Die Bahn als kritisches Gesamtsystem Die Zuverlässigkeit der SBB beginnt bei der Messtechnik

Das Schweizer Bahnsystem ist hochkomplex und sehr anspruchsvoll. Mess- und Prüftechnik macht Zustände von Fahrweg, Energieversorgung und Fahrzeugen sichtbar, ermöglicht zustandsbasierte Instandhaltung und liefert die normkonformen Nachweise für Sicherheit und Verfügbarkeit im Betrieb.

Der Bahnbetrieb in der Schweiz gehört zu den anspruchsvollsten Europas: hohe Netzauslastung, dichter Taktverkehr, gemischte Nutzung durch Personen- und Güterzüge und kurze Sperrfenster. Hinzu kommt eine Topografie, die Infrastruktur und Fahrzeuge dauerhaft fordert. Unter diesen Rahmenbedingungen ist Zuverlässigkeit kein «Charakterzug» der Bahn, sondern das Ergebnis technischer Kontrolle. Entscheidend ist, dass der reale Zustand von Anlagen und Fahrzeugen nicht vermutet wird, sondern belastbar bestimmt werden kann. Aus Sicht der Systemtechnik ist die Bahn ein komplexes Gesamtsystem: Die Faktoren Infrastruktur, Energieversorgung, Leit- und Sicherungstechnik sowie Fahrzeuge greifen ineinander. Sicherheitsrelevante Eigenschaften ergeben sich aus dem Zusammenspiel dieser Subsysteme und potenzielle Störungen können sowohl an den Einzelkomponenten als auch an Schnittstellen auftreten. Mess- und Prüftechnik liefert die objektive Basis, um das System im Betrieb beherrschbar zu halten: Sie macht Zustände sichtbar, quantifiziert Abweichungen und erlaubt es, Risiken frühzeitig zu erkennen, bevor diese den Betrieb oder die Sicherheit einschränken.

Regulierung und Nachweislogik in der Schweiz

Dass Bahnsicherheit nicht nur eine Betriebsaufgabe, sondern auch eine Nachweisaufgabe ist, zeigt der regulatorische Kontext. Die schweizerische Eisenbahnverordnung (EBV) regelt ausdrücklich Planung, Bau, Betrieb und Instandhaltung von Bahnanlagen und Fahrzeugen. Sie setzt damit einen Rahmen, in dem sicherheitsrelevante Aspekte nicht nur umgesetzt, sondern je nach Vorhaben auch nachvollziehbar belegt werden müssen. Für bestimmte Bewilligungsverfahren verlangt die EBV eine Bewertung der Sicherheit bzw. Konformität durch unabhängige Prüfstellen. Das Bundesamt für Verkehr (BAV) stützt sich in seinen Verfahren auf solche Bewertungen und präzisiert die Anforderungen in Richtlinien. In der Praxis bedeutet das: Mess- und Prüfdaten müssen als technische Entscheidungsgrundlage taugen – intern in der Instandhaltung ebenso wie in Nachweis- und Freigabeprozessen.

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Die Bahn als hochkomplexes, technisches Gesamtsystem

Das Bahnsystem besteht aus einer Vielzahl eng gekoppelter Subsysteme:

• Infrastruktur: Fahrweg (Gleis, Weichen, Unterbau), Bauwerke, Lichtraum, Bahnübergänge

• Energieversorgung: Fahrleitung, Rückstromführung, Unterwerke, Erdungskonzepte

• Leit- und Sicherungstechnik: Signale, Stellwerke, Zugsicherung, Kommunikationsnetze

• Fahrzeuge: Antrieb, Bremsen, Fahrwerk, Leistungselektronik, Diagnosesysteme

Das technisch Anspruchsvolle ist selten die isolierte Einzelkomponente, sondern die Wechselwirkung der Subsysteme. So sind beispielsweise auffällige Rad-Schiene-Kräfte nicht nur ein Fahrzeugthema. Sie können auf veränderte Fahrwerkeinstellungen hinweisen, auf Infrastrukturzustände wie Gleislagefehler, Unregelmässigkeiten im Oberbau oder veränderte Steifigkeiten. Deshalb bedeutet Mess- und Prüftechnik im Bahnumfeld immer auch Systemdiagnostik. Sie verbindet lokale Messwerte mit einem Verständnis für Ursachenketten.

Sicherheit als messbare Systemeigenschaft

Sicherheit im Bahnbetrieb lässt sich zu einem wesentlichen Teil auf messbare Zustände zurückführen: elektrische Parameter (u. a. Spannung, Strom, Isolation), mechanische Grössen (Kräfte, Beschleunigungen, Schwingungen), thermische Zustände (Erwärmung, Temperaturgradienten) und zeitkritische Signalverläufe in der Sicherungstechnik. Entscheidend ist dabei der zeitliche Aspekt: Ein einmaliger Nachweis reicht im Betrieb nicht aus, weil Alterung, Belastungswechsel und Umwelteinflüsse die Parameter schleichend verschieben. Der praktische Kern lautet daher: Sicherheit wird nicht nur entwickelt und abgenommen, sondern im Betrieb kontinuierlich oder zyklisch revalidiert. Diese Logik spiegelt sich auch in der Realität der SBB-Infrastruktur wider: Viele Anlagen sind seit Jahrzehnten im Einsatz, während die Anforderungen an Verfügbarkeit und Durchsatz weiter steigen. Mess- und Prüftechnik ist damit ein Werkzeug, um Alterung nicht nur zu erkennen, sondern in ihrer Dynamik zu verstehen.

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Vier Ebenen, unterschiedliche Anforderungen

In der Praxis hilft eine saubere Begriffstrennung, weil sonst falsche Erwartungen entstehen:

• Messung: erfasst physikalische Grössen (z. B. Strom, Temperatur, Geometrie)

• Prüfung: setzt Messwerte in Beziehung zu Grenzwerten, Referenzen oder Normanforderungen

• Überwachung: wiederholt oder kontinuierlich, um Veränderungen frühzeitig zu erkennen

• Diagnose: ordnet Abweichungen Ursachen ein und leitet Massnahmen ab

Diese Ebenen gehören zusammen, haben aber unterschiedliche Anforderungen an Verfahren, Dokumentation und Datenqualität. Gerade im Bahnumfeld, wo Messwerte oft in Entscheidungen mit Sicherheits- und Verfügbarkeitsfolgen einfliessen, lohnt es sich, das System so aufzusetzen, dass aus Messwerten belastbare Schlüsse werden.

Zustandsbasierte Instandhaltung statt starrer Intervalle

Eine intervallbasierte Instandhaltung ist gut planbar, aber sie berücksichtigt oftmals nicht, dass Belastungen stark variieren können: Mischverkehr erzeugt andere Verschleissbilder als homogener Verkehr, die Topografie beeinflusst Brems- und Antriebsprofile und eine hohe Betriebsdichte verkürzt Reaktionszeiten. Dagegen nutzt die zustandsbasierte Instandhaltung Mess- und Prüfdaten, um Eingriffe so zu priorisieren, dass potenzielle Abweichungen oder Anlagenausfälle frühzeitig erkannt und vermieden werden. Trendanalysen bieten hier einen zentralen Mehrwert. Nicht der einzelne Messpunkt ist entscheidend, sondern die zeitabhängige Veränderung der Messwerte. Das gilt für Schwingungssignaturen, elektrische Kennwerte, Geometrieparameter oder thermische Verläufe gleichermassen. Unter Schweizer Bedingungen – kurze Sperrpausen und hohe Verfügbarkeitsanforderungen – ist dieser Ansatz besonders relevant, da er Massnahmen präziser und planbarer macht.

Messtechnik als Teil des Gesamtsystem

• Fahrweg: zerstörungsfreie Prüfung von Geometrie und Lichtraum – Für sichere Fahrwege ist die frühzeitige Erkennung von Material- und Geometriefehlern entscheidend. Schienenfehler können mittels zerstörungsfreier Prüfung früh erkannt und klassifiziert werden. Die SBB beschreibt dafür u. a. Ultraschall- und Wirbelstromprüfungen zur Schienenfehlerklassifizierung sowie Weichenanalyse-Systeme zur Lifecycle-Optimierung. Solche Verfahren adressieren typische Schadensmechanismen wie Rissbildung oder Materialermüdung, bevor sie zu betrieblichen Einschränkungen führen. Auch der Nachweis des Lichtraumprofils ist hier zu nennen: Mit laserbasierten Systemen lassen sich Distanzen und Freiräume an Infrastrukturanlagen überprüfen. In Bahnumgebungen gelten enge Toleranzen, da Abweichungen vom Lichtraumprofil nicht nur einen Qualitätsmängel darstellen, sondern potenziell sicherheitsrelevant sind.

• Fahrzeuge als Messplattform: von Einzelmessung zur kontinuierlichen Zustandsinformation – Ein Trend mit hohem Nutzwert ist es, Fahrzeuge als mobile Sensorplattformen zu nutzen. Das ist interessant, weil Messungen aus seltenen Spezialfahrten teilweise in den Regelbetrieb verlagert werden. Ein konkretes Beispiel kommt von der Berner Fachhochschule (BFH) in Zusammenarbeit mit der SBB: Dort wurde ein Onboard-Überwachungssystem entwickelt, das bestimmte Messfahrten teilweise ersetzen soll. Hintergrund ist die für bogenschnell fahrende Neigezüge geforderte regelmässige Überwachung der Fahrzeugdynamik (Rad-Schiene-Kräfte), die bisher unter anderem mit Messradsätzen bei Inspektionsfahrten ermittelt wird. Das Beispiel verdeutlicht, wie Mess- und Prüftechnik heute strategisch genutzt wird: nicht nur als periodischer Check, sondern als kontinuierlicher Datenstrom, der Zustände im Betrieb sichtbar macht. Für die Instandhaltung bedeutet das: mehr Trendwissen, bessere Planbarkeit und weniger ungeplante Eingriffe.

• Energieversorgung: elektrische Sicherheit, Rückstrom, Qualität der Versorgung – Im Bereich Energieversorgung und elektrische Anlagen sind Messungen oft direkt mit Betriebssicherheit und Personenschutz gekoppelt. Zu relevanten Grössen zählen Spannungsverläufe, Stromstärken, Einschaltströme sowie Isolations- und Erdungswiderstände. Solche Messungen dienen nicht nur dem Finden von Fehlern, sondern der Beurteilung von Risiken: Kontaktprobleme, Materialalterung von Isolationen oder unerwünschte Rückstrompfade entwickeln sich über Zeit und lassen sich durch wiederholte, vergleichbare Messungen deutlich früher erkennen als durch reine Sichtkontrolle. Gerade in komplexen Anlagenbereichen wie in Bahnhöfen und im Tunnelumfeld ist der Messaufbau häufig entscheidend: Abschirmung, EMV-Einflüsse, temporäre Betriebszustände und definierte Lastfälle beeinflussen Messwerte erheblich. Der Nutzwert entsteht daher nicht allein durch Gerätequalität, sondern durch Messplanung und die Fähigkeit, Ergebnisse korrekt zu interpretieren.

• Datenqualität: Was im Feld entscheidet – Mit zunehmender Sensorik steigt das Datenvolumen, was jedoch nicht automatisch die Aussagekraft erhöht. In der Praxis entscheidet oft das Handwerkliche: saubere Referenzierung, konsistente Messkonfiguration, kontrollierte Messunsicherheit und vollständige Datenketten bis hin zur Auswertung. Wer Messdaten als Beweis oder Entscheidungsgrundlage nutzen will, muss daher mindestens drei Dinge im Griff haben: Messunsicherheit und -bedingungen (Temperatur, Feuchte, EMV), Vergleichbarkeit über Zeit (Messverfahren, Referenzwerte), Interpretationsregeln (Was gilt als statistische Abweichung, was als normaler Drift?).

Messtechnik für die SBB: Mit Trans- parenz die Versorgungsqualität sichern

Der Schweizer Bahnstrom bildet einen eigenständigen Teil der Energieversorgung und versorgt die Züge (16,7 Hz), während die 50-Hz-Netze Bahnhöfe, Betriebsgebäude und die Infrastruktur speisen. Die SBB stellt ihren Bahnstrom vollständig aus erneuerbaren Quellen bereitstellt. Den wachsenden Leistungsbedarf sichert sie mit einer zunehmend digitalisierten Netzführung ab (Smart Grid), um ein gleichmässiges Lastprofil zu erreichen und durch die gezielte Steuerung von Traktionsleistungen die Anlagen zu entlasten. Gleichzeitig zielen die Investitionen in das Bahnstromnetz darauf ab, die Versorgungssicherheit zu erhöhen und die Wiederaufbauzeit nach einem Netzausfall deutlich zu verkürzen.

Messtechnik schafft die Transparenz über Netz- und Anlagenzustände, die für eine stabile Energieversorgung erforderlich ist. Sie erfasst Energieflüsse und Qualitätsparameter und liefert damit die Grundlage für eine datenbasierte, vorausschauende Betriebsführung bei optimaler Energieeffizienz. Zur kontinuierlichen sowie temporären Überwachung von Verteilnetzen werden zum Beispiel Netzqualitätsanalysatoren (Power Quality Analyzer) eingesetzt. Diese machen Spannungsschwankungen, Transienten und Oberschwingungen sichtbar, bevor es zu Störungen oder Geräteschäden kommt. Leistungsanalysatoren ergänzen dieses Bild, indem sie Lastprofile und Energieflüsse quantifizieren und so eine fundierte Laststeuerung ermöglichen. Sie bilden eine Bewertungsgrundlage für Einsparpotenziale und Wartungsmassnahmen.

Für die hohe Versorgungssicherheit ist eine systematische und zustandsorientierte Instandhaltung der Netzinfrastruktur unverzichtbar. Dies schliesst die Überwachung von Bahnleitungen, Transformatoren und Schaltanlagen mit ein, um thermische Auffälligkeiten, Kontaktprobleme oder Isolationsschwächen frühzeitig zu erkennen. Hierfür haben sich thermografische sowie akustische Messverfahren etabliert: Wärmebildkameras machen thermische Auffälligkeiten und Energieverluste in elektrischen und mechanischen Anlagen sichtbar, während Schallkameras die Diagnose von Teilentladungen, insbesondere in Hochspannungsbereichen, unterstützen. So lassen sich beginnende Schäden im laufenden Betrieb zu lokalisieren.

Innovative Baumaterialien für Schienennetze können die Lärmbelästigung und Vibrationen reduzieren. Bei der Erprobung neuer Bahnschwellen, etwa aus Kunststoff, werden Beschleunigungs- und Temperatursensoren direkt an den Schwellen einer Teststrecke eingesetzt. Die Sensoren sind an einen Datenlogger angeschlossen, der die Signale mit hohem Frequenzgang erfasst. Aus den Messwerten lassen sich zum Beispiel die Verformung oder Verschiebung der Schwellen im Gleisbett oder die Geschwindigkeit der fahrenden Züge auf der Wegstrecke ableiten. Besonders praxisrelevant ist die ereignisgesteuerte Aufzeichnung: Der Datenlogger speichert Messwerte nur dann, wenn tatsächlich ein Zug die Messstelle passiert. So entstehen aussagekräftige Datensätze ohne unnötige Datenmengen.

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