Interoperabilität im Schienenverkehr

Unter Interoperabilität versteht man im Schienenverkehr, dass Schienenfahrzeuge möglichst durchgängig und mit einer gewissen Sicherheit zwischen verschiedenen Schienennetzen verkehren können, insbesondere zwischen den Eisenbahnnetzen verschiedener Staaten. Die Definition von Interoperabilität in der Verordnung über die Erteilung von Inbetriebnahmegenehmigungen für das Eisenbahnsystem (Eisenbahn-Inbetriebnahmegenehmigungsverordnung - EIGV)[1]: die Eignung des transeuropäischen Eisenbahnsystems für den sicheren und durchgehenden Zugverkehr.

Vor allem in Europa gibt es viele historisch gewachsene nationale Bahnsysteme. Unterschiedliche technische Standards behindern einen grenzüberschreitenden Bahnverkehr. Deshalb ist bei internationalen Zügen meistens ein Lokwechsel im Grenzbahnhof nötig. In besonders schwierigen Fällen müssen Fahrgäste umsteigen oder Güter umgeladen werden. Aufwändige nationale Zulassungsverfahren erschweren die Verwendung von Mehrsystemfahrzeugen, die auf verschiedenen Bahnnetzen verkehren können. Um dem entgegenzuwirken, fördern die EU und andere Organisationen die Einführung international normierter Systeme (ERTMS), die den Bahnbetrieb in Europa vereinheitlichen sollen.

Durch die weitere technische Harmonisierung sollen die Verkehrsdienste in der EU und mit Drittländern entwickelt werden. Die Interoperabilität im Schienenverkehr soll die Integration des Marktes für Ausrüstungen und Dienstleistungen für den Bau, die Erneuerung und die Funktionsfähigkeit des Eisenbahnsystems in technischer Hinsicht gewährleisten, aber auch die Sicherheit des Bahnbetriebes erhöhen und den deregulierten Wettbewerb der Eisenbahnverkehrsunternehmen fördern.

Hintergrund

Der Grund für die mangelnde Interoperabilität im europäischen Schienenverkehr liegt in der Geschichte. Der technische Fortschritt führte zu immer verbesserten Systemen, die den älteren überlegen waren. Jede Bahngesellschaft führte die jeweils modernste, wirtschaftlichste Technik ein – falls sie nicht schon ein älteres System verwendete, zu dem Kompatibilität gefordert war. Die Regierungen griffen kaum regulierend ein, schon gar nicht für eine Harmonisierung der Bahnsysteme mit dem Ausland.

Ein Beispiel ist das Stromsystem der Bahn in Dänemark. Die Nachbarländer Deutschland, Schweden und Norwegen sowie Österreich und die Schweiz einigten sich schon Anfang des 20. Jahrhunderts auf 15 kV 16⅔ Hz Wechselstrom. Dänemark betrieb seine Züge weiter mit Dampf und Diesel. Als später mit der Elektrifizierung begonnen wurde, entschied man sich aus technischen Gründen für den Industriestandard 25 kV 50 Hz. Wegen der Insellage war eine Interoperabilität mit dem Festland kein wirkliches Thema. Das änderte sich mit dem Bau der Öresundverbindung und der Elektrifizierung der Bahnstrecke Neumünster–Flensburg–Padborg auf deutscher Seite, bei der Systemtrennstellen auf der schwedischen Seite des Öresundes und an der deutsch-dänischen Grenze in Padborg nötig wurden.

Auf der anderen Seite sind die Kupplungen von Güterwagen europaweit kompatibel, jedoch technisch veraltet und unwirtschaftlich. Technische Neuerungen wie die Mittelpufferkupplung konnten sich nicht durchsetzen, weil immer Güterwagen über Grenzen fahren und mit den dortigen Fahrzeugen kuppelbar sein mussten. Die Kosten für eine umfassende Umstellung sind so groß, dass der unwirtschaftliche Betrieb weiter in Kauf genommen wird.

Rechtliche Rahmenbedingungen

Ein Hersteller wirbt mit großer Interoperabilität seiner Lokomotive.

In der EG-Richtlinie 2008/57/EG vom 17. Juni 2008 über die Interoperabilität des Eisenbahnsystems in der Gemeinschaft wurden die Richtlinien 2001/16/EG über das konventionelle transeuropäische Eisenbahnsystem und 96/48/EG über das transeuropäische Hochgeschwindigkeitsbahnsystem zusammengefasst und den aktuellen Entwicklungen angepasst. Ihre Vorgaben waren durch die Mitgliedstaaten der Union bis 19. Juli 2010 umzusetzen.

Die Richtlinie regelt die Bedingungen zur Förderung der Interoperabilität des transeuropäischen Eisenbahnsystems in Bezug auf den Bau, die Inbetriebnahme, die Erneuerung, den Betrieb und die Wartung des Systems. Betriebliche Aspekte werden durch die Richtlinie 2004/49/EG über die Eisenbahnsicherheit, und die Sicherheit und den Gesundheitsschutz der Arbeitnehmer bei der Arbeit abgedeckt.

Die schrittweise Umsetzung der Interoperabilität des Eisenbahnsystems wird durch die Harmonisierung der technischen Normen erreicht. Daher befasst sich diese Richtlinie mit:

den grundlegenden Anforderungen in Bezug auf Sicherheit, Zuverlässigkeit, Gesundheit, Umweltschutz, technische Kompatibilität und Funktionsfähigkeit des Systems (geregelt in Anhang III der Richtlinie);
den technischen Spezifikationen für die Interoperabilität (TSI), die gemäß dieser Richtlinie für jedes Teilsystem oder Teil eines Teilsystems formuliert und mit ihrer Veröffentlichung im Amtsblatt der EU entgegenstehende nationale Vorschriften in ihrer Geltung verdrängen sowie
den entsprechenden europäischen Spezifikationen.

Das Eisenbahnnetz ist in Teilsysteme struktureller (Energie, Zugsteuerung, Zugsicherung und Signalgebung, Fahrzeuge) oder funktioneller Art (Verkehrsbetrieb und Verkehrssteuerung, Instandhaltung, Telematikanwendungen) untergliedert.

In begründeten Ausnahmefällen (z. B. bei fortgeschrittenen Bauvorhaben, technischer Unvereinbarkeit mit dem Bestand, wirtschaftlicher Unzumutbarkeit, in Katastrophenfällen etc.; vgl. dazu Art 9 der Richtlinie) können bei der Kommission Ausnahmen beantragen, die dann über die Ausschließung bestimmter Maßnahmen aus dem Anwendungsbereich der Richtlinie entscheidet.

TSI-Entwürfe werden von der Europäischen Eisenbahnagentur auf der Grundlage der Prüfung der Teilsysteme in Zusammenarbeit mit den Verbänden und Sozialpartnern ausgearbeitet. Anschließend werden die Entwürfe der Europäischen Kommission vorgelegt, die sie ändert und unter Wahrung der Kontrollbefugnis des Parlaments annimmt.

Die Interoperabilitätskomponenten unterliegen europäischen Spezifikationen (wie den europäischen Normen) und dem Verfahren der EG-Konformitäts- oder EG-Gebrauchstauglichkeitserklärung.

Technische Hindernisse

Spurweite

Spurweiten

Eine einheitliche Spurweite ist die wichtigste Voraussetzung, damit Bahnfahrzeuge in verschiedenen Schienennetzen verkehren können. Lösungen, um dieses Hindernis zu überbrücken, sind beispielsweise Umspuranlagen, Mehrschienengleise und Rollwagen. Nachdem auf der iberischen Halbinsel (Spanien, Portugal, Stichwort Alta Velocidad Española) alle Neubaustrecken in Normalspur gebaut werden, und es immer noch Überlegungen gibt, auch den Bestand langfristig umzustellen, zeichnet sich in Europa ein klarer Trend zur Normalspur ab.

Lichtraumprofil und Fahrzeugbegrenzungslinie

Ein zu kleines Lichtraumprofil verhindert, dass Fahrzeuge mit einer größeren Fahrzeugbegrenzungslinie eine Strecke befahren können. Ähnlich verhält es sich mit der Wippenbreite von Stromabnehmern, nur dass hier wegen der Zick-Zack-Linie der Oberleitung zu breite und zu schmale Stromabnehmer ausgeschlossen werden müssen. Während eine Ausrüstung mit mehreren Stromabnehmern technisch relativ problemlos und günstig ist, ist bei Abweichungen vom Lichtraumprofil selbst eine Harmonisierung nur sehr teuer (Aufweitung von Tunnel, Vergrößerung Gleismittenabstand) zu bewerkstelligen. Insbesondere Großbritannien hat im Vergleich mit Resteuropa ein kleines Lichtraumprofil, zwischen den meisten mitteleuropäischen Ländern können moderne Lokomotiven, Güter- und Triebwagen eher problemlos ausgetauscht werden. Allerdings gibt es gewisse Einschränkungen (Begrenzungslinien, KLV-Verkehr) z. B. selbst innerhalb Deutschlands.

Stromsystem

Bahnstromsysteme in Europa

750 V Gleichstrom

1,5 kV Gleichstrom

3 kV Gleichstrom

15 kV, 16,7 Hz Wechselstrom

25 kV, 50 Hz Wechselstrom

nicht elektrifiziert

Bei Eisenbahnen sind Gleich- und Wechselstrom mit unterschiedlichen Spannungen üblich. Den Übergang von einem Stromsystem in ein anderes nennt man Systemtrennstelle. Mehrsystemfahrzeuge können in verschiedenen Stromsystemen fahren und werden im grenzüberschreitenden Güterverkehr zunehmend Standard, ebenso im Hochgeschwindigkeitsverkehr (ICE 3M, TGV POS). Aufgrund des Energiebedarfs für Hochgeschwindigkeitsverkehr zeichnet sich bei Neubaustrecken ein klarer Trend zu 25 kV/50 Hz (außer in Ländern mit bestehendem 15-kV-/16,7-Hz-Netz wie Deutschland) ab, insbesondere in Ländern mit relativ niedriger Gleichspannung (Niederlande, Südfrankreich) wird eine Umstellung des bestehenden Netzes immer wieder diskutiert, wäre aber entsprechend teuer.

Zugbeeinflussung

Bei den Zugbeeinflussungssystemen gibt es die größten Unterschiede zwischen den nationalen Eisenbahnnetzen. Da in den meisten Ländern bereits mehr als ein System verwendet wird, haben Mehrsystemlokomotiven bis zu zehn unterschiedliche Zugbeeinflussungen eingebaut. Wegen Inkompatibilitäten müssen die fremden Zugbeeinflussungsanlagen jeweils ausgeschaltet werden. In Europa sollen die bestehenden nationalen Zugbeeinflussungssysteme durch den neuen Standard ETCS ersetzt werden.

Automatisierung

Auch bei Zugnummern-Meldeanlagen und Zuglenkung hat jeder Betreiber sein eigenes System. Das ERTMS soll in Zukunft auch das Verkehrsmanagement vereinheitlichen.

Übersicht

Land	Spurweite	Lichtraumprofil	Stromsystem	Wippenbreite	Zugbeeinflussung
Deutschland	1435 mm	G2 EBO	15 kV 16,7 Hz ~ ²⁾	1950 mm	Indusi, PZB, LZB
Österreich	1435 mm	G2 EBO	15 kV 16,7 Hz ~ ²⁾	1950 mm	Indusi, PZB, LZB
Schweiz	1435 mm	< G2 EBO > UIC 505-1	15 kV 16,7 Hz ~ ²⁾	1450 mm	ETCS, Euro-ZUB
Niederlande	1435 mm	≥ G2 EBO	1500 V DC 25 kV 50 Hz ~	1950 mm	ATB, ATB VV, ATB NG
Belgien	1435 mm	≥ G2 EBO	3000 V DC 25 kV 50 Hz ~	1950 mm	TBL, Crocodile
Luxemburg	1435 mm	≥ G2 EBO	3000 V DC	1950 mm	Crocodile, TBL
Luxemburg	1435 mm	≥ G2 EBO	25 kV 50 Hz ~	1450 mm	Crocodile, TBL
Frankreich	1435 mm	UIC 505-1	1500 V DC	1950 mm	Crocodile, TVM, KVB
Frankreich	1435 mm	UIC 505-1	25 kV 50 Hz ~	1450 mm	Crocodile, TVM, KVB
Italien	1435 mm	UIC 505-1	3000 V DC 25 kV 50 Hz ~	1450 mm	RS4 Codici, SCMT
Spanien	1668 mm 1435 mm (NBS)		3000 V DC 25 kV 50 Hz ~		ASFA, ZUB 121, LZB
Portugal	1668 mm		25 kV 50 Hz ~		EBICAB 700
Großbritannien	1435 mm	< UIC 505-1	750 V DC	Stromschiene	AWS, TPWS
Großbritannien	1435 mm	< UIC 505-1	25 kV 50 Hz ~		AWS, TPWS
Irland	1600 mm		1500 V DC
Dänemark	1435 mm	≥ G2 EBO	25 kV 50 Hz ~	1950 mm[2]	ATC
Norwegen	1435 mm	≥ G2 EBO	15 kV 16⅔ Hz ~	1800 mm 1950 mm³⁾	EBICAB
Schweden	1435 mm	≥ G2 EBO	15 kV 16⅔ Hz ~	1800 mm 1950 mm³⁾	ATC, EBICAB
Finnland	1520 mm ¹⁾		25 kV 50 Hz ~		EBICAB 900
Estland	1520 mm ¹⁾		3000 V DC
Lettland	1520 mm ¹⁾		3000 V DC
Litauen	1520 mm ¹⁾		25 kV 50 Hz ~
Polen	1435 mm	≥ G2 EBO	3000 V DC	1950 mm	SHP
Tschechien	1435 mm	≥ G2 EBO	3000 V DC 25 kV 50 Hz ~	1950 mm	LS90
Slowakei	1435 mm	≥ G2 EBO	3000 V DC 25 kV 50 Hz ~	1950 mm	LS90
Ungarn	1435 mm	≥ G2 EBO	25 kV 50 Hz ~	2050 mm	EVM 120
Slowenien	1435 mm		3000 V DC 25 KV 50 Hz ~
Rumänien	1435 mm		25 kV 50 Hz ~
Bulgarien	1435 mm		25 kV 50 Hz ~
Griechenland	1435 mm		25 kV 50 Hz ~

¹⁾ Russische Breitspur

²⁾ Deutschland, Österreich und Schweiz stellten die Stromerzeugung per 16. Oktober 1995 von 16⅔ (= 16,66…) auf genau 16,7 Hz um. Diese Änderung um plus zwei Promille ist technisch günstig für die Erzeugung mit Maschinen am allgemeinen 50-Hz-Netz. Lokomotiven akzeptieren diese Abweichung ohne Weiteres. Siehe: Bahnstrom – 16⅔ Hz gegenüber 16,7 Hz

³⁾ Die Oberleitungen in Norwegen und Schweden sind für eine Wippenbreite von 1800 mm ausgelegt. Ausnahmen bestehen auf einigen Strecken des grenzüberschreitenden Verkehrs.[3]

Identifizierung

Für eine einheitliche Identifizierung von Fahrzeugen, Behältern und Zügen hat die UIC und das Internationale Containerbüro verschiedene Nummernschemata standardisiert. So haben internationale Züge eine europaweit eindeutige Zugnummer. Die Bahnwagen haben eine europaweit einheitlich codierte UIC-Wagennummer. Die Container haben eine international einheitliche und genormte Behälternummer (BIC-Code nach ISO 6346). Die Wechselbrücken haben bisher lediglich eine Größenkodifizierung, aber keine einheitliche Identifikation. Für Trailer gilt Entsprechendes, diese haben als Straßenfahrzeuge jedoch ein Fahrzeugkennzeichen.

Automatische Leseverfahren

Die nationalen Bahnverwaltungen und die in diesen Unternehmen ausgebildeten Mitarbeiter der privaten Bahnunternehmen setzen moderne Managementmethoden des Transportwesens beispielsweise für die automatische Identifizierung von Bahnwagen und von Containern im Güterverkehr noch nicht ein. Es ist fraglich, ob ohne Generationswechsel eine Änderung eintreten wird.

Seit dem Beginn der Nummerung (Nummerierung) wird die Wagennummer visuell gelesen. Das ist auch heute (2008) noch die Methode der Wahl. Kein Bahnunternehmen ist in der Lage, die Wagennummern automatisch und mit hinreichend geringer Fehlerquote (1 aus 10.000) zu lesen.

Mit OCR-Verfahren wird die Beschriftung (DB AG: Gerade Normschrift DIN 16 Variante DB) mit einer Fehlerquote geringer als 5 % (1 aus 20) ausgelesen.

Barcode-Identifizierung

Ein eingeführtes System der Kennzeichnung mit Barcodes, die einfach die UIC-Nummer wiedergeben, ist nicht bekannt. Die geringe Unterstützung der Fehlerkennung durch lediglich Prüfziffern wäre nicht hinreichend für ein robustes Betriebskonzept.

Bei horizontaler Orientierung wäre das automatische Lesen durch Scannen bei Vorbeifahrt gut möglich. Bei vertikaler Orientierung wäre das automatische Lesen durch Scannen nur mit Kameraarrays bei Vorbeifahrt möglich.

Matrixcode-Identifizierung

Ein eingeführtes System der Kennzeichnung mit Matrixcodes, die einfach die UIC-Nummer wiedergeben, ist nicht bekannt. Beispielsweise wäre ein Data Matrix Code nach ISO/IEC 16022 ECC 200 gut geeignet. Diese Codes wären mit einem Kamerachip und Flash-Beleuchtung unabhängig von Witterungsbedingungen jederzeit gut zu erkennen.

Durch Fehlerkorrektur unter Verwendung der inhärenten Redundanz von 25 % wäre es möglich, einen nur teilweise lesbaren Code sicher und zuverlässig zu rekonstruieren. Die gute Unterstützung der Fehlererkennung und -korrektur durch Redundanz ist der einzige Ansatz, der eine Kodierung der visuellen Erkennung von Anfang an überlegen macht. Eine visuell-manuelle Nachbearbeitung wäre bei entsprechender Verkettung der Daten aus Zugläufen entbehrlich.

Durch geeignete Farbwahl (Pigmente, Farbe, Träger, Auftragsverfahren) kann diese Kennzeichnung fälschungssicher und dauerhaft gestaltet werden.

RFID-Identifizierung

Für Zugsysteme ist teilweise und für einzelne Wagentypen eine RFID-Codierung eingeführt. Diese unterstützt aber in der Regel nicht den Fahrbetrieb, sondern lediglich die Bewirtschaftung der Zugeinheiten in der Wartung und Instandsetzung.

Bei horizontaler Orientierung wäre das automatische Lesen von seitlich angebrachten RFID-Tags durch Scannen bei Vorbeifahrt gut möglich. Das Konzept muss eine Kennzeichnung enthalten, die entweder beiderseits angebracht wird (gutes Konzept wegen inhärenter Redundanz der Kennzeichen) oder mit beiderseitiger Lesung erfasst wird (teureres Konzept wegen überall erforderlicher Doppel-Antennenausrüstung). Bei doppelter Kennzeichnung muss eine Standardisierung der Nummernvergabe sicherstellen, dass RFID-Tags eindeutige Identnummern tragen und zusätzlich eindeutige Wagennummern aufnehmen.

RTLS-Lokalisierung

Die von Tochterunternehmen der DB AG seit Jahren betriebene Suche nach einer preisgünstigen und robusten Instrumentierung von Bahnwagen für die automatische Lokalisierung einschließlich der Identifizierung tritt auf der Stelle. Weder ist der Betreiber bereit, von seinen Vorgaben abzugehen, noch ist die Industrie in der Lage, die Preisvorstellungen der Betreiber zu erfüllen.

TAF-TSI

Die Bestimmungen der Europäischen Kommission in der Technische Spezifikation für die Interoperabilität (TSI) für Telematikanwendungen für Fracht (TAF) setzen die Eisenbahnverkehrsunternehmen (EVU) unter Druck, die Interoperabilität auf der Grundlage einheitlicher Vorgehensweisen bis zum verpflichtenden Termin allgemeiner Einführung nachhaltig zu verbessern.

Die Kommission hat mit der Verordnung (EG) Nr. 62/2006 der Kommission vom 23. Dezember 2005 über die technische Spezifikation für die Interoperabilität (TSI) zum Teilsystem Telematikanwendungen für den Güterverkehr des konventionellen transeuropäischen Eisenbahnsystems verabschiedet, veröffentlicht im Amtsblatt L13 vom 18. Januar 2006, S. 1.

Anhang 1: Datendefinition und Meldungen
Anhang 2: Infrastrukturdaten und Fahrzeugdaten
Anhang 3: Die Frachtbriefdaten und Beschreibung
Anhang 4: Die Zugtrassendaten und Beschreibung
Anhang 5: Abbildungen und Ablaufdiagramme der TAF-TSI Meldungen
Anhang 6: TAF-Konfigurationsmanagement, Konzept und allgemeine Anforderungen

Sichere Transportketten

Bei der Kennzeichnung von Containern auf Bahnwagen an der Türseite im Sechserpack (3 × 2 TEU) wurden in USA 2005 Lesequoten von 60 % nachgewiesen.

Organisatorische und rechtliche Erschwernisse

Zulassungen

Fahrzeuge – speziell Mehrsystemlokomotiven – brauchen in jedem Land eine nationale Zulassung. Das ist teuer und administrativ aufwendig.

Betriebsordnung

Jedes Land kennt andere Betriebsordnungen und Signalsysteme. Die Unterschiede in der Eisenbahnsignalisierung sind zum Teil erheblich und nicht mit den Unterschieden in der Straßensignalisierung vergleichbar. Personal, das international eingesetzt werden soll, braucht die Zusatzausbildung und entsprechende Prüfungen.

Betrieb

Betriebliche Unterschiede erschweren die Übergabe eines Zuges an eine fremde Bahngesellschaft und auch den Verkehr im Netzzugang.

Weblinks

Eisenbahnverkehr und Interoperabilität
Mehrsystemkonzepte der Schienenbahnen in Europa
Informationen zu Interoperabilität und Grenzbahnhöfen (überwiegend englisch)

Einzelnachweise

https://www.gesetze-im-internet.de/eigv/
Friedrich Kießling, Rainer Puschmann, Axel Schmieder, Siemens Aktiengesellschaft: Fahrleitungen elektrischer Bahnen Planung, Berechnung, Ausführung, Betrieb. 3., wesentlich überarb. und erw. Auflage. Erlangen 2014, ISBN 978-3-89578-407-1, 2.3 Vorgaben durch die Stromabnehmer, S. 120.
Pantographs and pantograph-overhead contact line interaction. Bane NOR, abgerufen am 20. Januar 2022 (englisch).

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[1] ttps://www.gesetze-im-internet.de/eigv/

[2] Friedrich Kießling, Rainer Puschmann, Axel Schmieder, Siemens Aktiengesellschaft: Fahrleitungen elektrischer Bahnen Planung, Berechnung, Ausführung, Betrieb. 3., wesentlich überarb. und erw. Auflage. Erlangen 2014, ISBN 978-3-89578-407-1, 2.3 Vorgaben durch die Stromabnehmer, S. 120.

[trv.banenor-3] Pantographs and pantograph-overhead contact line interaction. Bane NOR, abgerufen am 20. Januar 2022 (englisch).