Lichtsignalanlage wird 100: Bei Grün rollt der Verkehr

Prof. Dr.- Ing. Jürgen Gerlach, Leiter des Lehr- und Forschungsgebiets Straßenverkehrsplanung und –technik in der Fakultät für Architektur und Bauingenieurwesen an der Bergischen Universität – © Bergische Universität

Die erste gesteuerte Lichtsignalanlage Deutschlands in Berlin ist für Autor Uwe Blass ein spannendes Thema für die beliebte, lehrreiche Uni-Reihe „Jahr100Wissen“. Im Gespräch mit dem Straßenverkehrsplaner Jürgen Gerlach hat er die Geschichte der „Ampel“ beleuchtet.

Wie wurden diese Anlagen denn vorher betrieben?

Jürgen Gerlach: „Man brauchte erst einmal lange Zeit keine Lichtsignalanlagen, weil man noch nicht von einer Verkehrsstärke sprechen konnte. Die Verkehrsbelastung von Pferdefuhrwerken oder Pferden an sich war nicht so groß, als dass man an Kreuzungen Regelungen brauchte. Hinzu kam, die Geschwindigkeiten waren in früheren Jahren noch relativ gering und auch die Geschwindigkeitsdifferenzen längst nicht so hoch zwischen einem Auto und einem Fußgänger. Und wenn man sich da einer Konfliktfläche an einem Knotenpunkt nähert, dann ist die Wahrscheinlichkeit, dass schwere Unfälle passieren, erst dann groß, wenn die Geschwindigkeitsdifferenzen hoch sind.

© Bergische Universität

Auch vom Verkehrsfluss hat man sich irgendwie den Raum geteilt und verständigt, bis dann – vor allen Dingen in Großstädten – so viel Verkehr zusammenkam, dass es an größeren Kreuzungen zu Zeiten, wo viel Verkehr war, wirklich auch zusammenbrach. Daher wurden Regelungen notwendig. Eine sehr gängige Regelung in der Zeit war Personal. Die Situationen wurden an den Knotenpunkten situativ von einem Schutzmann mit Handzeichen geregelt.“

Ein Pferdefuhrwerk (1890), gemalt von Peter Tom-Petersenn – Ribe Kunstmuseum – Dänemark – © gemeinfrei

Die Ampelfarben Rot, Gelb und Grün stammen ursprünglich aus dem Eisenbahnwesen des 19. Jahrhunderts. Warum wählte man gerade sie aus?

Jürgen Gerlach: „Rot ist für uns Menschen am besten wahrnehmbar, es hat eine lange Wellenlänge und ist eine Signalfarbe. Das hat sich schon früh eingebürgert. Man schwenkte beispielsweile mit roten Fahnen, wenn Aufmerksamkeit erzeugt werden sollte. Rot nehmen wir auch bei schlechter Witterung und in der Dämmerung, bei Regen und Nebel noch als beste Farbe wahr. Das erinnert uns an ‚Achtung‘, ‚Stopp‘ und ‚Halt‘. Und Grün ist auch gut wahrnehmbar und hatte auch schon diese Symbolik, denn bei Grün läuft es. Es gab zwar Versuche mit Weiß, aber es kam dann auch schon mal vor, dass die Signalscheiben darauf kaputtgingen oder herunterfielen. Wenn also eine rote Scheibe herunterfiel und man das weiße Licht sah, fehlinterpretierte man das Signal und fuhr durch. Das Gelb hat sich dann etabliert, denn es liegt dazwischen und zeigt an, dass sich etwas ändert. Gelb wird auch heute bei Baustellen genommen mit der gleichen Aussage: Achtung, hier ist temporär etwas anderes!“

In kleineren Städten, so auch in Wuppertal, wurden die ersten Ampelanlagen erst nach dem Zweiten Weltkrieg installiert. Wie wurde denn der Verkehr bis dahin geregelt?

Jürgen Gerlach: „Eigentlich erst einmal gar nicht, weil es auch in Wuppertal lange Zeit wenig Verkehr gab. Die ersten Regelungen kamen wahrscheinlich mit Einführung der Straßenbahn auf, denn Unfälle mit Straßenbahnen, das wissen wir aus unseren eigenen neuen Forschungen, gehen meist schwer aus. Und auch diese Verkehrsregelungen wurden von Verkehrspolizisten ausgeführt.“

Mittlerweile haben sich die Ampelanlagen auch weiterentwickelt. In Wuppertal wird die Verkehrssteuerung an wichtigen Knotenpunkten wie z. B. am Robert-Daum-Platz zunehmend durch Smarte Ampeln optimiert. Was bedeutet das?

Jürgen Gerlach: „Da müssen wir in der Historie zurückgehen. Die ersten Signalanlagen waren nicht zentral gesteuert, sondern sie waren mechanisch. Es lief im Prinzip immer ein Festzeitprogramm ab. Ich kenne noch Anlagen, wo diese roten und grünen Felder durch Drehen dann jeweils in das Signalfeld hineingedreht worden sind. Und so wechselte das dann, wobei ich dann immer für alle die gleichen Zeiten habe. Unterschiedliche Zeiten für Haupt- und Nebenströme gab es nicht. Das waren die Anfänge. Dann ging es weiter bei den Signalanlagen an Knotenpunkten und auch den ersten zentral gesteuerten Anlagen, dass man diese Festzeitenregelungen weiterentwickelte. D.h. für bestimmte Richtungen wurden mehr oder längere Grünphasen vorgegeben. Dann, mit dem technischen Fortschritt, vornehmlich in den 1970er und 1980er Jahren, kamen die ersten verkehrsabhängigen Ampelsteuerungen. Wir sagen übrigens Ampeln zu dem Mast plus dem Signalgeber, der oben drauf ist. Und dann hat eine Lichtsignalanlage mehrere dieser Signalgeber und Ampeln. Hinzu kommt der Steuerungskasten, deshalb Lichtsignalsteuerung. Immer weiterentwickelt wurde, dass man den Verkehr erfasst.

Verkehrsposten mit Verkehrsmantel und Verkehrsstab in Deutschland – © Foto Daniel Rentsch – gemeinfrei

Das geschah in den ersten Jahren durch sogenannte Schleifen, die in die Fahrbahn verlegt wurden. Das sind Drahtschleifen, die erfassen, ob ein Fahrzeug drauf steht oder nicht. Das konnte man sehen. Es sah aus wie ein Rechteck, was auf der Fahrbahn, unmittelbar vor der Haltelinie eingefrässt und mit einer dunklen Masse verfüllt worden war. So wurden die Wagen erfasst. Heute gibt es neben den Schleifen Kameras unterschiedlichster Art, manche reagieren auf Infrarot, bei KI sind es manchmal auch echte Kameras, die verwendet werden. So kann verkehrsabhängig geschaltet werden, d.h., es ist also keine Festzeitsteuerung mehr mit festgelegten Grünzeiten. Irgendwann hat man dann die Schleifen auch noch am Ende einer Straße angelegt, damit man wusste, wie viele Autos sich stauten, um die nächste Grünphase zu starten und das Grün zu verlängern.

Die meisten Lichtsignalanlagen sind heute mit einer Zwei- oder Vierphasenregelung gesteuert. In den 1990ern und 2000ern wurde der öffentliche Verkehr dann priorisiert. Das bedeutete, dass jetzt ein Bus oder eine Straßenbahn einen Transponder mit dabei hatte, der sich dann beim Steuerungsgerät der Lichtsignalanlage anmeldete. Die ersten Anlagen dieser Art funktionierten über Funk, mittlerweile wird auch Anderes genutzt. So erhielt die Anlage die Information, dass sich beispielsweise ein Bus nähert, der links abbiegen möchte. Die Steuerung weiß, wie weit der Bus noch weg ist und die Ampelanlage schaltet früh genug auf die nächste Grünphase, damit der Bus nicht halten muss. Der Sinn dabei ist, die öffentlichen Verkehrsmittel nicht im Stau an den Ampelanlagen halten zu lassen, sondern deren konstante Weiterfahrt zu ermöglichen.

Das ist mittlerweile Standard in allen Städten Deutschlands und hat auch zu einem Schub neuer Lichtsignalanlagen geführt. Auch hier in Wuppertal, beispielsweise am Robert-Daum-Platz in Richtung Döppersberg, zieht man den Bus bewusst aus dem Stau heraus. Der hat einen eigenen Sonderfahrstreifen auf der B7, um am Stau vorbeifahren zu können. Und dann bekommt er als erstes seine Grünphase, um als Pulkführer, so nennen wir das, in den Mischverkehr einfließen zu können. Wenn wir das nicht hätten, bräuchten wir viel mehr Bussonderfahrstreifen und dementsprechend mehr Platz. Aber auch die KI hat ihre Grenzen, denn wenn in Hauptverkehrszeiten überall angefordert wird und alle Fahrstreifen voll sind, dann geht sie auch wieder auf Festzeitsteuerung über.

Eine Lichtsignalanlage im Umschaltprozess, – © UniService Third Mission

KI ist der Sprung, den wir seit wenigen Jahren nun haben. Diese Kamerasysteme können, was z.B. eine Schleife nicht erfassen kann, bei einer großen Schülergruppe, die die Straße überqueren möchte, eine Grünphase verlängern. Man kann sich auch für die Zukunft vorstellen, dass vielleicht Menschen mit Beeinträchtigung Transponder haben, oder mit bestimmter Symbolik erkannt werden und dann auch eine verlängerte Grünphase bekommen. Ähnliches lässt sich auch für Radfahrende weiterentwickeln.“

Die Universität betreibt mit dem Fachzentrum Verkehr und Ihrem Lehrstuhl für Straßenverkehrsplanung und -technik eigene Forschungsprojekte zur Verkehrsplanung. Inwieweit spielen da Ampeln in der Zukunft eine Rolle?

Jürgen Gerlach: „Die werden auch weiterhin ihr Dasein haben. Ich glaube nicht, dass sie ad Acta gelegt werden. Man muss sich sicher fragen, was bringt ein automatisiertes Fahren in Zukunft für Verkehrsfluss oder Verkehrsregelung. Was passiert bei einem Unfall? Kann man zum nächsten Fahrzeug direkt kommunizieren, ‚Achtung, da ist etwas passiert‘? Oder kann man sich vielleicht sogar irgendwann Grünphasen kaufen, um schneller zu sein? Das sind alles Szenarien, die denkbar sind, denn die Technik kann es leisten.

Wir hier am Lehrstuhl haben uns mit dem Thema Straßenbahnunfälle beschäftigt, die im Zusammenhang mit Lichtsignalanlagen stehen. Es gibt in Deutschland 57 Städte, die Straßenbahnbetrieb haben und dort hat es immer wieder schwere Unfälle, oft mit tödlichem Ausgang, beim Überqueren von Straßen, gegeben. Diese Straßenabschnitte sind gesichert, haben auch eine sogenannte Z-Querung, indem Menschen durch Umlaufgitter geführt werden, so dass sie immer in Richtung Bahn schauen müssen. Und da stellte sich die Frage nach den besten Sicherungsmaßnahmen. Da gibt es neben dem akustischen Signal in manchen Städten ein Doppelblinken, wiederum andere nutzen ein rotes Signal oder die Grünphase gilt sowohl für die Bahn- als auch für die Straßenüberquerung.

Wir haben das verglichen, mussten aber feststellen, dass Unfälle bei allen Variationen trotzdem vorkommen. In all diesen Fällen war die Aufmerksamkeit auf das Bahngeschehen nicht da. Trotzdem könnten smarte Anlagen durch unmittelbare Warnungen in Zukunft eingesetzt werden, soweit unsere Akzeptanz das zulässt und wir auch nach mehrmaligen Warnungen im täglichen Straßenverkehr noch aufmerksam reagieren. Wenn also KI erkennt, dass Gefahr im Verzug ist, könnte sie, z. B. durch einen schrillen Ton auf dem Smartphone warnen.

Das berühmte „Friedrich-Engels-Ampelmännchen“, das vom ehemaligen Wuppertaler Oberbürgermeister Dr. Uwe Schneidewind eingeweiht wurde  – © Gerd Neumann / Stadt Wuppertal

Ein weiteres Forschungsfeld von uns beschäftigt sich mit Radverkehr außerorts, weil wir in den letzten Jahren dort leider Unfallzunahmen haben. Unsere Frage ist dann immer, wie kann man Infrastruktur sowohl in Planung als auch in Technik besser anpassen. Wir möchten also in Zukunft den Radverkehr mehr fördern und überlegen, wie man ohne großes Anhalten den Radverkehr auf Hauptrouten, auch über Verkehrsknotenpunkte, leiten kann. Dazu sollen die Halte- und Wartevorgänge im Alltag minimiert werden, damit das Rad als Alternative noch attraktiver wird. Und da spielen auch Lichtsignalanlagen weiterhin eine wichtige Rolle.“

Ein bisschen Spaß darf es auch bei der Sicherheit im Straßenverkehr geben. Nach einer Kunstaktion 2021 zeigen an vier Standorten in der Stadt Ampelmännchen das Konterfei des in Wuppertal geborenen Philosophen Friedrich Engels. Das Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie hat für Elberfeld ein ambitioniertes Leitbild entworfen, um Schritt für Schritt ein weitgehend autofreies Stadtquartier zu schaffen. Wenn die Innenstadt in Zukunft autofrei werden soll, dann brauche ich doch eigentlich in Zukunft eher Ampeln für den Radverkehr. Muss man dann in der Konzeption der Ampelanlagen anders vorgehen?

Jürgen Gerlach: „Es gibt ja auch heute schon Signalanlagen für den Radverkehr. Es ist schon so, dass wir damit rechnen, dass der Radverkehr weiterhin ein großes Potential hat. Wenn man sich die Entwicklung in den Innenstädten – und dazu zählt auch Wuppertal – in den letzten 20 Jahren anschaut, dann sind es nicht ein paar Prozent Radfahrende mehr geworden, sondern das sind Faktoren. Wir reden in Großstädten wie Frankfurt und Köln von einem Faktor 10. Also zehn Mal so viel Radverkehr wie vor 20 oder 30 Jahren. Und da liegt es auf der Hand, dass man den Radverkehr sicher gestaltet. Gleichwohl glaube ich nicht, dass wir über lange Instanzen ganz ohne Auto auskommen. Vielleicht werden einmal heutige Fußgängerzonen zu Radfahrzonen ausgeweitet. Das Potential ist deshalb nach wie vor besonders groß, weil wir in Deutschland einen Großteil der Kfz-Fahrten haben, die deutlich unter fünf Kilometer liegen. Daher kann man schon an mehreren Tagen in der Woche das Rad nutzen. Und mit Pedelecs und Co. wird es auch einfacher werden.“

Wie wichtig bleiben Ampelanlagen auch in Zukunft für die Straßenverkehrsplanung?

Jürgen Gerlach: „Es kommt darauf an, wie das automatisierte und autonome Fahren in Zukunft so läuft, aber ich glaube, dass wir die Lichtsignalanlagen noch viele Jahre brauchen, einfach um die Konfliktflächen nacheinander freizugeben.“

Uwe Blass

Prof. Dr.- Ing. Jürgen Gerlach – © Bergische Universität

Über Prof. Dr.- Ing. Jürgen Gerlach

Prof. Dr.- Ing. Jürgen Gerlach leitet das Lehr- und Forschungsgebiet Straßenverkehrsplanung und –technik in der Fakultät für Architektur und Bauingenieurwesen an der Bergischen Universität.