Das Besondere am U-Bahn-Projekt in Nürnberg war der Mischbetrieb, der während eines Jahres zwischen konventionell betriebener U2 und automatischer U3 durchgeführt wurde – eine Weltpremiere. Der Mischbetrieb erbrachte den Nachweis, dass die Umrüstung auf automatisch Fahren sogar während des laufenden Betriebs realisierbar ist. Dies ist von besonderem Interesse für Städte, die ihr Netz nach und nach automatisieren wollen. Nürnberg macht beste Werbung dafür: Nach Angaben der Verantwortlichen sind die Züge fast zu 100 Prozent pünktlich, verbrauchen dank optimierter Fahrweise weniger Energie und sind flexibler einsetzbar. Kurze Zugfolgen von 80 bis 90 Sekunden sind möglich. Damit lässt sich die Kapazität der U-Bahn markant steigern; zu Stosszeiten werden unabhängig vom regulären Fahrplan zusätzliche Züge eingesetzt. Diese können per Knopfdruck aktiviert werden und fahren automatisch aus dem Depot zum Einsatzort.


Von Nürnberg in alle Welt

Siemens hat mittlerweile weltweit über 300 Streckenkilometer mit Technologie für den fahrerlosen Betrieb ausgerüstet und ist damit Marktführer in diesem Bereich. Ähnliche Systeme wie in Nürnberg betreibt Siemens zum Beispiel in New York, São Paulo, Paris oder Barcelona. Die soeben durchgehend eröffnete Linie 9 in der katalanischen Hauptstadt ist mit fast 32 km Länge und 23 Stationen die längste fahrerlose Metrolinie Europas. In Paris wird bis 2022 die 12 km lange Linie 4 für den vollautomatischen Betrieb umgerüstet, nachdem dies 2012 schon bei der Linie 1 erfolgt ist. Wie in Barcelona setzt Siemens auch hier das automatische Zugbeeinflussungssystem Trainguard MT ein, das mit der CBTC-Funktechnologie (Communications-Based Train Control) arbeitet. Für zusätzliche Sicherheit sorgen spezielle Bahnsteigtüren: Ähnlich wie Shuttle-Züge auf den grossen Flughäfen sind die Perrons und die Gleise mit Glastüren getrennt, die sich erst öffnen, wenn der Zug anhält. Die Linie 4 befördert heute pro Tag bis zu 700 000 Fahrgäste. Nach der Umstellung ist ein 85-Sekunden-Takt möglich, der die Kapazität um 20 Prozent steigert.


Regional- und Nahverkehr im Blick

Automatisierte Züge kommen heute vor allem bei U-Bahnen und People Movern zum Einsatz. Da es sich meistens um geschlossene Tunnel-Systeme oder Spezialanwendungen wie aufgeständerte Sky-Trains handelt, eignen sich diese besonders gut für den fahrerlosen Betrieb. Vermehrt richten aber auch Betreiber von normalen Regional- und Fernzügen ihr Augenmerk auf die Vorteile von automatischen Lösungen. Auch Bahnverantwortliche in der Schweiz machen sich Überlegungen, auf welchen Strecken diese Technologie sinnvoll wäre. Es verwundert nicht, dass Paris in diesem Bereich eine Pionierrolle einnimmt. Aufgrund der guten Erfahrungen bei der Metro hat Siemens den Auftrag erhalten, die Erweiterung der Regionalverkehrslinie E des Pariser Schnellbahnnetzes und einen sechs Kilometer langen bestehenden Abschnitt der gleichen Linie zu automatisieren. Es ist für Siemens der erste Auftrag der französischen Staatsbahn SNCF im Bereich der Bahnautomatisierung. Das neue Zugsicherungssystem ermöglicht auf der sechs Stationen umfassenden Strecke einen teilautomatischen Betrieb.


Nahtlose Integration

Auch in anderen Metropolen wird die Technologie über den U-Bahn-Bereich hinaus eingesetzt. Besonders ambitioniert zeigt sich diesbezüglich London bei den Grossprojekten Thameslink und Crossrail. Auf der Thameslink-Route stehen künftig doppelt so viele Fahrzeuge zur Verfügung wie bisher. Auf der insgesamt 225 km langen Strecke von Norden nach Süden erlaubt die eingesetzte Siemens-Technologie eine unterbrechungsfreie Fahrt auf dem Regional- und Nahverkehrsnetz. Sobald die Züge ins Stadtgebiet einfahren, wechseln die Fahrer von konventionellen auf automatischen Zugbetrieb. Dieser basiert auf dem europäischen Sicherungsstandard ETCS Level 2 und das Siemens-Betriebsleitsystem Controlguide koordiniert die Zugbewegungen über die gesamte Strecke.

Beim anderen Londoner Grossprojekt werden drei Zugbeeinflussungssysteme miteinander verknüpft. Im 21 km langen Crossrail-Tunnel werden die Züge künftig mittels funkbasiertem Communications-Based Train Control (CBTC) gesteuert. Auf der Fernverkehrsstrecke im Westen ist das European Train Control System (ETCS) Level 2 installiert, im Osten das lokale Train Protection Warning System (TPWS). Die dynamische Umschaltung zwischen den drei Systemen sorgt ab Ende 2018 für eine unterbrechungsfreie Zugfahrt auf der gesamten 118 km langen Ost-West-Verbindung. Siemens installiert für den Kernbereich der Crossrail-Strecke das automatische Zugbeeinflussungssystem Trainguard MT, das Betriebsleitsystem Vicos und das Funkübertragungssystem Airlink.

Nebst den Londoner Aufträgen für die Signal-, Leit- und Sicherungstechnik kann das Unternehmen darüber hinaus 1140 Regionalzugwagen für die Thameslink-Strecke liefern. Mit einem Volumen von 1,8 Mia. Euro ist dieses Projekt einer der grössten Aufträge, die Siemens je erhalten hat.


Wie funktioniert die vollautomatische Steuerung eines Zuges?

  • Beim automatischen Bahnbetrieb werden die Fahrerlaubnis und Steuerungsbefehle nicht durch Aussensignale angezeigt, sondern erfolgen über Datenkommunikation CBTC (Communication Based Train Control) zwischen Fahrzeug und Streckenausrüstung. Alle CBTC-Systeme arbeiten ähnlich
  • Ein streckenseitiger Rechner verfolgt alle Züge in dem zugeordneten Streckenbereich und berechnet für jeden Zug – auf Basis des Fahrplans und der aktuellen Zuglage – eine entsprechende Fahrerlaubnis.
  • Beim vollautomatischen Betrieb werden die Züge von der automatischen Zugsteuerung ATO (Automatic Train Operation) – in Verbindung mit der Steuerung und Sicherung der Strecke durch Stellwerke – gefahren und durch die automatische Zugsicherung ATP (Automatic Train Protection) gesichert.
  • Dazu tauschen die Streckenrechner mit den Rechnern des übergeordneten Systems in der Leitzentrale und Rechnern im Zug per Funk ständig Daten aus.
  • Die automatisierte Zugüberwachung ATS (Automatic Train Supervisory) überwacht alle Fahrstrassen und Zugfahrten auf dem Netz und gibt entsprechende Informationen in der Leitstelle aus.
  • Im Zug ersetzt die automatische Zugsteuerung ATO den Fahrer und steuert die Geschwindigkeit.
  • Die automatische Zugsicherung ATP (Automatic Train Protection) überwacht den ATO-Rechner und korrigiert diesen wenn nötig. Die ATP kontrolliert die Einhaltung der Geschwindigkeit und der Abstände und stellt zudem sicher, dass die Türen vor Abfahrt des Zuges geschlossen sind und die Fahrstrasse richtig eingestellt ist.

Verschiedene Stufen der Automatisierung

Für U-Bahn- und Metrosysteme hat der Internationale Verband für öffentliches Verkehrswesen (UITP) fünf Stufen der Automatisierung bestimmt.

0: Fahrergesteuerter Betrieb (On-sight Train Operation): Die Bahn fährt ohne Assistenzsysteme. Der Fahrer steuert den Zug auf Sicht.

Grade of Automation 1 (GoA1): Nichtautomatischer Fahrbetrieb (SCO – Supervision and Control Train Operation): Der Fahrer fährt und bremst den Zug manuell. Ein Sicherungssystem überwacht jedoch kontinuierlich die Geschwindigkeit.

GoA2: Halbautomatischer Fahrbetrieb (STO – Semi-automated Train Operation): Der Fahrer startet den Zug zwar manuell, die präzise Steuerung der Fahrt übernimmt die automatische Steuerung aber selbstständig, ebenso wie das Anhalten des Zuges und das Öffnen der Türen.

GoA3: Fahrerloser Fahrbetrieb (DTO – Driverless Train Operation): Der Fahrbetrieb wird ohne menschliche Unterstützung automatisch geregelt und überwacht. Ein Zugbegleiter kann in Notfällen eingreifen.

GoA4: Unbegleiteter Fahrbetrieb (UTO – Unattended Train Operation): Der Fahrbetrieb wird ebenfalls automatisch geregelt und überwacht. Es ist aber weder ein Fahrer noch ein Zugbegleiter vorgesehen.