FORUM Veranstaltungen Automatische Mittelpufferkupplung in Zugbildungsanlagen Workshop mit Vertretern von Forschungseinrichtungen und-Eisenbahnunternehmen Automatische Mittelpufferkupplung, Automatisierung, Zugbildungsanlagen Der Workshop „Bewertung des Einsatzes der Automatischen Mittelpufferkupplung in Zugbildungsanlagen“ wurde gemeinsam von der Professur für Bahnverkehr, öffentlicher Stadt- und Regionalverkehr der TU Dresden sowie vom Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen der Universität Stuttgart organisiert und fand im August 2017 an der TU Dresden statt. Themen des Workshops, an dem Vertreter von Forschungseinrichtungen sowie Eisenbahninfrastruktur- und Eisenbahnverkehrsunternehmen teilnahmen, waren die Einführung und der Einsatz einer automatischen Kupplung im Schienengüterverkehr sowie insbesondere die Auswirkungen in und auf Zugbildungsanlagen. Hier eine Zusammenfassung. Rainer König, Ullrich Martin, Fabian Hantsch, Carlo von Molo, Tobias Pollehn, Moritz Ruf I m Europäischen Schienengüterverkehr ist die konventionelle Schraubenkupplung seit 150 Jahren Standard. Während dieser Zeit entwickelte sich die Technik des Systems Eisenbahn weiter. So ist in der Leit- und Sicherungstechnik die Entwicklung vom mechanischen Stellwerk hin zum elektronischen Stellwerk und zur hochkomplexen Betriebszentrale gegangen. Modernere automatische Kupplungssysteme werden weltweit in vielen verschiedenen Varianten eingesetzt, z. B. in den USA seit mehr als 125 Jahren die automatische Janney-Kupplung, eine Mittelpufferkupplung. Derartige automatische Kupplungen bieten viele technische, betriebliche und wirtschaftliche Vorteile. Je nach Ausführung sind sie in der Lage, deutlich höhere Anhängelasten zu bewältigen, elektrische Verbindungen und Datenverbindungen zu kuppeln oder München Nord Rbf Foto: Carlo von Molo Internationales Verkehrswesen (70) 1 | 2018 84 Internationales Verkehrswesen (70) 1 | 2018 85 Veranstaltungen FORUM schneller zu kuppeln und zu entkuppeln. Dies wirkt sich im Schienengüterverkehr besonders in denjenigen Bereichen deutlich aus, in denen Züge getrennt und gebildet werden. Ein Beispiel dafür sind Zugbildungsanlagen. Begrüßung und Einführung in-das-Thema Den Workshop eröffnete Professor Rainer König, Inhaber der Professur für Bahnverkehr, öffentlicher Stadt- und Regionalverkehr am Institut für Bahnsysteme und öffentlichen Verkehr der TU Dresden. Im Mittelpunkt seiner Ausführungen standen das allgemeine Effizienzproblem des Schienengüterverkehrs in Europa sowie die stetig schwindenden Kostenvorteile des Schienengüterverkehrs bei mittleren Distanzen. Er merkte darüber hinaus die schon seit vielen Jahren bei rund sechs Stunden liegende Durchlaufzeit in Zugbildungsanlagen sowie das immer knapper werdende Rangierpersonal an. Die Einführung und Begrüßung abschließend, sprach Professor Ullrich Martin, Direktor des Instituts für Eisenbahn- und Verkehrswesen der Universität Stuttgart, die vielen in Verbindung mit der Einführung einer automatischen Kupplung stehenden Innovationsthemen an, wie z. B. die Automatisierung und Digitalisierung sowie die Einführung des neuen Europäischen Zugsicherungssystems ETCS-Level- 3, das eine zuginterne Zugintegritätsüberwachung auch im Schienengüterverkehr voraussetzt. Präsentationen Mittelpufferkupplung im Schienengüterverkehr Der Referent, Niels Neuberg von der DB Netz AG, Anforderungsmanagement ETCS, erläuterte zunächst, warum eine automatische Mittelpufferkupplung im Schienengüterverkehr auch für ein Eisenbahninfrastrukturunternehmen interessant ist. Hervorzuheben ist die Einführung des neuen Europäischen Zugsicherungssystems ETCS- Level 3 und die damit verbundene, zwingend notwendige, zuginterne Zugintegritätsüberwachung, zu deren Umsetzung für den Schienengüterverkehr bislang keine praxistaugliche Lösung gefunden wurde. Zahlreiche weitere Themen wie z. B. die Effizienzsteigerung beim Zusammenstellen und Auflösen von Zügen sowie das Senken des Unfallrisikos beim Zusammenstellen der Züge durch Entfall des Betretens des „Berner Raums“ beim manuellen Kuppeln und Entkuppeln, sprechen ebenso für die Einführung einer Mittelpufferkupplung. Der Referent hob abschließend noch besonders die durch den Einsatz einer elektropneumatischen Bremse mögliche Steigerung der Trassenkapazität wegen schnellerem Anlegens und Lösens der Bremsen hervor. Zudem ermöglicht das Fernsteuern von Triebfahrzeugen das Verteilen der Traktion im Zugverband und ist Voraussetzung für das Kuppeln und Flügeln von Güterzügen (siehe Bild 1). Effizienzsteigerung im Schienengüterverkehr am Beispiel MPK+ Carlo von Molo vom Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen der Universität Stuttgart knüpfte an die vorangegangene Präsentation an und stellte die gemeinsam mit der DB Netz AG, Anforderungsmanagement ETCS, entworfene, MPK+ genannte Mittelpufferkuppplung für hohe Anhängelasten mit pneumatischer und elektrischer Leitungsverbindung aus technisch-betrieblicher, sicherheitlicher und wirtschaftlicher Sicht vor. Neben den umfangreichen Anforderungen an eine moderne Mittelpufferkupplung lag der Schwerpunkt des Vortrages auf der Bewertung der Einführung der MPK+ im deutschen Schienengüterverkehr. Im Ergebnis wird festgestellt, dass sich unter den gegebenen Randbedingungen für lang- und kurzfristige Migrationsszenarien insgesamt positive Nutzen-Kosten-Indikatoren ergeben und damit die Einführung der MPK+ auf Grundlage der im vorgestellten Projekt gewählten Kriterien zu empfehlen ist [1]. Abschließend ging der Referent auf Bewertungsansätze sowie Kosten- und Nutzenpotenziale des Einsatzes von automatischen Mittelpufferkupplungen speziell in Zugbildungsanlagen ein und wies auf die zu erwartende höhere Arbeitsproduktivität und Zeitersparnis hin, deren Ausmaß aber Bild 1: Kuppeln und Flügeln von Güterzügen mit über den Zugverband verteilter Traktion Quelle: IEV Bild 2: Mögliche Effekte durch die Automatische Mittelpufferkupplung in Zugbildungsanlagen je nach Zielstellung Quelle: TU Dresden Internationales Verkehrswesen (70) 1 | 2018 86 FORUM Veranstaltungen bislang nicht näher untersucht wurde. Zuletzt wurde die Bedeutung der Migrationsphase hervorgehoben, die bei verschiedenen Migrationsszenarien - abhängig von den Eigenschaften der zu wählenden Kupplung wie z. B. halbvs. vollautomatisch und der Kupplungsfähigkeit mit der Schraubenkupplung - sich erheblich auf die Bewertung auswirkt, da potenzielle Nutzen vollumfänglich zum Teil erst nach abgeschlossener Migration zum Tragen kommen. Optimierung des Betriebes in Zugbildungsanlagen durch die Automatische Kupplung und ihre Netzwirkungen Moritz Ruf, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU Dresden, stellte Untersuchungen zu den betrieblichen Auswirkungen des Einsatzes einer automatischen Mittelpufferkupplung in Zugbildungsanlagen vor. Zuerst erfolgte eine Definition dreier zu betrachtender betrieblicher Szenarien: zum einen den Status Quo, zum zweiten konventionelle Güterwagen mit Mittelpufferkupplung und zum dritten intelligente Güterwagen mit Mittelpufferkupplung, automatischer Bremsprobe und technisch unterstützter Zuguntersuchung. Die betrieblichen Prozesse wurden als mathematisches Modell formuliert, mittels Verfahren des Operations Research gelöst und zu einem Zielbetriebsbild zusammengefügt [2]. Anhand eines Referenzbeispiels wurden zum einen Ressourceneffekte quantifiziert und zum anderen zeitliche Ersparnisse innerhalb der ZBA aufgezeigt (siehe Bild 2). Anschließend erweiterte Tobias Pollehn, ebenfalls wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU Dresden, die Betrachtung der Wirkungen in den Zugbildungsanlagen auf Netzwerke des Schienengüterverkehrs. Dabei wurde ein akademisches Referenzbeispiel eines Netzwerks entworfen und als Fixed charge multicommodity capacitated network design problem (FMCNDP) modelliert [3]. Zunächst konnte aufgezeigt werden, dass die Reduktion der Durchlaufzeit in der Zugbildungsanlage zu kürzeren Transportzeiten von Quelle zu Senke im Netzwerk führt. Zudem wurde dargestellt, wie sich Netzwerkstrukturen unter Beachtung von Zeitrestriktionen im Netzwerk (maximale Transportzeit von Quelle zu Senke) verhalten. Dabei wurde deutlich, dass die Durchlaufzeitreduktionen in den Anlagen durch den Einsatz der Automatischen Kupplung zu effizienteren Netzwerkstrukturen führen können, da durch die Zeiteinsparungen flexiblere Routings der Wagen durch das Netzwerk möglich werden. Dementsprechend können Wagen effizienter gebündelt und die Auslastung der Züge erhöht werden. Es besteht folglich ein Show Stopper Betrieb Mögliche Lösung des Show Stoppers Betrieb Fehlende Kompatibilität zur Schraubenkupplung führt zu Mehrbedarf an Gleisen in ZBA während Migrationsphase Geschlossene Systeme während Übergang/ Migration Höhenunterschied der Kupplungen bei unterschiedlichen Zuladungen Anpassungen der Regelwerke aufgrund von Änderungen von Betriebstechnologie und -verfahren in ZBA notwendig Festlegung eines technischen Standards für die Automatische Kupplung Unterschiedliche Interessen zwischen EVU und EIU Längere Züge zeitlich verzögert und nur auf ausgewählten Korridoren Überzeugendes Konzept für Automatische Kupplung schaffen, mit dem Entscheidungsträger gewonnen werden Mischverkehr diverser EVU in ZBA Deadline zur Überwindung des Mischbetriebs Tabelle 1: Show Stopper und Lösungsansätze - Betrieb Show Stopper Technik Mögliche Lösung des Show Stoppers Technik Fehlender technischer Standard für Automatische Kupplung Überfrachtung der automatischen Kupplung hinsichtlich der Funktionalitätsanforderungen führt zu technischen Schwierigkeiten und hohen Kosten Festlegung eines technischen Standards durch eine „starke Minderheit“ in der Branche Hoher Aufwand beim Einbau der Automatischen Kupplung in alte Güterwagen Alternative Lösungen (z. B. Rangierroboter) setzen sich durch Anreize zur Umrüstung bzw. Neubeschaffung von Wagen durch europäische „Abwrackprämie“ Sichern von stillstehenden Wagen Sichern der Wagen durch selbstständiges automatisches Bremsen Flankierender Infrastrukturausbau wird nicht rechtzeitig realisiert Nutzen durch längere Züge von vornherein nur als später möglichen Mehrwert ausweisen Tabelle 2: Show Stopper und Lösungsansätze - Technik Show Stopper Geschäftsmodell & Migration Mögliche Lösung des Show Stoppers Geschäftsmodell & Migration Festlegung gemeinsamer Strom- und Datenbusnormen Einige Nutzer müssen gemeinsam voranschreiten und Standard setzen. Falls MPK ohne Strom- und Datenverbindung eingeführt wird, muss Aufwärtskompatibilität sichergestellt werden. MPK mit Strom- und Datenverbindung ist zu-teuer Die Ausrüstung von Güterwagen mit Batterien oder Generatoren zur Versorgung von Zusatzfunktionen ist nicht wesentlich günstiger, aber mit vielen Nachteilen verbunden. Andere Lösungen der zuginternen Zugintegritätsüberwachung sind aufwändiger, teurer und/ oder nicht praxistauglich. Strom- und Datenverbindung der MPK wird nicht von allen Kunden der EVU benötigt Vorteile und Nutzenpotentiale ergeben sich nicht nur für Kunden, sondern auch für EVU. Das Thema kann bei der Finanzierung der MPK berücksichtigt werden. Einheitliche Migrationsstrategie Die Migration hängt direkt mit den Eigenschaften der MPK zusammen und muss daher schon bei den Anforderungen berücksichtigt werden. MPK, die während Migration mit Schraubenkupplung kuppelbar ist, führt zu unendlich langer Migrationsphase Zeitraum der Migration muss vorab festgelegt werden. MPK, die nicht mit Schraubenkupplung kuppelbar ist, muss in kurzem Zeitraum eingeführt werden Migration kann segmentweise umgesetzt werden. Nutzentransfer zwischen Akteuren fehlt Nutzentransfer durch transparentes Modell, welches von sämtlichen Akteuren gemeinsam erarbeitet und akzeptiert wird. Industrie kann geforderte Stückzahlen für zeitnahe Migration nicht leisten Flexibilisierung des Beschaffungsmanagements: Multi-Vendor-Ansatz, Global Sourcing Tabelle 3: Show Stopper und Lösungsansätze - Geschäftsmodell & Migration Internationales Verkehrswesen (70) 1 | 2018 87 Veranstaltungen FORUM Potenzial zur internen Optimierung der Netzwerke des Schienengüterverkehrs sowie zur Erhöhung der Kundenorientierung durch kurze Transportzeiten auf Basis des Einsatzes der Automatischen Kupplung. Die Automatische Kupplung als Grundlage für die Automation im Bahnbetrieb bei SBB Cargo AG Philipp Thalmann und Aldo Smania von der SBB Cargo AG hoben in ihrem Vortrag die elementare Bedeutung der Automatischen Kupplung für die Automation im Bahnbetrieb hervor. Ausgehend von den Herausforderungen, welchen SBB Cargo im Wagenladungsverkehr gegenübersteht (u. a. hohe Kundenanforderungen, demographischer Wandel), wurde das Big Picture zur Automationsstrategie des Schweizer Schienengüterverkehrs vorgestellt. Von besonderer Bedeutung ist hierbei der „1-Personen-Betrieb“, bei dem Rangieren und Zugbildungen von einer Person durchgeführt werden können. Des Weiteren soll der Einsatz neuer Prüfkonzepte für die Wagentechnische Untersuchung die geforderte Zustandserfassung vom Schutzziel ableiten. Eine weitere Komponente stellt die Ausstattung der Wagen mit intelligenter Sensorik dar (Asset Intelligence), welche einerseits die Kundenorientierung erhöhen und andererseits für interne Use Cases eingesetzt werden kann. Zur Umsetzung der strategischen Ausrichtung wurde gezeigt, wie in dem Pilotprojekt 5-L Demonstratorzug [4] bereits jetzt intelligente Komponenten zum Einsatz kommen und getestet werden. Insbesondere zum Aufwand der Umrüstung von Güterwagen wurden wertvolle Kenntnisse gewonnen. Der Demonstratorzug stellt die Voraussetzung für den Einsatz der Automatischen Kupplung im Kombinierten Verkehr dar. Um die Innovationskraft der Branche zu stärken, wurde von SBB Cargo zudem allgemein der Wandel vom Push-Prinzip, bei dem Wagenhersteller Innovationen eigenständig mit limitierter Marktorientierung entwickeln, zum Pull-Prinzip, bei dem die Produkte auf Basis der vom Markt definierten Anforderungen entwickelt werden, vorgestellt. Diskussion Angeregt durch den Input aus den Vorträgen wurden in drei Rubriken wesentliche Show Stopper identifiziert, die bei der Einführung einer automatischen Kupplung beachtet werden sollten. Insbesondere die Ermöglichung des Eintretens der prognostizierten Effekte spielte eine zentrale Rolle. Nach der Identifizierung wurden Lösungswege erarbeitet, wie die jeweiligen Show Stopper entkräftet werden können. Die Tabellen 1 bis 3 geben einen Überblick, welche Punkte insbesondere diskutiert wurden. Fazit Überzeugende, fachlich fundierte und von Projekterfahrung getragene Beiträge, die die verschiedenen Aspekte der Einführung einer automatischen Mittelpufferkupplung mit den Schwerpunkten Automatisierung und Zugbildungsanlagen beleuchteten, führten zu einem regen fachlichen Austausch zwischen den Teilnehmern aus Wissenschaft und Praxis. Zu den als Show Stopper identifizierten Themenbereichen und Stichpunkten konnten gemeinsam Lösungsansätze erarbeitet werden, welche als Basis für die weitere Diskussion zur Einführung der Automatischen Kupplung dienen. Trotz der festgestellten unterschiedlichen Vorstellungen hinsichtlich der Anforderungen an eine einheitliche automatische Mittelpufferkupplung waren sich alle Teilnehmer des Workshops einig, dass deren Einführung mittelfristig zwingend notwendig ist, um die im Schienengüterverkehr dringend notwendige Effizienzsteigerung realisieren zu können. Der Einsatz von automatischen Mittelpufferkupplungen in Zugbildungsanlagen wurde ausführlich diskutiert. Dabei zeigte sich auch vielfältiger weiterer Forschungsbedarf, um mögliche Entwicklungsrichtungen, Auswirkungen sowie Nutzen und Kosten erfassen und bewerten zu können. ■ LITERATUR [1] Martin, Ullrich; von Molo, Carlo (2015): Umfassende Einführung der Mittelpufferkupplung - Perspektiven für Eisenbahninfrastrukturunternehmen. VWI Neues verkehrswissenschaftliches Journal - Band 13. ISBN 9783734766817. Books on Demand GmbH Norderstedt [2] Preis, H.; König, R (2016): Innovationsfeld Zugbildungsanlage (2): Modellentwicklung für eine optimierte Betriebsplanung, 25. Verkehrswissenschaftliche Tage 2016, Dresden [3] Voll, R. (2014). Methoden der mathematischen Optimierung zur Planung taktischer Wagenrouten im Einzelwagenverkehr. Dissertation, Technische Universität Dortmund [4] König, R.; Hecht, M. (2012). Weissbuch Innovativer Eisenbahngüterwagen 2030 Ullrich Martin, Prof. Dr.-Ing. Direktor des Instituts für Eisenbahn- und Verkehrswesen, Universität Stuttgart ullrich.martin@ievvwi.uni-stuttgart.de Fabian Hantsch, Dr. Akademischer Rat, Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen, Universität Stuttgart fabian.hantsch@ievvwi.uni-stuttgart.de Rainer König, Prof. Dr.-Ing. Professur für Bahnverkehr, Öffentlicher Stadt- und Regionalverkehr, Technische Universität Dresden rainer.koenig @tu-dresden.de Tobias Pollehn, M.Sc. Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Professur für Bahnverkehr, Öffentlicher Stadt- und Regionalverkehr, Technische Universität Dresden tobias.pollehn@tu-dresden.de Moritz Ruf, M.Sc. Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Professur für Bahnverkehr, Öffentlicher Stadt- und Regionalverkehr, Technische Universität Dresden moritz.ruf@tu-dresden.de Carlo von Molo, Dipl.-Vw. techn. Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen, Universität Stuttgart carlo.molo@ievvwi.uni-stuttgart.de Termine und Veranstaltungen finden Sie stets aktuell im Web: www.internationales-verkehrswesen.de/ termine_veranstaltungen