:

In den 1840ern und 1850ern spielte sich die Entwicklung elektrischer Blockanlagen praktisch nur in England ab. Bei diesen ersten Anlagen wurden bedenkenlose kurz eingeschaltete Gleichströme für die Besetzt- und Freianzeige von Blockstrecken verwendet.
Während der 1860er machte man die Erfahrung, dass solche Anlagen nicht ohne Risiko war: Atmosphärische elektrische Aufladungen konnten Ströme verursachen, die genügten, um magnetisierte Telegraphennadeln auszulenken; und bei Blitzschlägen konnte gar eine Ummagnetisierung erfolgen, sodass Instrumente dauerhaft "frei" statt "besetzt" anzeigten. Daher wurde aktiv nach Verbesserungen gesucht, unter anderem: (a) Gefährliche Zustände sollten nur mehr durch polarisierte Dauerströme übertragen werden; (b) vielfach stärkere Dauermagneten sollten eine Ummagnetisierung verhindern; (c) bei Zustandsänderungen ohne Dauerstrom sollte Wechselstrom statt Gleichstrom verwendet werden. Die Lösungen (a) und (b) waren die "englische Version", (c) – zusammen mit (b) – die von Frischen realisierte "deutsche Version".
Zusätzliche Faktoren waren die Stromversorgung (Gleichstrom wurde durch Batterien geliefert, die aber – weil ein flächendeckendes Stromnetz ja noch vollkommen fehlte – ganz ausgetauscht werden mussten, oder zumindest mussten Elektroden und Säure ersetzt werden; Wechselstrom musste mit relativ aufwendigen Induktoren manuell erzeugt werden, dafür mussten keine Verbrauchsmaterialien nachgeliefert werden) und die Anzahl der nötigen Leitungen (Drahtleitungen waren am Anfang enorm teuer, daher wurden alle Stromkreise mit Erdung betrieben – diese Praxis wurde spätestens mit den ersten elektrischen Bahnen um 1900 zu risikoreich).
Um etwa 1875 waren die grundlegende Probleme dann aber gelöst, und – so scheint es mir – die Anwendung der Elektrizität im Eisenbahnbetrieb wurde in neuen Gebieten untersucht, allen voran der elektrischen Traktion und elektrischen Stellwerken. Da die experimentelle Zeit vorbei war, wurden die vorhandenen Lösungen (Batteriestrom in England, Induktorstrom mit Blockfeldern in Deutschland) zu Standards erklärt, die nicht mehr verlassen wurden, sondern nur für große Anlagen und weitere Funktionen weiterentwickelt.

So oder ähnlich könnte sich diese "Trennung der Stromarten" abgespielt haben – wenn jemand hier weitere Unterlagen und Informationen hat, bin ich für entsprechende Hinweise immer dankbar!

Aber nun kehre ich zurück zu den Details der Bahnhofsblockung!

4.2. Stellwerk: Fahrstraße und Signal stellen

Nach dem Befehlsempfang am Stellwerk stellt dort der Stellwerker nun die Weichen in die richtige Stellung (und verriegelt sie, wo nötig), verschließt die Fahrstraße mechanisch über die Fahrstraßenknagge und legt die Fahrstraße dann durch Blocken des Fahrstraßefestlegefeldes elektrisch fest. Daraufhin kann er das passende Signal freistellen:

Wir sehen uns hier genauer zuerst das Umstellen der Weiche an. Die folgende Animation zeigt, dass die Handfalle den Hebel an der Hebelbank ausklinkt, wonach er sich umstellen lässt. Nach dem Umstellen lässt man die Handfalle wieder aus, und der Hebel klinkt wieder ein. Das Ziehen und Auslassen der Handfalle bewirkt aber auch jeweils, dass der Verbindungshebel, der zur Verschlussmechanik führt, gekippt wird. Weil der Weichenhebel aber zwischen Ziehen und Auslassen der Handfalle um ca. 180° umgestellt wird, addieren sich diese beiden Kippbewegungen gleichsinnig, sodass die ganz oben sichtbare Verschlussklinke im Schieberkasten in eine andere Stellung bewegt wird und daher an Verschlussaufgaben teilnehmen kann:

Man sieht auch, dass die Handfalle nicht direkt mit der Verschlussmechanik verbunden ist, sondern über eine Feder. Wieso ist das nötig?

Die folgende Animation zeigt, dass bei einer verschlossenen Weiche, also wenn der Fahrstraßenschieber verschoben ist, sich die Verschlussklinke im Schieberkasten nicht mehr vollständig nach unten bewegen kann – sie läuft am Schieber an. Dadurch bleibt der Weichenhebel eingeklinkt und kann nicht umgestellt werden. Die Handfalle kann dennoch vollständig gezogen werden, denn über die Feder wird die Mechanik im Inneren des Verschlusskasten vor zu großen Kräften geschützt. Wäre die Handfalle direkt mit der Verschlussmechanik verbunden, könnte ein ungestümer Stellwerker bei einer verschlossenen Weiche mit Gewalt an der Handfalle ziehen und womöglich Teile der Verschlussmechanik verbiegen, eventuell sogar den Verschluss überwinden und die Weiche umstellen – alles das muss zuverlässig verhindert werden.

Tatsächlich ist diese Feder eigentlich im Inneren des Hebels verborgen und ist (wohl) eine Druckfeder. Ein Signalmeister hat mit mir verzweifelt diese Feder an einem Hebel gesucht – wir haben sie nirgends gesehen ... Die Federn, die man an Hebeln außen sieht, sind die Rückholfedern der Handfalle, die in meiner Animation fehlen.

Nach dem Stellen und dem Verschließen erfolgt die Fahrstraßenfestlegung. Hier sieht man, wie dafür der Induktor angetrieben wird, der bei voller Drehzahl eine Wechselspannung von ca. 70 bis 90 Volt abgibt. Dieselbe Betätigung hat natürlich schon beim Blocken des Ba-Feldes der Fahrdienstleiter ausgeführt:

Und hier sieht man, wie ein Fahrstraßenfestlegefeld geblockt wird – die Taste ist schon niedergedrückt, wenn das Video beginnt:

Für Fachleute: Das ist eigentlich ein Gleichstrom-Wechselstromfeld eines Mittelstellwerks; eine Aufnahme eines Wechselstrom-Fahrstraßenfestlegefeldes habe ich leider nicht.

4.3. Zugfahrt

Bei der Zugfahrt löst der Zug die Tastensperre aus. Die Auslösung erfolgt im Gegensatz zum Blocken mit Gleichstrom (aus einer Batterie), daher werden diese Blockfelder auch als Gleichstrom-Wechselstromfelder bezeichnet. Für die Auslösung ist ein eigener Magnet vorgesehen:

Hier sieht man ein solches Feld im ausgebauten Zustand. Vorne ist der Rechen erkennbar, auf dem hier noch keine schwarz-weiße Blende aufgeschraubt ist. Hinter dem Anker sieht man die beiden ölpapierumwickelten Anker-Magnete nach hinten stehen (das Bild des auf einem Tisch liegenden Blockfelds ist um 90° gedreht):

Das folgende Bild zeigt oben noch einmal die beiden Ankermagnete (einer ist direkt hinter Ankerwelle), darunter sieht man die beiden größeren Gleichstrom-Auslösemagnete:

4.4. Stellwerk: Signal zurückstellen

Im Tastensperrfeld kann sich nach der Auslösung durch den Zug die Druckstange nach unten bewegen, woran sie bisher durch die schräg stehende Sperre gehindert wurde. Der Stellwerker kann daher nun über die gemeinsame Taste das Be-Feld blocken; zugleich wird das Ts-Feld wieder in seine Sperrstellung geblockt. In der Fahrdienstleitung läuft zugleich das Ba-Feld in die entblockte Stellung und gibt damit dort den Fahrstraßenschieber frei.

Im Gegensatz etwa zu deutschen Einheitsstellwerken gibt es übrigens bei der Bauart 5007 keine mechanische Wiederholungssperre: Solange das Be-Feld nicht zurückgeblockt ist, kann ein Formsignal prinzipiell beliebig oft auf Halt und Frei gestellt werden (bei Ergänzung mit einer Flügelkupplung kann allerdings eine elektrische Wiederholungssperre vorgesehen werden).

4.5. Fahrdienstleitung: Fahrstraße auflösen

Durch Blocken des Fa-Feldes löst der Fahrdienstleiter die Fahrstraße am Stellwerk auf. In echten 5007ern wird dadurch der Fahrstraßenschieber im Befehlswerk ein zweites Mal entriegelt (in meiner Animation fehlt diese doppelte Verriegelung), sodass nun (erst) der Fahrdienstleiter die Knagge zurücklegen und andere, feindliche Fahrstraßen einlegen kann.

Am Stellwerk springt durch das Entblocken des Ff-Feldes dessen Riegelstange nach oben und gibt den entsprechenden Fahrstraßenschieber wieder frei:

4.6. Stellwerk: Weichen in Grundstellung bringen

Der elektrische Verschluss der Fahrstraßenschiebers ist aufgehoben, daher kann er nun wieder in die Grundstellung bewegt werden. Nun können auch alle Hebel, die bisher unter Verschluss lagen und die deshalb nicht ausgeklinkt werden konnten (siehe die Animation unter Schritt 4.2), wieder frei gestellt werden. Wenn nichts anderes nötig ist, stellt der Stellwerker nun alle Weichen in die Grundstellung und kann sich dann entspannt zurücklehnen und auf den nächsten Befehl warten:

Das war der Regelablauf einer Zugfahrt in einem 5007er-Stellwerk. Diese Beschreibung könnte nun in viele Richtungen erweitert werden:

Wo und wie erfolgen die verschiedenen Sperrungen nicht erlaubter Handlungen?
Welche Arten von Störungen können auftreten, und welche konstruktiven Details sind zu ihrer Vermeidung oder Behandlung nötig?
Wie sehen andere Stellwerksanordnungen aus – allen voran die häufigen Mittelstellwerke?
Wie sehen weitere technische Details aus – etwa Schieberkästen für mehr als eine Fahrstraße, auffahrbare Weichenhebel, elektrische Schaltungen.
Wie funktioniert ein Felderstreckenblock, und wie wirkt er mit der Bahnhofsblockung zusammen?
... und vermutlich vieles mehr.

Wenn jemand Interesse an einem dieser Punkte hat, kann er oder sie mir gerne eine Nachricht zukommen lassen – vielleicht finde ich ja Zeit, ein paar weitere Texte und Animationen zusammenzubasteln!

Mittwoch, 18. September 2013

Die Funktionsweise des österreichischen Regelstellwerks 5007

Extended English version of this posting

Ich will hier endlich einmal in ein paar Postings die prinzipielle Funktionsweise und Bedienung des österreichischen Regelstellwerks erklären. Im Unterschied zu vorhandenen Erklärungen, insbesondere auch in Büchern, möchte ich hier die Möglichkeiten des Internets ausnützen: Animationen und kurze Filmsequenzen sollen die Erklärungen anschaulich machen.

Diese etwas größeren Animationen sind mein erster Versuch in diesem Metier. Obwohl ich nun schon über zwei Monate daran arbeite, bin ich noch nicht durchgängig zufrieden – insbesondere die "Kameraführung" ist momentan noch statisch: Da könnte man mehr draus machen. Wenn jemand fachkundige oder auch "einfach so" Anregungen oder Anmerkungen hat, bitte ich um Nachricht!

In diesen Postings will ich das Regelstellwerk aus Sicht der Bediener, also der Fahrdienstleiter und Stellwerker erklären. Wie das 5007er-Stellwerk "innen drin" funktioniert, also insbesondere die echte Mechanik des Schieberkastens und die nötigen elektrischen Schaltungen, werde ich hier nicht im Detail vorstellen. Allerdings werde ich trotzdem Bilder und Animationen einer Mechanik zeigen, die die inneren Zusammenhänge erklärt – anders kann man meiner Meinung nach ein Stellwerk nicht verstehen. Nur ist das, was ich zeige, gegenüber der Realität enorm vereinfacht, weil sonst diese Teile wieder beliebig erklärungsbedürftig wären (vielleicht finde ich allerdings später einmal Zeit für tiefergehende Beschreibungen).

Hier ist, als Vorgeschmack, ein Überblicksdiagramm dieser Mechanik, deren Details ich später erkläre.

In den Erklärungen gehe ich von der regulären alten österreichischen Anordnung aus, nämlich einer Fahrdienstleitung mit Befehlswerk in der Mitte des Bahnhofs und zwei Endstellwerken. Andere Anordnungen – z.B. Mittelstellwerke, weitere Stellwerke oder auch das Zusammenwirken mehrerer Fahrdienstleitungen – erkläre ich vielleicht irgendwann in getrennten Postings. Als Signale nehmen wir zuerst Formsignale an. Auf die Streckenblockung gehe ich momentan gar nicht ein, d.h. ich nehme an, dass der beschriebene Bahnhof an einer Strecke ohne Streckenblock liegt.

Meine Erklärung wird so vor sich gehen, dass ich den Ablauf einer Zugfahrt ungefähr viermal erkläre und dabei immer weiter auf technische Details eingehe. Betriebliche Regelungen werde ich kaum erwähnen, erstens weil ich mich damit kaum auskenne, zweitens um die Sache nicht noch komplizierter zu machen ...

1. Der Ablauf einer Zugfahrt in Kürze

Bei einer Zugfahrt durch einen Bahnhof spielt sich Folgendes ab:

Drei bis fünf Minuten vor der voraussichtlichen Ankunftszeit gibt der Fahrdienstleiter über das Befehlswerk den beiden Stellwerken die Befehle für Ausfahrt und Einfahrt. Dabei werden die Stellwerker auch über das zu befahrende Gleis informiert.
Jeder der Stellwerker stellt daraufhin die Weichen passend, verschließt dann die Weichen mechanisch und elektrisch (der elektrische Verschluss wird Fahrstraßenfestlegung genannt) und kann nun sein Signal auf Frei stellen (Ausfahrsignal im Stellwerk auf der Ausfahrseite, Einfahrsignal und Einfahrvorsignal im Stellwerk auf der Einfahrseite). Durch den Verschluss der Weichen wird die gesetzlich geforderte Signalabhängigkeit erreicht.
Wenn der Zug vorbeifährt, löst er über einen elektrischen Kontakt eine so genannte "Tastensperre" aus.
Jeder Stellwerker beobachtet, ob der Zug ein Zugschlusssignal am letzten Wagen hat und daher vollständig die Strecke geräumt hat. Daraufhin stellt er das Signal wieder auf Halt und gibt über den Blockapparat den Befehl zurück (was nur möglich ist, wenn die Tastensperre ausgelöst hat).
Der Fahrdienstleiter löst daraufhin die Fahrstraßen auf, und auf den Stellwerken können die Weichen nun wieder frei gestellt werden – um Verschub durchzuführen oder Fahrstraßen für andere Zugfahrten zu stellen.

2. Funktionsgruppen

Die folgenden Bilder zeigen die nötigen Anlagen für diesen Vorgang.

Am Befehlswerk in der Fahrdienstleitung sind drei Funktionsgruppen nötig:

Fahrstraßenknaggen (offiziell "Knebel" genannt) zur Auswahl des zu befahrenden Gleises im Schritt 1 des obigen Ablaufes.
Der Blockapparat zur Abgabe von Befehlen (Schritt 1) und zur Fahrstraßenauflösung (Schrit 5).
Eine Gleisanzeiger-Taste im Blockaufbau, die die Information über das zu befahrende Gleis am Stellwerk sichtbar macht (Schritt 1).

Am nächsten Bild sieht man einen Fahrdienstleiter bei der Befehlsabgabe (Schritt 1) im Bahnhof Ziersdorf, mit Kennzeichnungen dieser Anlagenteile. Das Originalbild dazu befindet sich in diesem Posting. Die Beschriftung der Blockfelder bedeutet dabei:

Ba = Befehlsabgabe
Fa = Fahrstraßenauflösung

Diese Begriffe wurden erst in den dreißiger Jahren – und konsequent dann während des Anschlusses von Österreich an das Deutsche Reich – eingeführt. Die davor üblichen, "genuin österreichischen", aber nun eben schon lange historischen Begriffe werden weiter unten erwähnt.

Am Stellwerk sind vier Funktionsgruppen nötig:

Der Blockapparat zur Entgegennahme und Rückgabe eines Befehls (für Schritte 1 und 4) sowie zum Festlegen der Fahrstraße (im Schritt 2).
Der Gleisanzeiger zur Information über das zu befahrende Gleis (für Schritt 1).
Fahrstraßenknaggen zum mechanischen Verschluss der Weichen (im Schritt 2).
Die Hebelbank mit den Weichen- und Signalhebeln (für Schritt 2).

Auf den folgenden zwei Bildern sieht man diese Anlagenteile im Stellwerk 1 von Ziersdorf. Die Beschriftung der Blockfelder bedeutet hier:

Be = Befehlsempfang
Ff = Fahrstraßenfestlegung
Ts = Tastensperre

Die Funktionen aller Blockfelder erkläre ich weiter unten.

Im Folgenden konzentriere ich mich nur mehr auf ein Stellwerk, eine Fahrtrichtung und ein Bahnhofsgleis – also insgesamt eine Fahrstraße. Ich "schneide" also sozusagen aus den obigen Anlagen die folgenden Teile heraus:

Außerdem sehen wir uns einen ganz kleinen Bahnhof an, der

nur eine einzige Weiche an jedem Bahnhofskopf hat,
ohne eine zusätzliche Verriegelung der Weichen auskommt (die Geschwindigkeit bei der Einfahrt ist auf 40km/h begrenzt),
nur einflügelige Einfahrsignale hat
und trotzdem Endstellwerke besitzt.

(Ob es in Österreich Bahnhöfe mit all diesen Eigenschaften gegeben hat, weiß ich nicht – es gab aber zumindest Beispiele für Endstellwerke, die nur eine Weiche zu bedienen hatten, etwa den Bahnhof Hintergasse auf der Arlbergbahn oder die Betriebsausweiche Strechau).

Bevor allerdings die "optischen Genüsse" kommen, beschreibe ich die Abläufe noch etwas genauer in textueller Form.

3. Ablauf als Zustandstabelle

Die folgende Tabelle beschreibt den Regelablauf des Zusammenspiels von Befehlswerk und Stellwerk (zu einer Erklärung solcher Tabellen siehe dieses Posting). Die Textfarben bei den Zuständen der Blockfelder entsprechen den jeweils sichtbaren Farbscheiben. Ein Klick auf die Tabelle öffnet eine lesbarere PDF-Datei:

Neben diesem Regelablauf gibt es unzählige andere Abläufe bei Störungen an der Anlage oder im Betriebsablauf. Zum Beispiel muss ein abgegebener Befehl wieder zurückgenommen werden können, wenn der zurückliegende Bahnhof die Reihenfolge der Züge ändern muss; oder es muss möglich sein, bei untauglichem Signal trotzdem die Fahrstraßen festzulegen und wieder aufzulösen. Erst diese Anforderungen bewirken, dass die genaue technische Ausbildung der einzelnen Teile ziemlich verzwickt wird – aber alles das ignorieren wir in dieser Beschreibung. Vielleicht komme ich später dazu, einzelne dieser besonderen Abläufe zu erklären.

4. Animation

Die folgenden sechs Animationen zeigen nun den Ablauf für eine Zugfahrt aus Sicht der Bediener. Die Anlagen sind hier noch mit den üblichen grün lackierten Blechtafeln verschlossen (im nächsten Posting schauen wir dann, was sich dahinter abspielt – ich denke, dann wird's richtig interessant). Bei jeder Animation blinken vor einer Bedienung orange Pfeile dort, wo gleich was passiert. Die Außenanlage habe ich relativ spartanisch modelliert. Insbesondere fehlt bei der Weiche der Spitzenverschluss – wenn ich einmal viel Zeit habe, baue ich den auch noch dazu. Die Nummern nach den folgenden Überschriften beziehen sich auf die Beschreibung in der Tabelle aus dem letzten Abschnitt.
Die Animationen sollten eine genügend hohe Auflösung haben, um sie auch im Vollbildmodus ansehen zu können – dann erkennt man vielleicht noch einige Details mehr.

4.1. Fahrdienstleitung: Befehlsabgabe (2,3)

Durch das Blocken des Befehlsabgabe-Feldes gibt der Fahrdienstleiter dem Stellwerker die Möglichkeit, das Signal freizustellen. Deshalb hieß dieses Feld früher auch "Signalverschluss". Zugleich wird im Befehlswerk verhindert, dass Befehle für andere feindliche Fahrten abgegeben werden können.

Durch das Antippen der Gleisanzeiger-Taste fällt im Stellwerk eine kleine Klappe mit der Gleisnummer, zugleich schlägt dort auch ein Wecker an. Diese Betätigung ist sicherheitstechnisch nicht relevant und wurde (und wird) daher in der Praxis auf vielen Bahnhöfen unterlassen, wenn der Zug auf das Regelgleis lt. Fahrplan einfährt – am Stellwerk kann auf jeden Fall nur die Fahrstraße festgelegt werden, die auch im Befehlswerk ausgewählt wurde.

Das folgende kurze Video zeigt diesen Ablauf in der Fahrdienstleitung von Sigmundsherberg ...

... und das Entblocken des Be-Feldes am Stellwerk:

(Leider fehlt in den Videos das charakteristische "Blockfeld-Rattern" – vielleicht komme ich einmal dazu, die Geräusche noch darunterzulegen).

4.2. Stellwerk: Fahrstraße und Signal stellen (4,5,6,7)

Der Stellwerker stellt nun die Weichen – und in der Regel auch die Weichenriegel – passend für die befohlene Fahrstraße. Für eine Einfahrt am durchgehenden Hauptgleis ist hier oft nur das Verriegeln nötig, wenn nicht wegen eines vorangegangenen Verschubes noch Weichen gegen die Grundstellung stehen.

In unserem Beispiel soll allerdings eine Fahrt ins Gleis 2 stattfinden, sodass die Weiche in die Minusstellung gelegt werden muss. Beim Umstellen kann man beobachten, dass die Mechanik zum Verschlusskasten durch die Handfalle bewegt wird, nicht aber beim Umstellen des Hebels: Das Anziehen der Handfalle in der Grundstellung bewirkt die erste Hälfte der Bewegung, das Loslassen nach dem Umstellen schließt die Bewegung des Verschlusshebels ab.

Danach werden die Weichen durch Umlegen der Fahrstraßenknagge mechanisch verschlossen: Ein Schieber im Verschlusskasten verhindert nun die Bewegung des Verschlusshebels und damit der Handfalle – dadurch kann der Hebel nicht mehr ausgeklinkt werden.

Dieser Schieber wird nun wiederum durch das Blocken des Fahrstraßenfestlegefeldes blockiert, sodass die Weichen nun "unter elektrischem Verschluss" liegen – daher hieß dieses Feld früher auch "Weichenverschluss". Der Stellwerker hat sich nun "eingesperrt" – ohne Hilfe des Fahrdienstleiters kann er die verschlossenen Weichen nicht mehr aus ihrer Lage bewegen.

Dafür kann er nun schlussendlich das Signal frei stellen, das durch das Befehlsempfangsfeld entriegelt wurde.

Hier sind zwei kurze Videos von Teilen dieses Ablaufs: Am Stellwerk wird das Ff-Feld geblockt ...

..., in der Fahrdienstleitung sehen wir noch einmal den Ablauf von vorher, aber nun ergänzt darum, dass das Fa-Feld in die entblockte Stellung läuft (der Stellwerker muss hier schon nahe am Blockwerk auf den Befehl gewartet haben, weil die Festlegung so kurz nach der Befehlsabgabe erfolgt):

4.3. Zugfahrt (8)

Die Rückgabe des Befehls an den Fahrdienstleiter durch Blocken des Be-Feldes wird ja dazu führen, dass von dort die Fahrstraße aufgelöst werden kann und damit die Weichen wieder frei stellbar sind. Unter Druck könnte der Stellwerker allerdings den Befehl schon vor oder während der Zugfahrt zurückgeben, die Fahrstraße kurz darauf aufgelöst bekommen, und nun womöglich noch Weichen unter einem langsam einfahrenden Zug umstellen, der daraufhin entgleisen würde.

Um das zu verhindern, soll der Zug selbst bei der Auflösung mitwirken. Das tut er, indem er über eine kurze isolierte Schiene die "Tastensperre" auslöst – erst danach kann der Stellwerker den Befehl zurückgeben. In der Animation sieht man allerdings zweierlei:

Die Tastensperre löst schon aus, wenn die erste Achse des Zuges die Isolierschiene befährt! Allerdings bleibt ein Relais angezogen, bis die letzte Achse diese verlässt, und über einen eigenen Kontakt wird während dieser Zeit das Blocken des Be-Feldes verhindert. Dadurch ist die Befehlsrückgabe erst möglich, wenn der ganze Zug die Isolierschiene verlassen hat.
Aber auch in diesem Fall fährt der Zug bei einer Einfahrt noch über die Weiche (oder bei größeren Bahnhöfen evtl. über mehrere Weichen), während schon eine Befehlsrückgabe und damit eine Fahrstraßenauflösung möglich ist! Bei einem langsamen Zug und einer längeren Fahrstraße (etwa der Einfahrt eines Güterzugs auf ein hinteres Bahnhofsgleis) würde die Zeit nun doch reichen, nach einer sofort erfolgten Fahrstraßenauflösung die Weichen unter ihm umzustellen. Dieser Fehler sollte in den originalen Anlagen – von denen manche allerdings bis mindestens in die 1980er Jahre überlebt haben! – durch das "4-Augen-Prinzip" verhindert werden, also durch die Teilnahme auch des Fahrdienstleiters an der Fahrstraßenauflösung. Später allerdings wurde für Einfahrten in jedes Bahnhofsgleis eine eigene Isolierschiene gelegt, sodass die Tastensperre tatsächlich erst nach der vollständigen Fahrt über alle Weichen des Zuges auslöste (diese Isolierschienen in den Bahnhofsgleisen erforderten dann an Weichen die Unterscheidung zwischen der "großen" und der "kleinen" Grenzmarke: Die "kleine", rot-weiße kennzeichnet in diesem Fall die Stelle, wo die Gleise weit genug auseinanderliegen; die "große", schwarz-weiße kennzeichnet das Ende der Isolierschiene, also die Stelle, bis zu der eine Zugfahrt die Weiche geräumt haben muss, damit die Tastensperre auslöst). An der grundsätzlichen Bedienung der Stellwerke, insbesondere der Mitwirkung des Fahrdienstleiters bei der Fahrstraßenauflösung, hat man aber nichts geändert.

4.4. Stellwerk: Signal zurückstellen (9,10)

Der Stellwerker prüft nach der Einfahrt, ob der Zug "mit (Zug-)Schluss" eingefahren ist – nur dann ist die Strecke sicher frei und kann für eine nächste Zugfahrt befahren werden. Danach stellt er das Signal auf Halt und blockt das Befehlsempfangsfeld zurück. Die Weichen bleiben aber weiterhin durch das Fahrstraßenfestlegefeld, das den Fahrstraßenschieber festhält, verschlossen.

Zugleich mit dem Blocken des Be-Feldes wird auch die Tastensperre wieder in die Sperrstellung geblockt – damit ist sichergestellt, dass für eine weitere Zugfahrt ein neuer Befehl nötig ist.

4.5. Fahrdienstleitung: Fahrstraße auflösen (11,12)

Die eigentliche Auflösung der Fahrstraße erfolgt durch den Fahrdienstleiter: Er blockt sein Fahrstraßenauflösefeld und gibt damit den Fahrstraßenschieber am Stellwerk wieder frei.

4.6. Stellwerk: Weichen in Grundstellung bringen (13)

Das entblockte Ff-Feld erlaubt nun dem Stellwerker, die Fahrstraßenknagge wieder in die senkrechte Stellung zu legen. Der Fahrstraßenschieber gibt damit endgültig die Weichen (und Weichenriegel) frei, die nun wieder frei stellbar sind – für Verschub oder Zugfahrten in oder aus anderen Gleisen oder auch nur, um sie wieder vorschriftsgemäß in die Grundstellung zu bringen.

Das waren die ersten drei Erklärungen (eine kurze, eine Tabelle, eine Reihe von Animationen) des Zusammenspiels von Befehlswerk und Stellwerk in Österreich. Im nächsten Posting schauen wir dann, was sich hinter den grünen Abdeckungen abspielt!

Samstag, 14. September 2013

Linz Hbf, 1987 und 1990

Am 22.2.1987 habe ich nach dem Verschiebebahnhof Wels noch kurz in der Fahrdienstleitung des Linzer Hauptbahnhofes vorbeigeschaut. Dort war noch das berühmte Befehlswerk der schwedischen Firma Ericsson von 1938 in Betrieb, allerdings wegen der Bahnhofsumbauten schon umgebaut zu einer Behelfsanlage. Die Firmenzeitschrift "The L.M.Ericsson Review" gibt leider keinen Hinweis auf die originale Installation; es gibt aber in der Ausgabe 2 von 1934 (downloadbar bei http://ericssonhistory.com/sources/LME-Rewiew/) einige Erklärungen und Bilder einer offenbar bauart-verwandten Anlage des Hauptbahnhofes von Stockholm. Allerdings hatte die österreichische Anlage Hebel erhalten, die der Siemens-Bauart 42733 nachempfunden waren.

Hier ist ein Bild der Anlage, wo links die Ersatz-Gleistafel sichtbar ist: