Hochautomatisierte Z├╝ge Hochautomatisierte Z├╝ge

Digitale S-Bahn Hamburg: Erste hochautomatisiert fahrende S-Bahn im Fahrgastbetrieb

Noch effizienter und umweltfreundlicher durch die Hansestadt. 
 

ÔÇ×Digitale S-Bahn HamburgÔÇť - so hei├čt das erste Projekt, das bei der Deutschen Bahn im Rahmen des Konzernprogramms ÔÇ×Digitale Schiene DeutschlandÔÇť umgesetzt wurde. Die Nachfrage nach ├Âffentlichem Personennahverkehr, insbesondere in Ballungsr├Ąumen, steigt seit Jahren stark an. Um daf├╝r die notwendige Kapazit├Ąt zu schaffen, muss der S-Bahn-Betrieb digitalisiert werden. Um dieses Ziel zu erreichen ist die Deutsche Bahn bereits im Juli 2018 eine Partnerschaft mit der Hansestadt Hamburg und Siemens Mobility eingegangen. Das Pilotprojekt ÔÇ×Digitale S-Bahn HamburgÔÇť zeigt, wie neue Technologien den Nahverkehr in wachsenden St├Ądten leistungsf├Ąhiger machen.

 

Kern des Projektes ist die Vernetzung der Infrastruktur mit dem Fahrzeug auf Basis des europ├Ąischen Zugbeeinflussungssystems ETCS (European Train Control System) und Technologien des automatisierten Fahrens ATO (Automatic Train Operation). Dabei wurde das Ziel verfolgt, ATO unter Nutzung von ETCS, nicht nur technisch und betrieblich umzusetzen, sondern auch zeitnah f├╝r den regul├Ąren Fahrgastbetrieb zur Zulassung zu bringen. Dadurch wurde ein wichtiger Meilenstein f├╝r die Einf├╝hrung von ATO im deutschen Schienennetz erreicht.

 

Die DB und Siemens haben auf dem ITS Weltkongress im Oktober 2021 die ersten vier entsprechend umgebauten Z├╝ge vorgestellt. Auf einer eigens daf├╝r ausger├╝steten, 23 Kilometer langen Strecke, zwischen den Stationen Berliner Tor und Bergedorf/Aum├╝hle, fuhr einer der Z├╝ge der Linie S21 mehrmals t├Ąglich hochautomatisiert im Fahrgastbetrieb. Die vier umgebauten Z├╝ge der Baureihe 474 werden 2022 im Regelbetrieb fahren, 64 weitere Fahrzeuge der neuen Baureihe 490 werden zuk├╝nftig mit ÔÇ×ATO over ETCSÔÇť ausger├╝stet.

Der hochautomatisierte Bahnbetrieb bringt zahlreiche Vorteile: Die Taktung auf derselben Strecke kann bei fl├Ąchendeckender Ausr├╝stung deutlich verk├╝rzt werden ÔÇô ohne ein Meter Gleis neu zu bauen. Die Energieeffizienz steigt, da automatisiertes Beschleunigen und Bremsen den Energieverbrauch senkt. Insgesamt wird der Betrieb zuverl├Ąssiger und stabiler.

 

Wie funktioniert die Digitale S-Bahn Hamburg?

Anfahren, Beschleunigen, Bremsen, Halten: All das erledigen die hochautomatisierten Z├╝ge von selbst auf der daf├╝r ausger├╝steten Strecke. Auf dem entsprechend ausgebauten Abschnitt ├╝bernimmt der Triebfahrzeugf├╝hrer nur noch eine ├╝berwachende Funktion und greift lediglich bei St├Ârungen ein. 
Die Bereitstellung der vier Z├╝ge erfolgt sogar vollautomatisch: Wenn die S-Bahnen in die Abstellgleise oder zum Bahnsteig in der Station Bergedorf fahren, tun sie das ganz ohne Triebfahrzeugf├╝hrer. Dabei wird die Fahrt der Fahrzeuge durch einen sogenannten Ferntriebfahrzeugf├╝hrer vom Stellwerk aus ├╝berwacht. ├ťber den aktuellen Zustand des fahrerlosen Fahrzeugs (z. B. Position oder Geschwindigkeit) informiert ihn eine grafische Benutzeroberfl├Ąche. Ein weiteres Feature stellt das automatische T├╝ren├Âffnen und -schlie├čen am Bahnsteig dar. Hierzu war es erforderlich, neue T├╝rbedienelemente und Sensoren zu integrieren.

Digitale Technologien im Einsatz ÔÇô ATO over ETCS

Das Herzst├╝ck des Projektes sind das Zugsteuerungssystem Automatic Train Operation (ATO) und das Europ├Ąische Zugsicherungssystem European Train Control System (ETCS) ÔÇô zwei Technologien, deren Zusammenspiel hier erstmals zum Einsatz kommt. Um den digitalen Betrieb zu realisieren, wurden die S-Bahnen umger├╝stet: Balisenantennen, Radare und ETCS- und ATO-Computer im Zug erlauben das hoch automatisierte Fahren. Und auch die Infrastruktur entlang der Strecke hat mit einem aufger├╝steten Stellwerk, ├╝berarbeiteter Signaltechnik und Eurobalisen ein Upgrade bekommen. Das elektronische Stellwerk ├╝berwacht die richtige Lage der Weichen und stellt die Signale f├╝r die Z├╝ge.

Der neue ETCS-Computer erh├Ąlt im Stellwerk Informationen f├╝r die Zugsteuerung, unter anderem Signalbefehle und Geschwindigkeitsbegrenzungen. Die daraus folgenden Fahranweisungen schickt der Rechner ├╝ber Funk an die Fahrzeuge und ├╝berwacht ihre Ausf├╝hrung kontinuierlich. Neben der ETCS-Zentrale geh├Âren zum ETCS die im Gleis verlegten Balisen. Diese Datenpunkte ├╝bermitteln zus├Ątzliche statische Informationen, wie beispielsweise die Ortung, an das Fahrzeug.
 


 

Die Steuerung der vier Fahrzeuge erfolgt per Funksignal. Die funkbasierte Kommunikation zwischen den Fahrzeugger├Ąten und der Streckenausr├╝stung wird im ETCS-Betrieb ├╝ber den Bahnfunk-Standard GSM-R realisiert, w├Ąhrend im ATO-Betrieb ├╝ber ein 4G-Netz kommuniziert wird. F├╝r die vollautomatische Rangierfahrt, die tempor├Ąr w├Ąhrend des ITS-Weltkongresses im Oktober 2021 in Bergedorf demonstriert wurde, wurde ein eigens konfigurierter Rechner im Fahrzeug installiert. Dabei erfolgt die Kommunikation in einem erstmalig aufgebauten 5G-Netz.

 

Im Zug selbst befinden sich ein ETCS- sowie ein ATO-Fahrzeugger├Ąt. Sobald der Zug unter ETCS-├ťberwachung f├Ąhrt, kann der Triebfahrzeugf├╝hrer das hochautomatisierte Fahren aktivieren. Hierf├╝r erh├Ąlt das ATO-Fahrzeugger├Ąt vom streckenseitig verbauten ATO-Computer die aktuellen Fahrplandaten sowie aus dem ETCS-Rechner im Fahrzeug die Fahrerlaubnis. Hieraus bildet das ATO-System ein energieoptimiertes Geschwindigkeitsprofil. Zwischen Rothenburgsort und Berliner Tor ├╝bernimmt der Triebfahrzeugf├╝hrer die Steuerung der S-Bahn wieder auf gewohnte Weise. Das System ist vergleichbar mit einem Autopiloten, wie er auch bei der Luftfahrt genutzt wird. Der Triebfahrzeugf├╝hrer hat aber immer das letzte Wort. Er kann die Steuerung jederzeit ├╝bernehmen.

Weltpremiere auf dem ITS Weltkongress 2021

Am 11. Oktober 2021 war es soweit: Die Digitale S-Bahn Hamburg wurde im Rahmen des ITS Weltkongresses der ├ľffentlichkeit vorgestellt. Dr. Richard Lutz, Vorstandsvorsitzender der DB, und Dr. Roland Busch, Vorstandsvorsitzender der Siemens AG, pr├Ąsentierten das Fahrzeug des Projekts Digitale S-Bahn Hamburg gemeinsam mit Dr. Peter Tschentscher, Erster B├╝rgermeister der Freien und Hansestadt Hamburg, bei der Premierenfahrt.

 

Neben der hochautomatischen Fahrt bis Bergedorf wurde zudem die vollautomatische Rangierfahrt in Bergedorf demonstriert. ├ťber die gesamte Woche hinweg wurden den Messebesuchern Demonstrationsfahrten angeboten. Teil der sogenannten "Future Rail Experience Tour" waren neben dem Projekt Digitale S-Bahn Hamburg auch das Schwesterprojekt Sensors4Rail.  

Im Schnitt nahmen 60 Teilnehmer und Teilnehmerinnen an den moderierten Fahrten teil und konnten einen Eindruck vonTechnik und neuen Abl├Ąufe gewinnen.

Fazit
 

Mit dem Vorhaben brachten die Kooperationspartner Deutschlands erste automatisierte Eisenbahnen auf die Schiene und zeigten, dass ein hochautomatisierter S-Bahn-Betrieb realisierbar ist und viele Vorteile hat: Auf derselben Strecke k├Ânnen bei h├Âherer Kapazit├Ąt deutlich mehr Z├╝ge fahren. Dabei sinkt der Energieverbrauch und der Betriebsablauf wird durch die Automatisierung deutlich stabilisiert. Daf├╝r wurde das Projekt mit dem Deutschen Mobilit├Ątspreis 2021 ausgezeichnet. Diese intelligente L├Âsung zeigt, wie auch andere Schienennetze in Ballungszentren k├╝nftig digitalisiert werden k├Ânnen. Deutschlandweit k├Ânnte hier ein Gro├čteil der Z├╝ge und Strecken im Nah- und Fernverkehr in den n├Ąchsten 15 bis 20 Jahren folgen.