Eingabewerte und Ergebniswerte
19. Mit dem Sperrzeitpuffer wird eine gewissse Betriebsqualität sichergestellt. Insbesondere lassen sich Verspätungen weniger auf andere Zugfahrten anstecken. Diesen Wert wählt der Anwender in Minuten aus.
20. Der maximale streckenseitige Durchsatz beschreibt die Anzahl der Züge pro Stunde und Richtung, die den betrachteten Streckenquerschnitt passieren. Diesen Durchsatzwert bezeichnet man auch gern als Leistungsfähigkeitswert. Er ist aber mit großer Vorsicht zu genießen, denn dieser gilt nur unter weiteren Annahmen, insbesondere unter der Annahme, dass alle Züge gleich fahren.
1a. Die Sperrzeit eines Blocks oder eines Gleisabschnitts hängt wesentlich von der Zugsicherungstechnik ab. Insbesondere der Sperrzeitbestandteil „Annäherungsfahrzeit“ ist bei der klassische PZB anders zu berechnen als bei vielen anderen Zugsicherungssystemen. Aber auch die Signalsichtzeit ist stark unterschiedlich. Deswegen ist zuerst vom Bediener eine Auswahl des Zugsicherungssystems zu treffen, anhand dieser sich das Eingabeformular anders aufbaut. Im Sperrzeitrechner sind die wichtigsten Zugsicherungssysteme im Dropdownfeld hinterlegt.
1b. Bei einigen Zugsicherungssystemen ist eine Automatisierung im Sinne eines komplett fahrerlosen Betriebes denkbar. In solchen Fällen, sinkt die Signalsicht auf ein Minimum.
2a. Die Stellwerksart bedingt, wie lange die Fahrstraßenbildezeit und die Fahrstraßenauflösezeit dauern. Im Sperrzeitrechner sind die wichtigsten Stellwerksarten im Dropdownfeld hinterlegt.
2b. In kleinem Maße beeinflusst die Anzahl der zu stellenden Weichen die Fahrstraßenbildezeit, denn sie werden gewöhnlich aus verschiedenen Gründen nicht gleichzeitig sondern zeitlich seriell gestellt. Im Sperrzeitrechner sind die groben Kategorien im Dropdownfeld hinterlegt.
3a. Bei einer Leistungsfähigkeits-berechnung ist erheblich entscheidend, ob im betrachteten Block ein Verkehrshalt stattfindet. Dies ist zumindest bei Leistungsfähigkeitsberechnungen auf Strecken mit Haltepunkten notwendigerweise mit zu betrachten.
3b. Die Verkehrshaltezeit wird der Einfachheit halber der Fahrzeit im Block hinzugefügt. Sie wird in Sekunden angegeben.
4a. Der Blockabstand ist bei der klassischen PZB Technik hier zu bemessen von Hauptsignal bis hin zur Gleisfreimeldeeinrichtung des nachfolgenden Hauptsignals. Bei den anderen Techniken sind es die technischen Blockgrenzen bzw. Gleisabschnittsgrenzen von Gleisfreimeldeeinrichtung zu Gleisfreimeldeeinrichtung. Im Sperrzeitrechner ist der entsprechende Wert in Metern einzugeben.
4b. Der Vorsignalabstand bestimmt unter anderem die Zeitdauer der Annäherungsfahrzeit und ist nur bei der klassischen PZB vorhanden und relevant. Im Sperrzeitrechner ist der entsprechende Wert in Metern einzugeben.
5. Die Zuglänge bestimmt zusammen mit der zuvor angegebenen mittleren Fahrgeschwindigkeit die Raumzeit. Je länger der Zug ist, umso länger dauert die Raumzeit. Im Sperrzeitrechner wird sie in Metern angegeben.
6. Bei den höherwertigen Zugsicherungssystemen benötigt man für diese Durchfahrungszeit der Annäherungsfahrzeit den vermeintlichen Bremsweg. Das ist nur durch den Betriebsbremsverzögerungswert möglich. Im Sperrzeitenrechner sind die wichtigsten Werte im Dropdown Feld hinterlegt und kommentiert. Die Werte selbst sind in der Einheit Meter pro Sekunde in Quadrat angegeben.
7. Die mittlere Fahrgeschwindigkeit im Block ergibt zusammen mit dem Blockabstand die Fahrzeit im Block. Auf diese Geschwindigkeit greift der Sperrzeitrechner aber auch an anderen Stellen zurück. Den Wert gibt der Anwender in Kilometern pro Stunde ein.
11. Die resultierende Fahrstraßenbildezeit beschreibt die Zeit beginnend mit dem Fahrstraßenanstoß und endend mit der fertig gestellten Fahrstraße.
12. Die resultierende Signalsichtzeit ist eine notwendige Zeitdauer im Sinne einer Art grünen Welle. Sie beginnt mit dem Signalsichtzeitpunkt . Im Sperrzeitrechner werden durchschnittliche Annahmewerte in Abhängigkeit der Zugsicherungstechnik angenommen.
13. Die resultierende Annäherungsfahrzeit ist eine notwendige vorgelagerte Durchfahrungszeit und zwar einer Wegstrecke, die mindestens im Bremswegabstand bemessen ist. Bei der klassischen PZB Technik ist diese Wegstrecke die Strecke zwischen Vorsignal und Hauptsignal.
14. Die resultierende Fahrzeit im Block ist die Durchfahrungszeit des relevanten Block bzw. des Gleisabschnitts.
15. Die resultierende Räumzeit ist die Zeit, die vergeht, um den relevanten Block bzw. Gleisabschnitt mit der kompletten Zuglänge räumt.
16. Die resultierende Fahrsraßenauflösezeit ist die notwendige Zeitdauer zur Auflösung und Grundstellung des Blocks.
17. Für den Fall, dass der Anwender eine Berechnung mit einem Verkehrshalt auswählt, gibt es weitere Sperrzeitzuschläge. Zum einen ist das die Haltezeit selbst, zum anderen ist das ein Zuschlag aufgrund eines projektierten Durchrutschweges. Der Nachfolgezug kann nämlich nur dann eine Fahrstraße bekommen, wenn auch der Durchrutschweg frei ist und für diesen eingestellt werden kann. Dies führt dazu, dass sich die Sperrzeit um etliche Sekunden verlängert.
18. Die resultierende Gesamtsperrzeit ist die Summe aus den vorgenannten Sperrzeitbestandteilen. Sie ist eine notwendige aber bei weitem nicht hinreichende Größe zur Ermittlung des maximal möglichen Streckendurchsatzes.
Physikalische Annahmen
Durch die Berechnung der Sperrzeit sind folgende physikalische Annahmen und Vereinfachungen unterstellt:
Die Fahrstraßenbildezeit ist als durchschnittlicher Konstantwert hinterlegt, welcher von der Zugsicherung abhängt. Für ein mechanisches Stellwerk sind 25 Sekunden angesetzt. Beim elektromechanischen Stellwerk sind es 5 Sekunden. Bei allen anderen wie zum Beispiel Elektronischen Stellwerk sind es 4 Sekunden. Als zweiter Term geht ein variabler Anteil in Abhängigkeit der Anzahl der zu stellenden Weichen ein. Dies sind gestaffelte Werte von 1 bis 7 Sekunden. Diese Annahmen treffen den Schnitt, in der Realität gibt es aber durchaus Abweichungen.
Bei der Signalsichtzeit ist ebenso ein Konstantwert angenommen, der jedoch von der Zugsicherungsart abhängt. Bei der PZB beträgt dieser 12 Sekunden und ist nur ein grob angenommener Durchschnittswert mit hoher Streuung. Bei den anderen Systemen sind das 4 Sekunden, auch bekannt unter dem Begriff „indication time“. Das ist die Zeit, die das Fahrpersonal beispielsweise mit einem Blinklicht auf einen Bremsvorgang vor informiert wird.
Die Annäherungsfahrzeit trägt die Annahme, dass während des ganzen Bereiches vor dem Abschnitt mit einer konstanten Geschwindigkeit gefahren wird. Auch hier kann es in der Realität Abweichungen geben. Diese Annahme gilt für alle Zugsicherungssysteme, auch wenn deren Annäherungsfahrzeiten komplett unterschiedlich berechnet werden.
Bei der Fahrzeit im Abschnitt gibt es die analoge Annahme, dass der Zug eine konstante Geschwindigkeit hat.
Ebenso unterliegt die Räumzeit der Annahme, dass der Zug eine konstante Geschwindigkeit hat.
Die Fahrstraßenauflösezeit ist analog zur Bildezeit als durchschnittlicher Konstantwert hinterlegt. Dieser Wert hängt ebenso von der Zugsicherungstechnik und beträgt vereinfacht die Hälfte der Fahrstraßenbildezeit.
Formeln und Herleitung
Die resultierende Sperrzeit setzt sich aus den sechs Sperrzeitbestandteilen zusammen. Im Unterkapitel „physikalische Annahmen“ wird bereits auf alle genau eingegangen. Wie dort bereits erwähnt, ergeben sich die Fahrstraßenbildezeit (2), die Signalsichtzeit (3) und die Fahrstraßenauflösezeit (9) überwiegend aus konstanten Festwerten, die von der Zugsicherungstechnik und der Stellwerksbauform abhängig sind.
Weitaus interessanter ist die Berechnung der Annäherungsfahrzeit (4). Bei der PZB Technik ist sie recht gut begreifbar, nämlich die zu fahrende Streckendistanz geteilt durch die angenommene Fahrgeschwindigkeit des Zuges.
Bei ETCS Level 2 oder LZB ist die Formel umso schwerer zu verstehen (5). Sie ist die wohl verfänglichste Formel in der Bahntechnik: Die Annäherungsfahrzeit ist hier die Durchfahrungszeit einer bestimmten Distanz. Diese bestimmte Distanz ist ein vermeintlicher Bremsweg in Abhängigkeit der Verzögerung des Zuges (zweiter Term von 5, einhalb v-Quadrat durch a). Mit dem vermeintlichen Bremsweg ist die Distanz gemeint, die ein Zug für eine normale Betriebsbremsung benötigen würde, falls die nachfolgenden Abschnitte nicht frei werden. Diese Bremsung findet im Normalfall nicht statt, sodass der Zug diese Distanz mit seiner vorherrschenden Geschwindigkeit durchfährt (erster Term). Gekürzt sieht die Formel verdächtig ähnlich aus wie die Formel für die Verzögerungszeit, ist aber eine andere!
Die Durchfahrungszeit des Gleisabschnittes (7) und die Räumfahrzeit (8) verhalten sich wie die Annäherungsfahrzeit in (4), nur mit anderen Längen und Geschwindigkeitswerten.
Herleitung der allgemeinen Sperrzeitformel
Herleitung der einzelnen Formeln für die Sperrzeitbestandteile
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