Stromschiene

Ein Gleisstromkreis ist eine elektrische Schleife, die von den beiden Schienen einer Bahnlinie gebildet wird, wobei der Zug selbst als Leiter fungiert und den Stromkreis schließt. Ein Niederspan­nungsstrom (typischerweise 0,5 bis 4 A bei Frequenzen von 50 Hz bis 10 kHz je nach System) wird an einem Ende zwischen die Schienen eingespeist, und am anderen Ende sitzt ein Relaisempfänger. Wenn ein Zug vorhanden ist, schunten seine Räder und Achsen den Strom ab, und das Relais erkennt diese Änderung des elektrischen Zustandes. Dieses einfache Prinzip bildet seit über 150 Jahren das Rückgrat der Eisenbahnsicherung, weil es fehlersicher ist: Ein Unterbruch im Stromkreis (ein Schienenbruch oder Signalverlust) wird so behandelt, als würde ein Zug vorhanden sein, was den Verkehr stoppt, anstatt ein falsches Freisignal zuzulassen.

Gleisstromkreise sind normalerweise in Blöcke unterteilt: Gleisabschnitte von etwa 300 Metern bis 1 km Länge, jeder mit seinem eigenen vollständigen Stromkreis. Wenn die Vorderräder eines Zuges in einen Block einfahren, wird das Relais dieses Blocks entregt; wenn die Hinterräder ausfahren, wird das Relais wieder erregt. Dies bildet die Grundlage für automatische Blocksignalisierung (ABS), bei der sich Signale rein aufgrund der Gleisbesetzung ändern, ohne dass menschliche Bediener Signale verstellen müssen. Die meisten modernen Eisenbahnen verlassen sich immer noch auf Gleisstromkreise als primäres Zugmeldeverfahren, oft in Verbindung mit moderner Signalisierungslogik, die computergestützt sein kann.

Varianten und technische Herausforderungen

Die Hauptvarianten unterscheiden sich in Frequenz und Empfindlichkeit. Niederfrequente (NF) Gleisstromkreise, typischerweise 100 bis 10.000 Hz, sind am häufigsten, weil sie relativ unempfindlich gegen Streuerdströme und den Gleichstrom-Fahrstrom sind, den viele Eisenbahnsysteme nutzen. Einige Systeme verwenden sehr niederfrequente (VLF) Stromkreise, die eine Detektion über längere Blöcke ermöglichen, aber eine empfindlichere Relaisabstimmung erfordern. Hochgeschwindigkeitsbahnen erfordern schnellere Reaktionszeiten und nutzen hochfrequente Stromkreise oder zusätzliche Erkennungsverfahren wie Achszähler.

Gleisstromkreisausfälle sind selten, aber ernst. Verschmutzung der Gleisbettung kann die Isolation zwischen den Schienen verringern und zu falscher Entregerung führen, wenn kein Zug vorhanden ist, was Signale auf Fahrt setzt und den Verkehr unnötig stoppt. Schienenkorrosion oder schlechte Verbindungen zwischen Schienenabschnitten können den Stromkreis ganz unterbrechen. Schnee, Eis und stehendes Wasser können auch die Relaisleistung verschlechtern. Die Shunt-Impedanz (der Widerstand, den die Räder und Achsen eines Zuges dem Stromkreis entgegensetzen) variiert unvorhersehbar mit Radzustand, Belastung und Wetter; wenn sie zu hoch ist, kann das Relais nicht ansprechen.

Der Name ist einfach: ein Stromkreis, der von der Strecke selbst gebildet wird. Die Technik stammt aus der Zeit vor der modernen Elektronik und hält sich, weil sie keine Stromversorgung am Gleis benötigt und sicher ausfällt. Wo Gleisstromkreise ersetzt werden, geschieht dies typischerweise durch Technologien wie Wegmelder (neben dem Gleis vergrabene Induktionsschleifen) oder Dopplerradar, die die Isolationsprobleme vermeiden, die Schienensysteme plagen, die Wetter, Gleisbettung und elektrolytischer Korrosion ausgesetzt sind. Allerdings bleibt der Gleisstromkreis auf den meisten konventionellen Eisenbahnen der Industriestandard, weil er sich bewährt hat und der Ersatz von Millionen Kilometern bestehender Infrastruktur kostspielig ist.