Projekte "Fahrzeuge und Infrastruktur des Schienenverkehrs"

Einer der Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte ist der Schienengüterverkehr (SGV). Weil es immer schwieriger wird, mit technologischen Konzepten von gestern einen schnellen und effizienten Schienengüterverkehr mit räumlich stark verteilten Quellen und Senken (Einzelwagenverkehr) zu realisieren, konzentriert sich der SGV zunehmend auf den Transport großer Gütermengen in Ganzzügen und auf den sogenannten „Kombinierten Verkehr“. Langfristig führt das aber zu weiteren Verlusten im Modal Split. Industrie 4.0 und Logistik 4.0 sind motiviert durch Mass Customisation, also der Herstellung individueller Produkte zu Stückkosten einer Massenfertigung sowie Just-In-Time-Lieferungen und hochindividualisierter Zustellung auf der letzten Meile zum Kunden.

Um diese Abwärtsspirale aufzubrechen und der Bahn Gelegenheit zu geben, ihre unbestreitbaren Vorteile bezüglich Energieverbrauch und CO2-Emissionen auszuspielen, muss der Güterwagen zu einem aktiven und kommunikativen Betriebsmittel werden. Er muss im Sinne des "Internet der Dinge" selbständig mit den Prozessen der Intralogistik auf der einen und den Prozessen des Bahnbetriebs auf der anderen Seite kooperieren. Der Güterwagen 4.0 setzt auf Automatisierung aller wichtigen Funktionen und schafft somit einen Investitionsanreiz bei allen Beteiligten, also vornehmlich Eisenbahnverkehrsunternehmen, Eisenbahninfrastrukturunternehmern, Versendern und Wagenhaltern.

Da die Interoperabilität im Schienenverkehr eine große Rolle spielt, wurde zum Güterwagen 4.0 ein modulares Konzept entwickelt, das die schrittweise Nachrüstung der Fahrzeuge ermöglicht. Angefangen mit der Klasse 1, die über Energiegewinnung, -speicher und Kommunikationsinfrastruktur verfügt, bis zur Klasse 5, die mit zusätzlicher Aktorik und dem autarken Antrieb für viele Anwendungen einen hohen Zusatznutzen bietet.

Projektleitung/Project Manager | Prof. Dr.-Ing. M. Enning, enning@fh-aachen.de mit/with | Prof. Dr. R. Pfaff M.Sc., pfaff@fh-aachen.de; Prof. Dr.-Ing. B. Schmidt, b.schmidt@fh-aachen.de

Mitarbeitende/Staff | Daniela Bistry B.Eng.

Förderlinie/Funding line | Bundesministerium für Bildung und Forschung, Fördermaßnahme: KMU-innovativ

Projektvolumen/Project volume | 299.442 €

Um die Dekarbonisierung im Verkehr voranzutreiben und das Ziel eines CO2-neutralen Verkehrs im Jahr 2050 zu erreichen, hat das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) die vorliegende Studie in Auftrag gegeben. Das Ziel war eine Bestandsaufnahme der in Deutschland aktuell eingesetzten und durch Neuanschaffung für den Einsatz auf nicht-elektrifizierten Strecken vorgesehenen Triebfahrzeuge sowie die Erhebung und Bewertung der Lärmemission, des Schadstoffausstoßes und der CO2-Einsparung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben. Die Darstellung des Marktüberblicks über die Triebfahrzeuge erfolgt nach Antriebsart, Altersstruktur, Verkehren und Streckencharakteristiken (Infrastruktur mit/ohne Oberleitung) sowie jeweils für den Schienenpersonen- und Schienengüterverkehr.

Neben dieser Bestandsaufnahme ist der Stand der Wissenschaft und Technik von Triebfahrzeugen im Hinblick auf Möglichkeiten der Dekarbonisierung, Reduzierung von Luftschadstoffen und Minderung der Geräuschemissionen für bislang nicht elektrifizierte Netze analysiert und einschließlich der Betriebswirtschaftlichkeit und des Marktpotenzials bewertet worden. Dabei wurde nach Einsatzarten im Schienenpersonennahverkehr, im Schienenpersonenfernverkehr, im Schienengüterverkehr auf der Strecke und auf der letzten Meile sowie im Rangierbetrieb differenziert.

Die Studie zeigt auf, für welche Streckenart bzw. Einsatzmöglichkeit volkswirtschaftlich relevanter Forschungsbedarf im Hinblick auf eine signifikante Reduzierung von CO2, Luftschadstoffen und Lärmemissionen gesehen wird. Dabei wird ebenfalls die betriebswirtschaftliche Darstellbarkeit berücksichtigt. Für diesen Fall werden konkrete Anforderungen an das zu realisierende Projekt definiert und Lücken im derzeit verfügbaren Produktportfolio aufgezeigt. Ferner werden die Zeitrahmen zur Umsetzung von Projekten abgeschätzt. In der Gesamtschau werden die Vor- und Nachteile der verschiedenen Technologien ersichtlich. Die konkreten Ansatzpunkte, um Hemmnisse abzubauen, sind dargestellt.

Projektleitung/Project Manager | Prof. Dr. R. Pfaff M.Sc., pfaff@fh-aachen.de

Mitarbeitende/Staff | Dipl.-Ing. Tim Tappert

Auftraggeber/Client | SCI Verkehr GmbH

Das Shunting Assistant & Monitoring Interface for Autonomous Rail Application (SAMIRA) ist ein Projekt, bei dem durch die Verknüpfung mondernster Techniken die Abläufe auf der letzten Meile im Schienengüterverkehr optimiert und digitalisiert werden. Durch eine mobile Sensoreinheit, welche am letzten Wagen der Rangierabteilung befestigt wird, kann der Gefahrraum sicher überwacht und es können damit potenzielle Kollisionen erkannt werden. Ein zweites Modul wird an der Rangierlok befestigt, sodass Kollisionen in beiden Richtungen verhindert werden können. Die Sensoreinheiten liefern dem Triebfahrzeugführer Bilder, Daten und Warnhinweise des Gefahrraums, die durch Künstliche Intelligenz mit Augmented-Reality versehen werden, um ein sicheres Rangieren auch ohne einen Rangierassistenten zu gewährleisten. Die sichere und nahtlose Datenübertragung an den Triebfahrzeugführer erfolgt durch ein redundantes, latenzarmes Wireless Multi-path-Mesh-Network (WMMN).

Darüber hinaus sind zusätzliche stationäre Module zur Gleisüberwachung sowie eine RTK-Station zur präzisen Positionsbestimmung an das Mesh-Netzwerk angeschlossen und ermöglichen so eine präzise, gleisselektive Positionsbestimmung des Zuges. Das Mesh-Netz ist so konzipiert, dass es mit wenig Aufwand in die vorhandene Infrastruktur eingegliedert und auch in Zukunft mit Funktionen der Logistik 4.0 schnell und einfach erweitert werden kann.

Projektleitung/Project Manager | Prof. Dr. R. Pfaff M.Sc., pfaff@fh-aachen.de

Mitarbeitende/Staff | Katharina Babilon B.Eng., Matthias Blumenschein M.Eng.

Förderlinie/Funding line | LeitmarktAgentur.NRW, Leitmarkt MobilitätLogistik.NRW

Projektvolumen/Project volume | 330.000 €