Signale setzen

Signale setzen: Mit Warnsystemen für den Gleisbau

Automatische Warnsysteme für den Gleisanlagenbau schützen nicht nur Menschenleben - sie ermöglichen auch den sicheren Betrieb einer Strecke trotz Bauarbeiten. Der volkswirtschaftliche Nutzen ist enorm, die Anforderungen an die Entwickler solcher Systeme sind es ebenso. Ein hoch spannendes Tätigkeitsfeld - auch für zwei Brunel Spezialisten in Kiel.

Es ist wenige Minuten nach zehn Uhr auf der Bundesbahntrasse zwischen Leipzig und Erfurt: Ein Vegetationspflegetrupp befreit den Bereich neben den Gleisen von unerwünschtem Bewuchs. Der Geräuschpegel der eingesetzten Geräte ist so hoch, dass die Arbeiter Lärmschutzhelme tragen. Plötzlich entfernen sie sich, wie von Geisterhand geführt, von den Gleisen. Zwanzig Sekunden später passiert der Intercity-Express von Berlin nach München die Arbeiter mit etwa 120 km/h. Sie arbeiten „unter dem rollenden Rad“, wie Verkehrsexperten sagen. Diese Vorgehensweise beeinträchtigt den fließenden Verkehr nicht oder nur geringfügig, stellt aber hohe Anforderungen an die Sicherheitstechnik: Jeder Arbeiter trägt einen kleinen Funkempfänger, der von einem Gleiskontakt etwa 1.000 Meter vor dem Tätigkeitsbereich ein Signal erhält, sobald ein Zug naht. Ein ausfallsicherer Mikrocontroller in den Helmen erzeugt im integrierten Lärmschutzkopfhörer deutlich hörbare Warntöne. Das Vegetationswarnsystem ist ein neues Produkt der Zöllner Signal GmbH aus Kiel. Das erste Produkt des 1946 gegründeten Unternehmens war ein Nebelhorn für Schiffe. Heute zählt Zöllner mit Projekten von Brasilien bis Australien zu den Weltmarktführern bei Warnsystemen für die Schifffahrt, den Schienenverkehr und für Industrieanlagen.

Mobiles System bis 126 Dezibel

Eine der zentralen Produktgruppen sind kabel- oder funkbasierte Warnsysteme für den Gleisanlagenbau – wie das Helmwarnsystem, an dessen Entwicklung in einem etwa 35-köpfgen Team auch zwei Brunel Spezialisten beteiligt waren: Martin Fischer als Projekt- und Lars Dietrich als Testingenieur. „Grundsätzlich bestehen solche Systeme aus drei Komponenten“, erläutert Martin Fischer: „Einer Sensorik, die den herannahenden Zug detektiert, einer zentralen Steuerungseinheit, die Komponenten wie die Funkqualität und Akkukapazitäten überwacht sowie einer Aktorik, die akustische und optische Warnsignale erzeugt.“ Einige Kriterien wie die Dauer der Rüstzeit, die Flexibilität für unterschiedliche Einsatzszenarien oder die Schnelligkeit der Datenverarbeitung generieren immer wieder neue Entwicklungsschübe der Technologie. Auch Erweiterungen in puncto Sicherheit sowie Anpassungen aufgrund neuer Normen oder zugunsten der Robustheit und des Handlings führen zu Neuerungen. Zurzeit arbeitet Software-Entwickler Martin Fischer an der Weiterentwicklung eines mobilen Warnsystems mit externen Starktonhörnern als Warngeber, die einen Schalldruck bis 126 Dezibel erzeugen.

Das entspricht dem Lärm eines startenden Düsenjets in etwa 100 Metern Entfernung. Der 36-Jährige erläutert: „Die Geräte sollen so modifziert werden, dass sie zu einem hochflexibel einsetzbaren System konfguriert werden können, in dem der Schalldruck der Signalhörner automatisch an die Umgebungsgeräusche angepasst wird, um die Lärmbelästigung für Anwohner gering zu halten.“ Als Programmierwerkzeug dient ihm die integrierte Entwicklungsumgebung Eclipse, als Programmiersprache C oder C++. Den Großteil seiner Arbeitszeit investiert Fischer in die Vorbereitung der Programmierung: „Die hohen Ansprüche an die Sicherheit der Geräte machen eine detaillierte Entwurfsphase sowie eine vorausgehende und begleitende Dokumentation des Entwicklungsprozesses unumgänglich.“ Auch Testingenieur Lars Dietrich, der auf zehn Jahre Erfahrung als Software-Entwickler in der Automotive-Branche zurückschaut, bringt sein Know-how in dieses Projekt ein und erläutert: „Um für die modifzierten Software-Module die Testdokumente zu überarbeiten, wird überprüft, ob Regressionstests ausreichend sind – also die Wiederholung von Tests, die vor der Modifkation erfolgreich waren – oder neue Testfälle erstellt werden müssen.“ Sein beruflicher Alltag ist ebenso geprägt von der Erstellung von Testdokumenten und Protokollen zur Einhaltung der hohen Sicherheitsstandards. Die Kernaufgabe des 42-Jährigen beginnt mit der Prüfung der einzelnen Software-Module auf Fehler im Quellcode (White-Box-Tests) sowie auf Fehler gegenüber der Spezifkation (Black-Box-Tests). Haben die Module diese Untersuchungen bestanden, folgen Integrationstests, die die Schnittstellen zwischen den Modulen sowie zwischen Softund Hardware überprüfen. Letztlich wird das gesamte Warnsystem im fnalen Zustand im Labor und auf frmeneigenen Testschienen getestet – nur das Herannahen des Zuges wird simuliert.

Die Entwicklungen und Tests folgen bei Zöllner dem V-Modell. Dabei sind eine Reihe von nationalen und länderübergreifenden Normen zu beachten, etwa die der CENELEC (Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung) zur funktionalen Sicherheit. „Das Einhalten der verschiedenen Sicherheitsnormen ist die eigentliche Herausforderung des Projekts“, betont Testingenieur Dietrich. Software-Spezialist Fischer bringt es auf den Punkt: „Jedes Teammitglied ist sich bewusst, dass von der Qualität seiner Arbeit Menschenleben abhängen können. Diese Verantwortung spornt uns an.“ Um dieser gerecht zu werden, sind in das Warnsystem zum Beispiel zwei redundante, unabhängig voneinander entwickelte Programme integriert, die sich gegenseitig überwachen und bei widersprüchlichen Ergebnissen eine Fehlermeldung ausgeben. Und die Anforderungen der Kunden steigen weiter. Der Leiter des Zöllner-Entwicklungsteams, Dr. Carsten Green, wirft einen Blick in die Zukunft: „Die Entwicklung im Gleisanlagenbau geht in Richtung stellwerkbasierter Warnsysteme. Damit werden der fließende Verkehr noch weniger gestört, die Rüstzeiten weiter minimiert und der Geräteeinsatz noch flexibler.“ Ein Warnrechner im Stellwerk wertet Weichenstellungen und Signalzustände aus und sendet per GSM-R (Global System for Mobile Communications – Rail) oder Digitalfunk bei Bedarf Befehle an die Warngeräte vor Ort. Solche Systeme wurden mit RFID-Tags (Radio Frequency Identifcation), die entlang der Gleise positioniert sind, bereits erfolgreich erprobt: Ein Arbeitstrupp meldet seine Warnanlage im Baustellenbereich an und erhält dann automatisch alle für diese Position relevanten Warnmeldungen aus dem Stellwerk



Text: Dr. Ralf Schrank