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Lehrter Bahnhof

on time, on track, always


Eine Einführung in die
Telematik im Schienen(-güter-)verkehr

Konzeption eines Telematiksystems für den Schienengüterverkehr

Um den Transport von Waren auf der Schiene wieder attraktiver zu machen und den Modal-split zugunsten des Schienengüterverkehrs zu verschieben, sind vielfältige Anforderungen an die Transportmittel des Schienenverkehrs zu stellen.

An dieser Stelle sollen die Aspekte der Erhöhung der Leistungsfähigkeit und der Transportsicherheit näher erläutert werden.

Derzeit ist der Zustand des Schienengüterverkehrs von traditionellen Techniken und Entwicklungen geprägt. Obwohl in den letzten Jahren und Jahrzehnten starke Anstrengungen im Bereich des Personenverkehrs unternommen wurden, um moderne Fahrzeuge zu entwickeln, hat sich dieser starke Trend bisher nicht im Güterverkehr durchgesetzt.

Dies liegt sicher unter anderem an der starken Normung und Vereinheitlichung des rollenden Materials in Gesamt-Europa. Von jedem Fahrzeug muß die Bedingung erfüllt werden, daß es in jedem Land eingesetzt werden kann und dass jede Bahn diesen Wagen warten kann. Dies führt in Maßen dazu, dass im Vergleich zum Lastwagen, der hochentwickelt ist, die Zeit im Schienengüterverkehr stehen bleibt, da Neuentwicklungen mit dem vorhandenen alten Material voll kompatibel sein müssen.

Um den Schienengüterverkehr attraktiver zu machen, ist eine Beschleunigung der Transportvorgänge und eine Erhöhung des derzeit sehr hohen Sicherheitsstandards erforderlich.

Dies kann, da i.A. jeder Wagen in Europa frei mit anderen kuppelbar ist und erst nach mehreren Jahren in das Heimatwerk zur Revision zurückkommt, am besten mit einem autarken Telematiksystem gelöst werden, das in der Lage ist,
 

  • sich selbst zu orten
  • mehrere benutzerspezifische Sensoren abzufragen
  • die Sensorwerte vorauszuwerten
  • die Ergebnisse in unterschiedlichen Strategien an den Besitzer und/oder die jeweils an der aktuellen Position zuständige Bahn zu übermitteln
  • mehrere Jahre wartungsfrei einen Wagen zu begleiten
  • und sich in das europäische Bahnbetriebssystem so zu integrieren, daß der bisherige Ablauf ungestört weitergeführt werden kann.
     

Das weiter unten erläuterte konzeptionelle System erfüllt die o.g. Bedingungen und kann um ladungsspezifische Sensoren erweitert werden.
 

telematik-nutzenNutzen des Systems

Der Nutzen des Systems entsteht in den Bereichen der Überwachung der Fahrwerkstechnik auf sicherheitsrelevante Defekte, nahe oder künftig anstehende Wartungen, sicherheitsrelevante Überwachungen des Ladeguts (z.B. Druck- oder Temperaturüberwachung bei Kesselwagen) sowie Ladegutverschiebungen, die während des Transports auftreten und bei starker Verschiebung zum Verlassen des Lichtraumprofils führen können.


telematik-fmeaMit Hilfe einer Modellrechnung der Fehler-Möglichkeits- und Einflußanalyse an einem Kesselwagenaufbau und einem Kesselwagenlaufwerk ließ sich zeigen, dass der Nutzen bei Einsatz eines Telematiksystems erheblich ist.

So zeigt die Analyse, daß schwere Ausfälle eines Kesselwagenaufbaus durch Telematik von etwas mehr als 30% auf fast 0% zurückgedrängt werden können. Dementsprechend nimmt der Anteil der bedeutsamen Ausfälle und der weniger bedeutsamen Ausfälle zu.
Zu beachten ist außerdem noch, daß der Anteil der weniger bedeutsamen Ausfälle am Aufbau um fast 20% gesteigert werden kann.

Am Kesselwagenlaufwerk sieht die Bilanz noch viel positiver aus. Die schwerwiegenden Ausfälle können von ca. 60% fast halbiert werden. Der Anteil der bedeutsamen Ausfälle läßt sich ebenfalls fast halbieren und der Anteil der unbedeutenden Ausfälle steigt von ca. 5% auf ca. 45%.


Elemente des Telematiksystemstelematik-elemente

Am Beispiel eines Kesselwagens sollen die möglichen Diagnoseansätze beschrieben werden.

Dazu gehören

  • am Fahrwerk
    • Überwachung der Achslagertemperatur
    • Überwachung der Achslagerbeschleunigungen
    • Kräfte oder Wege der Primärfeder
            
  • an der Bremse
    • Bremsdruck
    • Bremsdauer
    • Betätigungskräfte und -wege
    • Klotzverschleiß
       
  • am Aufbau
    • Druck
    • Temperatur
    • Füllmenge und Füllhöhe
    • Masse
    • Längsstoß
    • Entgleisungsdetektion
    • Diebstahlüberwachung
           
  • Auswertung, Ortung und Kommunikationsschnittstellen

     

Schnittstellen des Einzelwagenstelematik-schnittstellen

Um Sensoren an der Telematikeinheit anschließen zu können und um mit der Außenwelt in Verbindung treten zu können, benötigt die Telematikeinheit Schnittstellen.

Eine zu starke Normung aller Schnittstellen ist dabei eher kontraproduktiv, da der Wettbewerb zwischen mehreren Anbietern und die technische Weiterentwicklung behindert wird.

Die Schnittstellen zwischen dem Wagen und der Lokomotive sind zu normen, da ansonsten jede Lokomotive die Einrichtungen zur Kommunikation mit allen verwendeten Telematiklösungen aller Hersteller mitführen müsste.

Die Schnittstellen zwischen der Telematikeinheit und den Sensoren sowie zwischen der Telematikeinheit und dem Provider können individuell ausgeführt werden. Wichtig ist, daß sie die Bedürfnisse der Kunden erfüllen und zuverlässig sind.

Der Provider jedoch muß seinerseits über eine genormte Schnittstelle zu den Bahngesellschaften, bei denen der Wagen eingesetzt wird, verfügen, damit Gefahr- oder sonstige Meldungen die Bahngesellschaften für sie verständlich und schnell erreichen.
Bei einer Fehlermeldung erreicht diese den Provider (Alarmleitzentrale).

Der Provider muss über Kommunikationsschnittstellen verfügen
 

  •  zum Eigentümer der Ladung
     (Was wird transportiert? Welche Eigenschaften hat das Ladegut?)
  • zum Eigentümer des Wagens
    (Was für ein Wagen ist es? Gibt es Besonderheiten?)
  • zu den aktuellen Leitzentralen der Bahngesellschaft und
  • zu Rettungsstellen
     

Die Leitzentrale der jeweiligen Bahn stellt dann ihrerseits alle signaltech-
nischen Einrichtungen, um auf den Störfall angemessen zu reagieren.

telematik-eingriffskonzeptDies ist in der Abbildung des Eingriffskonzepts dargestellt.

 

 

 

 

Energieversorgung des autarken Güterwagens

Derzeit sind auf Güterwagen i.A. keine Leitungen für elektrische Energie
verlegt. Sind sie vorhanden, sind es Spezialwagen.

telematik-energieversorgungDie einzige Energiequelle, die zur Verfügung steht, ist die Druckluft.

Um für ein Telematiksystem, das ein optimales Energiemanagement besitzen muß, für mehrere Jahre ausreichend Energie zur Verfügung zu stellen, kommen mehrere Konzepte in Frage, die hier abgebildet sind.

 

Synergieeffekte bei Einsatz von Telematiksystemen

Landläufig trifft man auf die Auffassung, dass mehr Sicherheit nur Geld kostet.
Dies ist aus mehreren Gründen in dieser Form falsch.
 

  • Zusatznutzen durch mehr Informationen
    • Der Einbau eines Telematiksystems liefert abgesehen von dem enormen    Gewinn an zusätzlicher Sicherheit (z.B. Entgleisungsdetektion,    Überladungswarnung, etc.) dem Besitzer und dem Spediteur Informationen, die er sonst nicht hätte und die sich positiv vermarkten und ausnutzen lassen.
       
    • Dazu zählen insbesondere

      • Dispositions- und Ortungsinformationen
        (wann kommt mein Wagen wo an?)
      • Diebstahlwarnungen
      • Wartungsinformationen
        (die Wartung läuft nach ttelematik-synergieeffekte-1atsächlichem Verschleiß und nicht nach Fristen)

      Damit erhöht sich der Nutzen pro Wagen schon beim Einsatz eines Telematiksystems.

 

 

 

 

  • Zusatznutzen durch sinkende Systemkosten
     
    • Die Investitionen in die Infrastruktur bleibt bei Anwendung von wenigen Fahrzeugen genauso groß wie bei Ausrüstung von vielen Wagen.
    • telematik-synergieeffekte-2Damit verteilen sich die Investitionskosten, wie allgemein bekannt ist, auf viele Wagen und die Einzelanteile daran sinken.
    • Ebenfalls sinken bei hohen Stückzahlen die Einzelkosten pro Telematiksystem.
    • Zusätzlich ergeben sich bei Ausrüstung aller Wagen mehrerer Einsteller eines Zuges (oder bei Ausrüstung eines Ganzzuges) Sekundäreffekte, die dem Transportsystem nutzen.
    • Wird bei dem Telematiksystem die Diagnose des Bremssystems berücksichtigt, kann die derzeit sehr zeit- und personalaufwendige manuelle Bremsprobeentfallen und automatisiert werden.
      Dadurch verkürzt sich die Prüfzeit eines Zuges von Stunden auf wenige Minuten.
       

Einordnung des Telematiksystems in das Betriebsgeschehen der Bahnen

Zum Abschluß der Konzeptvorstellung soll an dieser Stelle noch kurz erläutert werden, wie der Zustand heute und der Zustand bei Einsatz eines Telematiksystems im Betriebsablauf der Bahn ist.
 

  • telematik-alarmierung-heuteState of the art
    • Heute werden nur relativ große und auffällige Störfälle (z.B. Brände,      Flüssigkeitsverluste, Entgleisungen) mehr zufällig durch Außenstehende entdeckt.
      Diese können Passanten, Bahnangestellte, andere Zugführer u.a. sein, die diese Störungen sehen.
    • Sie informieren über diverse Kommunikationsmedien die Fahrdienstleiter der Bahn, die dann geeignete Maßnahmen, wie Anhalten von Gegenzügen, Steuerung von Hilfskräften, Stellung von Weichen und Signalen, etc. einleiten.
    • Dies bedeutet, daß Störfälle nur durch Zufall entdeckt und mit Glück beherrscht werden.
       
  • telematik-alarmierung-zukunftIn Zukunft wird's besser
    • Die bisherigen Entdeckungswege bleiben selbstverständlich unangetastet, zumal sie hilfreich und wichtig sind.
    • Zusätzlich bietet das Telematiksystem die Möglichkeit, sich nahtlos in das vorhandene System integrieren zu lassen und durch aktive Diagnosetechnik kleinere Störungen entdecken zu können.
    • Wenn eine Störung entdeckt bzw. diagnostiziert worden ist, wird diese Information vom Telematiksystem an den Provider (Alarmleitzentrale) weitergeleitet. Hierbei ist zu beachten, daß nicht die SMS-Funktion des GSM-Moduls genutzt, sondern ein Sprach- oder Datenkanal geöffnet und die Mitteilung versandt wird. Erfahrungen aus dem Mobilfunkbereich zeigen dabei, dass der SMS-Versand zum einen in Hinblick auf die Laufzeit unzuverlässig und zum anderen durch die hohen Roaming-Kosten im grenzüberschreitenden Verkehr teuer ist.
    • Wenn dem Provider die Störfallinformation vorliegt, holt er vom Spediteur, dem Wageneigentümer und dem Wagenbesitzer die notwendigen Informationen ein (evtl. über eine ihm vorliegende Datenbank) und informiert die den Fahrdienstleitern übergeordneten Betriebsleitzentralen, die dann in den Bahnbetrieb eingreifen.
       

© Dr.-Ing. Thomas Rieckenberg

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