Sicherheit im System Bahn

Im System Bahn wird häufig das Wort Sicherheit verwendet. Um jedoch die Sicherheit korrekt zu betrachten, muss sich mit dem Risiko einer möglichen Gefahr beschäftigt werden. Ebenso muss das Risiko definierbar gemacht werden. Was es hierbei zu beachten gibt, liest du in diesem Artikel.

Schutzwürdige Ziele

Als schutzwürdig werden Ziele gewertet, wenn sie bestimmte Kriterien erfüllen. Diese können sowohl gesellschaftlicher als auch unternehmerischer Natur sein. Mögliche Punkt, die für eine Schutzwürdigkeit sprechen, sind:

• Öffentliches Interesse: Negative Schlagzeilen sind für Unternehmen sehr schädlich.
• Nachhaltigkeit: Eine nachhaltige Unternehmensentwicklung ist wirtschaftlich betrachtet sehr wichtig.
• Rechtliche Vorgaben: Einige Ziele sind bereits per Gesetz oder Verordnung als schutzwürdig definiert. Unter anderem gilt in Deutschland die Würde des Menschen als unantastbar.
• Kulturelle Bedeutung: Wenn das Ziel kulturell oder historisch als wertvoll gilt, dann kann eine Schutzwürdigkeit vorliegen.
• Umweltrelevanz: Umweltschutz wird zunehmend von existenzieller Natur. Zusammen mit anderen zuvor genannten Punkten kann die Umweltrelevanz ein wichtiges Ziel darstellen.

Die oben genannten Rahmenbedingungen führen dazu, dass im System Eisenbahn folgende Ziele als schutzwürdig gelten:

• Personen,
• Materielles (Güter & anderes wirtschaftliches Eigentum),
• Umwelt.

Die Unterteilung der Personen erfolgt noch ein wenig tiefer, da nicht von jedem das Verständnis über die Eisenbahn zugerechnet werden kann. Die Einteilung ist folglich so:

• Reisende,
• Mitarbeitende,
• Dritte.

Beachte das Reisende und Dritte nicht die Gefahren aus der Eisenbahn heraus kennen können. Ebenso muss davon ausgegangen werden, dass z. B. Dritte verbotene Eingriffe in das System vornehmen könnten. Die Gruppe der Reisenden gilt grundsätzlich als Maßstab für zulässige Risiken im Eisenbahnverkehr. Mitarbeitenden ist das Betreten der Gleise im Rahmen ihrer übertragenen Tätigkeiten gestattet, sofern sie die nötigen Ausbildungen hierfür erhalten haben.

Beachte, dass der Schutz durch die Sicherheit der Schienenfahrzeuge gewährleistet wird. Es muss folgerichtig verhindert werden, dass ein Schienenfahrzeug z. B. entgleist oder mit systemfremden Verkehrsteilnehmern zusammenprallt. Für diese Aufgabe müssen alle Beteiligten der Eisenbahninfrastruktur- & Eisenbahnverkehrsunternehmen zusammenarbeiten und gemeinschaftlich hinwirken! Einen großen Teil dieser Verantwortung übernimmt die Leit- und Sicherungstechnik.

Physikalischer Grundsatz

Eisenbahnfahrzeuge unterliegen sehr starker kinetischer Energie. Doch was ist diese Form von Energie?

Grundsätzlich ist Energie etwas Alltägliches. Es gibt unterschiedliche Arten von Energie: elektrische Energie in unseren Strominfrastrukturen, chemische Energie in Kraftstoffen und thermische Energie bei Heizkörpern. Bei der kinetischen Energie betrachtet man die Masse und Geschwindigkeit eines Objektes. Je schneller sich ein Objekt fortbewegt oder je mehr es wiegt, umso mehr kinetische Energie trägt es in sich. Das gilt für Menschen, Automobile und auch für Eisenbahnfahrzeuge.

Möchte man die kinetische Energie berechnen, benötigt man lediglich die Masse (m) und die Geschwindigkeit (v). Unter Zuhilfenahme einer simplen Formel erhält man die kinetische Energie in Joule (J).

Mögliche Formel für die Berechnung der kinetischen Energie. Quelle: Technik-Kiste.de

Ein Joule entspricht der Energie, mit der ein Objekt mit einer Kraft von einem Newton um einen Meter bewegt werden kann.

Da die Masse bei Eisenbahnfahrzeugen grundsätzlich sehr erhöht ist, kann lediglich die Geschwindigkeit für die Eindämmung der kinetischen Energie verwendet werden. Korrekt ist, dass ein Stillstand einen sicheren Zustand ergibt. Da dieser nicht mit dem Grundsatz des Transportes, also der Bewegung von Personen und Gütern, vereinbar ist, obliegt es dem Betreiber der Infrastruktur ein unkontrolliertes Freisetzen dieser Energien zu verhindern, wie es bei einem Unfall der Fall wäre.

Die Infrastruktur ist so konzipiert, dass die Geschwindigkeit den Bedingungen angepasst wird. Bei Fahrzeugen erfolgt eine Wandlung der Energie durch Bremsen von kinetischer- in Wärmeenergie.

Neben der hohen kinetischen Energie muss ebenfalls eine wichtige physikalische Eigenschaft, welche zugleich Vor- als auch Nachteil ist, betrachtet werden: geringe Haft- und Gleitreibung.

Bei der Haftreibung handelt es sich um die Kraft, welche verhindert, dass sich zwei berührende Körper relativ zueinander bewegen. Sie wirkt, wenn die Körper in Ruhe sind. Die Gleitreibung verringert die Geschwindigkeit in der Bewegung durch Wirken entgegen der Bewegungsrichtung.

Bei Eisenbahnen sind Haft- und Gleitreibung sehr gering. Sie unterschreitet die vom Straßenverkehr um ein Vielfaches. Größter Vorteil für die Eisenbahnfahrzeuge ist der verringerte Energiebedarf bei der Bewegung. Ein Stahlrad auf einer Stahlschiene benötigt weniger Energie für die Bewegung als ein Gummireifen auf Asphalt. Der größte Nachteil für die Eisenbahn ist der daraus resultierende sehr hohe Bremsweg. Aus diesem Grund wird im Regelbetrieb nicht wie im Straßenverkehr auf Sicht-, sondern im festen Raumabstand durch Signale gesichert gefahren.

In anderen Artikeln erfährst du mehr über Sicht- und festen Raumabstand. 

Risiko

Aus den physikalischen Grundsätzen kann man sich Folgendes ableiten:

"Aus der hohen kinetischen Energie und der geringen Reibungen resultieren ein langer Bremsweg und ein hohes Schadensausmaß bei einem Unfall."

Folglich muss bei der Berechnung des Risikos neben der Häufigkeit und Wahrscheinlichkeit von Unfällen ebenfalls das mögliche Schadensausmaß mit einbezogen werden. Es ergibt sich diese Formel:

Risiko = Häufigkeit * Schadensausmaß

Da aufgrund der physikalischen Gegebenheiten das Schadensausmaß durch geringe Reibungen und hohe kinetische Energie nicht verringert werden können, bleibt nur das Verringern der Häufigkeit. Es erfolgt im Eisenbahnsystem eine aktive Vermeidung von Unfällen zur Risikominimierung.

Die Sicherheit und somit ein geringes Risiko von Unfällen wird durch Vermeiden von Gefahren und unsicheren Zuständen gewährleistet. In der Praxis ist ein Risiko, welches null ist, jedoch unmöglich. Es besteht immer eines und nicht jeder Umstand kann geregelt werden. Bei der Betrachtung des Risikos wird aus diesem Grund ein Grenzrisiko festgelegt. Es grenzt einen sicheren von einem unsicheren Zustand ab. In Deutschland und Europa definiert man Sicherheit nach der DIN EN 50126 so:

"Sicherheit ist das Freisein von nicht akzeptierbaren Risiken eines Schadens."

Dies bedeutet, dass eine Anlage solange als sicher gilt, wie das Grenzrisiko nicht überschritten wird. Wie das Grenzrisiko jedoch beschaffen ist und in welcher Größe es liegt, obliegt einigen Faktoren. In Gesetzen wird häufig ein Mindestmaß definiert. Normen und andere Regeln der Technik treffen meist tiefer gehende Vorgaben zum Grenzrisiko. Ebenfalls sind gesellschaftliche Vorstellungen nicht von der Hand zu weisen. Nur weil eine Entgleisung unter Umständen durch viele Regelungen keinen großen Schaden anrichten muss, ist sie durch gesellschaftliche Vorstellungen am besten zu vermeiden.

Darstellung des Grenzrisikos auf einem Risikostrahl. Quelle: Technik-Kiste.de

Rechtliche Grundlagen

Mehr zu Gesetzesnormen und Regeln der Technik findest du in weiteren Artikeln! Hierbei handelt es sich um einen leichten Einstieg.

Die Forderung nach Sicherheit findet bereits in Rechtsnormen statt. Dort werden diese oftmals allgemein geregelt. Ganz oben steht dabei das durch die Bundesrepublik erlassene Allgemeine Eisenbahngesetz (AEG). In diesem ist, wie der Name bereits verrät, allgemeines zur Eisenbahn in Deutschland geregelt. Es "dient der Gewährleistung eines sicheren Betriebs der Eisenbahn und eines attraktiven Verkehrsangebotes auf der Schiene sowie der Wahrung der Interessen der Verbraucher im Eisenbahnmarkt".

Hier sticht besonders der Paragraf 4 Absatz 1 heraus:

(1) Eisenbahninfrastrukturen und Fahrzeuge müssen den Anforderungen der öffentlichen Sicherheit

1. an den Bau zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme oder zum Zeitpunkt des Inverkehrbringens und

2. an den Betrieb

genügen.

Es gilt also das sowohl die Infrastruktur als auch die Fahrzeuge so sicher sein müssen, wie es die öffentliche Sicherheit verlangt. Man merkt bereits hier, dass keine tiefgreifende Regelung stattfindet. Hierfür sind untergeordnete Verordnungen, Vorschriften und Normen zuständig.

Betrachtet man im Paragrafen 4 den Absatz 3, so findet man allgemeine Vorgaben zum Betrieb, dem Bau und der Instandhaltung:

(3) Die Eisenbahnen und Halter von Eisenbahnfahrzeugen sind verpflichtet,

1. ihren Betrieb sicher zu führen und

2. an Maßnahmen des Brandschutzes und der technischen Hilfeleistung mitzuwirken.

Eisenbahnen sind zudem verpflichtet, die Eisenbahninfrastruktur sicher zu bauen und in betriebssicherem Zustand zu halten.

Neben dem AEG wird durch das zuständige Bundesministerium (Stand 2024 BM Digitales und Verkehr) die "Eisenbahn Bau- und Betriebsordnung" herausgegeben. Sie enthält tiefere Angaben zum Eisenbahnverkehr des Bundes in Deutschland. In der EBO befinden sich viele Mindestregelungen zu den dort beschriebenen Vorgaben und somit ebenfalls zu deren Sicherheit. Aus diesen Mindestregelungen resultiert das Grenzrisiko.

Mit dem Paragrafen 2 im Absatz 1 wird neben den Vorgaben der EBO auch auf die anerkannten Regeln der Technik verwiesen:

(1) Bahnanlagen und Fahrzeuge müssen so beschaffen sein, dass sie den Anforderungen der Sicherheit und Ordnung genügen. Diese Anforderungen gelten als erfüllt, wenn die Bahnanlagen und Fahrzeuge den Vorschriften dieser Verordnung und, soweit diese keine ausdrücklichen Vorschriften enthält, anerkannten Regeln der Technik entsprechen. 

Im Absatz 2 des gleichen Paragrafen wird dann darauf eingegangen, wie mit dem Abweichen von den anerkannten Regeln der Technik verfahren werden darf:

(2) Von den anerkannten Regeln der Technik darf abgewichen werden, wenn mindestens die gleiche Sicherheit wie bei Beachtung dieser Regeln nachgewiesen ist.

Unter anerkannten Regeln der Technik werden unterschiedliche Rechtsbegriffe vereint:

• Normen,
• Erfahrungen geschrieben oder ungeschrieben, die sich bewährt haben und in Fachkreisen bekannt sind und gelehrt werden,
• Stand von Wissenschaft / Technik.

Besonders bei Normen muss im Bereich der Eisenbahnen acht auf die international Eisenbahnverband (UIC) Normen gelegt werden. In vielen der Normen sind gültige Vorgaben zur Sicherheit enthalten und müssen zwingend eingehalten werden.

Die Normen werden dann innerhalb der Eisenbahninfrastrukturunternehmen und Eisenbahnverkehrsunternehmen durch Richtlinien ergänzt und weiter verfestigt. Jedes Unternehmen oder auch Unternehmensverband wie der Verband deutscher Verkehrsunternehmen (VDV) kann für sich selbst Richtlinien erlassen. Als Branchenprimus gelten meist die Regelwerke (anderer Name für Richtlinien) der Deutschen Bahn AG.

Würde man die oben genannten rechtlichen Grundlagen zusammenfassen und in einer Struktur anordnen, so erhält man die Rechtspyramide, welche in vielen Bereichen des Systems Eisenbahn verwendet wird:

Rechtspyramide im Bereich Eisenbahn. Quelle: Technik-Kiste.de

Schutzfunktionen

Werden die physikalischen und rechtlichen Rahmenbedingungen zusammen betrachtet, ergeben sich zwei Eigenschaften des Systems Eisenbahn, die zur Herstellung der Betriebssicherheit beitragen:

• Spurführung,
• lange Bremswege.

Bremswege

Ein Fahren auf Sicht ist im Regelbetrieb nicht möglich, da aufgrund der eingeschränkten Sicht keine praktikablen Geschwindigkeiten gefahren werden können. Daher erfolgt eine Überwachung, ob der Raum, der durch die Zugfahrt genutzt werden soll, frei ist. Nach der Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung (EBO) wird dieser Raum als Regellichtraum definiert.

Regellichtraum nach EBO Anlage 1. Quelle: Eisenbahn Bau- und Betriebsordnung Anlage 1 Bild 1

Der Regellichtraum enthält das Fahrzeug und möglicher Bewegungen dessen. Ebenfalls sind Oberleitungen, Stromschienen und Bereiche für bauliche und betriebliche Zwecke (z. B. Signale) enthalten. Die Achse ist die Gleismitte.

In anderen Artikeln erfährst du mehr über den Regellichtraum und die EBO.

Zu verhindern sind Begegnungen mit statischen und dynamischen Objekten. Statische Objekte sind Bauwerke und unterliegen strengen Überprüfungen innerhalb der Instandhaltung. Im Alltag liegt das Augenmerk auf dynamische Objekte. Diese können im Betrieb in den Regellichtraum gelangen und durch einen Zusammenstoß, Zusammenprall oder Aufprall einen Schaden am System Eisenbahn herbeiführen.

Tabelle 1: Gegenüberstellung von dynamischen Objekten bei Kollisionen.

Spurführung

Die Spurführung ist einer der Gründe, warum das System Eisenbahn als sicherer gilt als der Straßenverkehr. Ein Eisenbahnfahrzeug kann aufgrund der Spurführung die Schienen unter normalen Bedingungen nicht verlassen. Geht die Spurführung verloren, so drohen unkontrollierte Ausbrüche des Fahrzeugs. Für eine sichere Spurführung sind zuständig:

• fester Fahrweg
• ordnungsgemäße Fahrzeuge
• Einhaltung der Geschwindigkeitsvorgaben (stetige Stellen)
• gesicherte bewegliche Fahrwegelemente (unstetige Stellen)

Bei stetigen Stellen bleibt der Fahrweg grundsätzlich ununterbrochen. Ein Bogen kann z. B. nicht so schnell wie eine lange Gerade durchfahren werden. Um eine Entgleisung zu vermeiden, wird den Triebfahrzeugführenden eine Geschwindigkeit signalisiert und überwacht, ob diese eingehalten wird. Mit beweglichen Fahrwegelementen wird der Fahrweg entweder direkt unterbrochen, wie es bei einer Weiche der Fall ist oder indirekt unterbrochen durch Hineinragen in den Regellichtraum. Ein Fahrwegelement, das in diesen hineinragen darf, ist die Gleissperre. Sie greift über die Schiene und lässt ein Eisenbahnfahrzeug bewusst zum Schutz von anderen entgleisen.

Bei einer Weiche mit zugehörigen Weichenverschluss erfolgt nicht ausschließlich eine Schutzfunktion der Spurführung. Vielmehr übernimmt sie ebenfalls den Schutz vor systemeigenen Verkehrsteilnehmern beim Flanken-, Gegenfahr- und Folgefahrschutz. Ebenfalls ist häufig die Geschwindigkeit auf einem abzweigenden Gleis verringert und muss aufgrund dessen überwacht werden. Eine genaue Betrachtung eines jeden Fahrwegelements ist daher in der Praxis unumgänglich.

Im Bereich LST erfährst du mehr zum Thema Sicherheit in der Sicherungstechnik.