Die Münchner U-Bahn kennt zwei Fahrsysteme: das Fahren nach ortsfesten Signalen (kurz FO) und das Fahren nach Linienzugbeeinflussung (LZB). Während die Signale selbst an anderer Stelle beschrieben sind, geht es hier darum, wie ein Zug tatsächlich bewegt und abgesichert wird. Im Alltag ist die LZB das Hauptbetriebssystem; nach ortsfesten Signalen wird nur in bestimmten Situationen gefahren.
Fahren nach ortsfesten Signalen (FO)
Beim Fahren nach ortsfesten Signalen richtet sich der Fahrer wie bei einer „klassischen" Bahn nach den Haupt- und Vorsignalen entlang der Strecke. Im Regelbetrieb kommt FO nur zwischen etwa 23:00 und 02:30 Uhr zum Einsatz. So bleibt das im Wechselschichtdienst arbeitende Fahrpersonal in diesem System geübt; Fahrerinnen und Fahrer, die sonst nicht zu diesen Zeiten unterwegs sind, lassen sich dafür eigens einige Stunden im Monat einteilen.
Darüber hinaus fährt der erste Zug jeder Linie grundsätzlich nach FO, um die Funktion der Signale zu überprüfen. Auch Schadzüge und Arbeitsfahrzeuge verkehren immer in diesem System.
Für den FO-Betrieb müssen die Signale „hell geschaltet" werden. Das geschieht automatisch über die Zugnummer: Ein nach FO fahrender Zug erhält im Stellwerk eine „helle" Zugnummer (etwa H20103P6), die zugleich die Hellschaltung auslöst. Anhand der Zugnummer stellt ein Rechner – die sogenannte Zuglenkung – außerdem die Fahrstraßen passend zu Linie und Ziel automatisch ein.
Wenn ein Signal überfahren wird: die Fahrsperre
Damit ein haltzeigendes Signal nicht versehentlich überfahren werden kann, sind die Hauptsignale mit einer Fahrsperre gesichert – einem Magneten im Gleis, der bei den Signalbildern Hp 0 (Halt), Hp 4 (Vorrückverbot) und Hp 5 (Ersatzsignal) wirksam ist. Sein Gegenstück sitzt am Fahrzeug vor dem ersten Drehgestell. Überfährt ein Zug das Signal trotzdem, löst die Fahrsperre eine Zwangsbremsung aus.
Jede Zwangsbremsung wird in einem Zählwerk an der Fahrerstandsrückwand registriert und über eine Meldeleuchte angezeigt – das dient der Dokumentation des Betriebsablaufs. Lösen lässt sie sich erst nach etwa 20 Sekunden, damit der Zug nicht sofort weiterfährt. Anschließend meldet der Fahrer dem Stellwerk beziehungsweise der Leitstelle Linie, Kurs, die Wagennummer des führenden Zugteils sowie Art und Lösbarkeit der Bremsung. Die Wagennummer ist wichtig, weil sich aus ihr die Fahrtrichtung ablesen lässt.
Ersatzsignal und mündliche Fahrerlaubnis
Zeigt ein Hauptsignal trotz eingestellter Fahrstraße keinen Fahrbegriff – etwa bei einer Störung der Gleisfreimeldung oder einem bereits belegten Abschnitt – hilft das Ersatzsignal (Hp 5). Es erlaubt die Vorbeifahrt als Fahrt auf Sicht mit höchstens 25 km/h bis zum nächsten Hauptsignal. Per Taste wird die Fahrsperre dabei für rund 20 Sekunden überbrückt; gleichzeitig überwacht eine Messeinrichtung die Einhaltung der 25 km/h.
Ist kein Ersatzsignal möglich, kann das Stellwerk eine mündliche Fahrerlaubnis erteilen. Zur Sicherheit wird dabei stets die Signalnummer mitgenannt, um Verwechslungen auszuschließen. Auch danach gilt: Fahrt auf Sicht bis zum nächsten Hauptsignal.
Fahren nach Linienzugbeeinflussung (LZB)
Die Linienzugbeeinflussung überträgt fortlaufend alle fahrrelevanten Daten von der Strecke zum Fahrzeug und ermöglicht halbautomatisches Fahren. Der Fahrer gibt den Fahrbefehl nur noch durch Drücken zweier „Automatik"-Tasten – Beschleunigen, Einhalten der richtigen Geschwindigkeit und punktgenaues Halten am Bahnsteig laufen dann selbsttätig ab. Seine Aufgabe beschränkt sich auf Durchsagen, die Abfertigung am Bahnsteig, das Auslösen der Abfahrt und die Beobachtung der Strecke auf Hindernisse. Auf Wunsch lässt sich der Zug sogar vollautomatisch steuern.
Technisch funktioniert die LZB über ein Kabel im Gleis, den sogenannten Linienleiter, der die Daten per elektromagnetischer Induktion überträgt. Er ist in Schleifen von rund 80 Metern Länge unterteilt (Kurzschleifen); programmierbare Streckengeräte speisen die Informationen ein. Die vorgegebene Sollgeschwindigkeit erscheint als zweite Nadel am Tachometer: bei normaler Fahrzeit die energiesparende „Abschaltgeschwindigkeit", bei Verspätung die zulässige Streckenhöchstgeschwindigkeit von in der Regel 80 km/h. Wird sie über ein gewisses Toleranzmaß hinaus überschritten, folgt eine Zwangsbremsung.
Der größte Vorteil ist ein deutliches Plus an Sicherheit: Da die Geschwindigkeit lückenlos überwacht wird, sind Unfälle durch zu schnelles Fahren oder das Missachten von Signalen praktisch ausgeschlossen. Zugleich erlaubt die LZB eine dichtere Zugfolge – ein Zug darf bis auf etwa 80 Meter an einen besetzten Bahnsteig aufrücken, während mit ortsfesten Signalen ein Abstand von mehreren hundert Metern nötig wäre. (Entgegen mancher Gerüchte kann man einem fahrenden Zug damit aber nicht dichter folgen.) Weil sich der Fahrer ganz auf die LZB verlässt, sind die ortsfesten Signale für LZB-Züge in der Regel dunkel geschaltet.
Rangierfahrten, Fahrten auf Ersatzsignal und der Halt an einem Signal auf freier Strecke müssen weiterhin von Hand ausgelöst werden. Empfängt der Zug ein ungültiges Signal, löst er aus Sicherheitsgründen sofort eine Zwangsbremsung mit der Meldung „Störung Strecke" aus; nach Aufforderung schaltet der Fahrer per Schlüsselschalter auf FO zurück.
Von der LZB 502 zur LZB M21
Automatisches Fahren gehört bei der Münchner U-Bahn von Anfang an dazu: Bereits am 26. November 1969 fuhr auf der Probebetriebsstrecke der erste offizielle Zug vollautomatisch. Die Anwesenheit eines Fahrers war ursprünglich nur als Übergangslösung gedacht.
Lange Zeit kam das von Siemens entwickelte Kurzschleifensystem LZB 502 zum Einsatz, dessen ältere Streckengeräte noch mit Ringkernspeichern arbeiteten. Auf neueren Streckenabschnitten sowie an den erneuerten Stellwerken Münchner Freiheit und Kieferngarten kam später die kompatible, in Halbleitertechnik ausgeführte LZB 512 hinzu (oft „digitale LZB" genannt).
Um die Jahrtausendwende wurde die Ersatzteilversorgung der betagten Anlagen schwierig. Die Lösung war die LZB M21, die – bei gewünschter Kompatibilität – die LZB 502 schrittweise in den Fahrzeugen ablöste, zuerst in den B- und C-Wagen, später in den A-Wagen. Ein wichtiger Unterschied: Die LZB M21 überwacht auch im FO-Betrieb die Streckenhöchstgeschwindigkeit und bremst bei Überschreitung zwangsweise. Außerdem kann sie Bedienungshandlungen und Störungen aufzeichnen und – in entsprechend ausgerüsteten Kehranlagen – Züge führerlos wenden. Letzteres war um 2005 für die Abstellanlage Fröttmaning angedacht, wurde aber wegen der hohen Umrüstkosten zunächst nicht umgesetzt.
Ausblick: Ablösung der LZB durch CBTC
Die LZB ist inzwischen in die Jahre gekommen und wird vom Hersteller in der Zukunft auch nicht mehr mit Ersatzteilen versorgt. Längerfristig soll sie durch ein modernes, funkbasiertes Zugsicherungssystem nach dem internationalen Standard CBTC (Communication Based Train Control) abgelöst werden. Das Münchner Vorhaben trägt den Namen ATC-MUC (Automatic Train Control München). CBTC ist dabei – anders als das auf den Vollbahnen eingesetzte ETCS, das vor allem die herstellerübergreifende Interoperabilität im europäischen Eisenbahnnetz zum Ziel hat – ein speziell auf Nahverkehrssysteme zugeschnittener funktionaler Standard, dessen Anlagen verschiedener Hersteller untereinander nicht kompatibel sind.
Anders als die LZB, die ihre Daten über Kabelschleifen im Gleis überträgt, ermitteln bei CBTC die Fahrzeuge selbst fortlaufend ihre Position, Geschwindigkeit und Zugintegrität (also die vollständige Zuglänge) und tauschen diese per Funk mit einer Streckenzentrale aus. Daraus errechnet das System für jeden Zug laufend eine individuelle Fahrterlaubnisgrenze, zu der das Fahrzeug ein energieoptimiertes Fahr- und Bremsprofil bestimmt. Weil der Sicherheitsabstand damit nicht mehr an feste Blockabschnitte gebunden ist, können die Züge dichter aufeinander folgen.
Geplant ist eine netzweite Einführung zunächst mit Fahrer (Automatisierungsgrad GoA2), eine signalbasierte Rückfallebene bleibt als Migrations- und Notfallebene erhalten. Ziel sind technische Zugfolgezeiten von unter 100 Sekunden, um auf den Stammstrecken einen zuverlässigen 120-Sekunden-Takt zu ermöglichen. Parallel wird die Leittechnik modernisiert und an ein neues, fahrplangesteuertes Dispositionssystem angebunden. Die effizientere, auf die Betriebslage abgestimmte Fahrweise soll zudem den Fahrstromverbrauch senken. Das System ist so ausgelegt, dass ein späterer Ausbau zum fahrerlosen Betrieb (GoA4) möglich bleibt.
Der Umbau erfolgt im laufenden Betrieb („unter rollendem Rad") und umfasst neue streckenseitige Anlagen, ein Funksystem, die Umrüstung der Fahrzeuge sowie die Migration der Leittechnik. Eingeführt wird abschnittsweise in Linienbündeln – zuerst U4/U5, danach U1/U2 und schließlich U3/U6. Nach der 2024 vorgestellten Planung soll die Testphase ab 2028 beginnen. Vergleichbare CBTC-Projekte verfolgen in Deutschland unter anderem Hamburg, Berlin und Frankfurt.