Internationales Verkehrswesen
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ASINO: Autarkes, Selbstfahrendes, INnOvatives Drehgestell
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Mathilde Laporte
David Krüger
Um aktuelle Herausforderungen wie die Dekarbonisierung und Digitalisierung des Schienengüterverkehrs zu bewältigen, entwickelt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ein innovatives, vollständig integriertes selbstfahrendes Drehgestell für neue und bestehende Güterwagen. Dieses „ASINO“-Drehgestell (advanced self-propelled fully-integrated bogie) erleichtert nicht nur Rangierund Last-Mile-Betrieb, sondern unterstützt die Lokomotive dank regenerativer Bremsung und Assistenzfunktion auch auf Hauptstrecken.
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güterverkehr konkurrieren [4]. Insbesondere leidet der Einzelwagenverkehr (EWV), der in einigen Ländern bereits vollständig abgeschafft wurde und in Deutschland nur dank Subventionen aufrechterhalten wird [5]. Darüber hinaus begünstigt die steigende Nachfrage der Kunden nach größerer Flexibilität und kürzeren Lieferzeiten den Straßenverkehr. Der SGV muss daher modernisiert und verbessert werden, um dieser starken Nachfrage gerecht zu werden. Dank neuer Technologien kann der EWV dynamischer gestaltet und gleichzeitig eine bessere Nutzung der bestehenden, derzeit ungleichmäßig ausgelasteten Infrastruktur ermöglicht werden [6]. Im EWV werden einzelne Güterwagen oder kleine Wagengruppen von verschiedenen Verladern an unterschiedli- 1. Heutiger Stand des Schienengüterverkehrs Der allgemeine Güterverkehr steht heute vor zahlreichen Herausforderungen, insbesondere im Hinblick auf die Klimaneutralität. Die Emissionsziele des Bundes-Klimaschutzgesetztes [1] wurden in den letzten Jahren nicht erreicht, sodass die nächsten fünf Jahre entscheidend für die Erreichung der Ziele für 2030 sind [2]. Die Verlagerung des Güterverkehrs von der Straße auf die Schiene ermöglicht eine Reduzierung von etwa 105 g CO2 pro Tonnenkilometer [3]. Der Schienengüterverkehr (SGV) steht jedoch vor der Herausforderung des allgemeinen Fachkräftemangels sowie einer veralteten Infrastruktur und kann in manchen Bereichen mit den verfügbaren Technologien und Betriebskonzepten nicht mit dem Straßenchen Orten abgeholt und anschließend in einem Rangierbahnhof zu längeren Ganzzügen zusammengestellt. Am Zielbahnhof des Ganzzuges werden die Einzelwagen dann teilweise wieder entkoppelt und an unterschiedliche Empfänger verteilt. Durch selbstfahrende Güterwagen werden neue flexible und hochautomatisierte Betriebsformen, insbesondere im EWV, ermöglicht. Diese haben das Potenzial Rangiervorgänge, Last-Mile-Transporte und die Anbindung zahlreicher Gleisanschlüsse wieder rentabel zu machen, unabhängig von der Wagenanzahl oder der Größe des Rangierbahnhofs. In Kombination mit der zukünftig eingesetzten digitalen automatischen Kupplung (DAK) [7] erlangt der EWV durch den Einsatz selbstfahrender Güterwagen auch bei kleinen Ladungsmengen gegenüber ASINO: Autarkes, Selbstfahrendes, INnOvatives Drehgestell Innovativ, Güterverkehr, Selbstfahrend, Leichtbau Um aktuelle Herausforderungen wie die Dekarbonisierung und Digitalisierung des Schienengüterverkehrs zu bewältigen, entwickelt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ein innovatives, vollständig integriertes selbstfahrendes Drehgestell für neue und bestehende Güterwagen. Dieses „ASINO“-Drehgestell (advanced self-propelled fully-integrated bogie) erleichtert nicht nur Rangier- und Last-Mile-Betrieb, sondern unterstützt die Lokomotive dank regenerativer Bremsung und Assistenzfunktion auch auf Hauptstrecken. Mathilde Laporte, David Krüger TECHNOLOGIE selbstfahrendes Drehgestell DOI: 10.24053/ IV-2025-0070 Internationales Verkehrswesen (77) 4 ǀ 2025 54 dem Straßengüterverkehr eine potenzielle Konkurrenzfähigkeit. Mit der besseren Effizienz des SGV gegenüber der Straße sowie der Leistungsfähigkeit des SGV, kann ein größeres Transportvolumen auf der Schiene einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Klimaschutzziele im Verkehrssektor leisten. 2. Stand der Technik In den letzten Jahrzehnten gab es sporadische Entwicklungen Richtung selbstfahrender Güterwagen. Diese nahmen aber vor allem aufgrund der Preis- und Technologieentwicklung bei Akkumulatoren in den letzten 10 Jahren Fahrt auf. Einfache selbstfahrende Waggons gibt es seit etwa 100 Jahren. Die modernsten und ausgereiftesten Beispiele auf dem Markt sind jedoch die Produkte des amerikanischen Unternehmens Intramotev, mit seinen batteriebetriebenen selbstfahrenden Güterwagen und Antriebssystemen namens „ReVolt” und „TugVolt” (Bild 1) [8]. Diese Konzepte werden hauptsächlich für kurze Strecken innerhalb von Fabriken oder Bergwerken verwendet. Sie haben eine Reichweite von ca. 200 km und können somit einen ganzen Tag ohne Nachladen mehrere kurze Fahrten absolvieren. Die Konzepte werden nach der Betriebszeit an eine Ladestation angeschlossen, um die Batterien wieder aufzuladen. Das kalifornische Unternehmen Parallel Systems arbeitet seit 2020 an Konzepten für selbstfahrende Waggons und hat erfolgreich ein autonomer, batteriebetriebener Güterwagen entwickelt (Bild 2). Dieses Konzept hat eine Reichweite von 800 km und ist mit Sensoren ausgestattet, die eine kontinuierliche Analyse des Systems, beispielsweise seiner Position, ermöglichen. Dies gewährleistet einen reibungslosen Betrieb. Außerdem lädt sich das Fahrzeug selbstständig auf, sodass kein menschliches Eingreifen erforderlich ist, damit der Waggon sein Ziel erreicht. Die Fahrzeuge sollen zwar in einer Kolonne fahren, sollen aber nicht mechanisch gekuppelt werden, was die Sicherheit erhöhen soll, da manuelle Kupplungsvorgänge gefährlich und zeitaufwendig sind. Auch das Bremssystem trägt zur Verbesserung der Sicherheit bei. Durch eine fortschrittliche Bremsanlage kann der Bremsweg im Vergleich zu einem herkömmlichen Zug verkürzt werden. [10] 3. Entwicklung eines selbstfahrenden Drehgestells Konzept Am DLR wird ein Konzept für einen selbstfahrenden Güterwagen im Rahmen des Projekts Propulsion and Coupling und als Beitrag zum Europe’s Rail Projekt TRANS4M-R entwickelt. Dieses Konzept trägt den Namen ASINO („Autarkes, Selbstfahrendes, InNOvatives Drehgestell“). [11] Die Besonderheit dieses Systems besteht darin, dass alle Komponenten wie das elektrische Antriebssystem (u. a. Motor, Batterie und Wechselrichter), das Kühlsystem und die für die Automatisierung oder Konnektivität zu anderen Güterwagen und Systemen erforderlichen Komponenten in das Drehgestell integriert sind. Durch die Einhaltung von den relevanten UIC-Standards können möglichst viele Arten von Wagen, ob neu oder alt, mit diesem Drehgestell ausgestattet werden. Änderungen an bestehenden Tragwagen sind nicht erforderlich. Das Konzept basiert auf einfachen Konstruktionsmethoden und konventionellen Materialien, um die Kosten zu minimieren. Damit ermöglicht ASINO eine wirtschaftliche Herstellung und Betrieb und steigert die Konkurrenzfähigkeit des SGV. Funktionen Das ASINO-Drehgestell kann sowohl als selbstfahrender Last-Mile Transport als auch in einem klassischen Zugverband eingesetzt werden. Daher müssen neben grundlegenden Funktionen auch weitere zusätzliche und spezifische Funktionen erfüllt werden. Die wichtigste Grundfunktion besteht darin, einfache Letzte-Mile-Fahrten und Rangierarbeiten ferngesteuert auszuführen. Die Reichweite beträgt unter pessimistischen Annahmen mindestens 10 km. Die Höchstgeschwindigkeit in Rangierbereichen beträgt 25 km/ h bei einer Steigung von 12,5 ‰. Außerdem sind, wie bereits erwähnt, keine Änderungen am den Tragwagen erforderlich, sodass das ASINO-Drehgestell dazu in der Lage ist, unabhängig von der Druckluftversorgung einer Lokomotive zu bremsen. Obwohl die primäre Funktion darin besteht, die letzten Kilometern autark zu bedienen, sollen mit ASINO-Drehgestell ausgestattete Wagen für die sonstige Fahrstrecke konventionell in einem Lokomotivebespannten Zug eingereiht werden, um so die größeren Entfernungen zurücklegen. In dieser Konfiguration beträgt die Höchstgeschwindigkeit wie üblich 120 km/ h, während die Reichweite dank der herkömmlichen Lokomotive effektiv unbegrenzt ist. Obwohl der Antrieb primär für langsame Geschwindigkeiten ausgelegt ist, muss er auch bei hohen Geschwindigkeiten eingreifen können: Im Zugverband kann das Drehgestell die Lokomotive dank einer „Boost”- Funktion unterstützen, die bei Bedarf, z. B. bei Steigungen oder höherer Beladung, mehr Leistung liefert. Zudem soll das Drehgestell bei Fahrt im Zugverband durch regeneratives Bremsen seine Batterie aufladen können. Dadurch soll im normalen Betrieb kein externes Aufladen erforderlich sein, was die Flexibilität von ASINO erhöht. Das ASINO-Drehgestell kann bei Bedarf auch als Energiequelle für die Ladung (Kühlauflieger, Container usw.) dienen bzw. Energie über die DAK in das Zugnetz einspeisen. Bild 1: Selbstfahrender Güterwagen der Fa. Intramotev, ausgerüstet mit dem TugVolt System [9] Bild 2: Parallel Systems Demonstrator mit einem Container [10] selbstfahrendes Drehgestell TECHNOLOGIE DOI: 10.24053/ IV-2025-0070 Internationales Verkehrswesen (77) 4 ǀ 2025 55 kann auf Druckluftanschlüsse, Kompressor und einen Druckspeicher im Drehgestell verzichtet werden. Antriebssystem Nach einer gründlichen Marktanalyse und zahlreichen Gesprächen mit Herstellern konnte ein erster Konzeptentwurf für das Antriebssystem erstellt werden. Beim Anfahren ist bei niedrigerer Geschwindigkeit ein hohes Drehmoment erforderlich. Hierfür wurde ein Permanentmagnet-Synchronmotor (Bild 3, blau) in Verbindung mit einem Getriebe (Bild 3, orange) gewählt. Der Elektromotor und das Getriebe werden einerseits über ein Federbein am Drehgestellrahmen und andererseits über sogenannte Tatzlager auf der Radsatzwelle abgestützt. Der Antrieb gilt daher als teilabgefedert, was für den Geschwindigkeitsbereich des ASINO Drehgestells (100 bis 120 km/ h) in der Bahnbranche eine übliche Anordnung ist. Durch das Federbein werden Schläge, die über den Antriebsstrang übertragen werden, abgefedert, wodurch der Rahmen vom Antrieb entkoppelt wird und die ungefederte Masse und die Gleisbeanspruchung gesenkt werden. Darüber hinaus ermöglicht diese Konstruktion eine Relativbewegung zwischen dem Antriebsstrang und dem Drehgestellrahmen, was für die radiale Einstellbarkeit der Radsätze wichtig ist. Um das System und/ oder die Ladung mit ausreichend Energie versorgen zu können, sieht das aktuelle Konzept eine LTO-Batterie (Lithium-Titanium-Oxide) vor. LTO- Batterien bieten zahlreiche Vorteile, darunter eine hohe Zyklenfestigkeit und eine effektive Ladeleistung über einen breiten Temperaturbereich. Aufgrund der Größe und Masse der Batterie wird diese auf einen zusätzlich abgefederten Hilfsrahmen zwischen den beiden Radsätzen platziert (Bild 4). LTO-Batterien sind in der Bahnbranche inzwischen üblich, sind aber eher im höheren Preissegment angesiedelt, weshalb der Markt weiter beobachtet wird und andere Batterietypen für eine spätere Serienanwendung zum Einsatz kommen könnten. 4. Konzeptkonstruktion des ASINO Drehgestells Das Konzept für ASINO wird derzeit in eine Konzeptkonstruktion überführt (Artikelstartbild). Wie erwähnt, müssen alle erforderlichen Komponenten integriert werden, ohne die Kosten und das Gewicht erheblich zu erhöhen, damit die Zuladung des Wagens nicht beeinträchtigt wird. Daher werden überwiegend konventionelle Werkstoffe für die Konstruktion verwendet, allerdings in einer leichtbauoptimierten Bauweise. Es wird darauf geachtet, dass bestehende und standardisierte Fertigungsverfahren sowie Komponenten weiterhin verwendet werden können. ASINO muss so einfach und anpassungsfähig wie möglich bleiben, was mehrere Herausforderungen in Bezug auf Kosten, Bauraum und Akzeptanz mit sich bringt. Mechanische Konstruktion Die Konstruktion basiert auf der Norm UIC510-1 [13] und entspricht damit den Schnittstellen und Bauräumen der Y25- Drehgestellfamilie [14]. Somit ist die Grund- Konstruktion bekannt und hat eine hohe Akzeptanz. Als Grundwerkstoff wird der Standard-Baustahl S355 verwendet. Um die durch alle Komponenten hinzugefügte Masse auszugleichen, erfolgt eine leichtbauoptimierte Auslegung. Die verwendeten Komponenten wie Achsen, Achslager, Federung, Dämpfung und Gleitstücke entsprechen alle dem neuesten Stand der Technik im SGV. Nur bei der Bremse wird ein neuartiger Ansatz verfolgt: Um ein selbstfahrendes Fahren ohne Druckluftversorgung durch eine Lokomotive zu ermöglichen, werden elektrische Bremsen, die jedoch den Standardabmessungen eines herkömmlichen kompakten Scheibenbremssattels entsprechen, eingesetzt. Dadurch 5. Zusammenfassung und Ausblick Im Rahmen des ASINO-Projekts wird ein selbstfahrendes Drehgestell für Güterwagen entwickelt, um die Modernisierung und Automatisierung des SGVs voranzutreiben. Gespräche mit Interessengruppen und Analysen der Bedürfnisse und ausgewählte potenzielle Anwendungsfälle haben gezeigt, dass dieses Konzept ein großes Potenzial hat. Dabei sind ein angemessenes Kosten-Nutzen-Verhältnis und ein tragfähiger Business Case zu beachten. Das Hauptziel des ASINO-Drehgestells ist es, den SGV und den EWV konkurrenzfähig und flexibler zu gestalten. Gerade der EWV hat aber das größte Potenzial Verkehre von der Straße (wieder) auf die Schiene zu holen, teilweise unterausgelastete Infrastrukturen zu nutzen und so dazu beizutragen, die Emissionsziele des Verkehrssektors erreichbar zu machen. Die derzeitige Betriebsweise des EWV ist jedoch nicht rentabel, weshalb mit ASINO ein neues Konzept entwickelt wird, das diese Herausforderung durch moderne Antriebstechnik, effizientes Packaging und Leichtbau angeht. Das DLR hat sich zum Ziel gesetzt, einen Prototyp zu bauen und diesen für weitere Demonstrationen und Tests zu nutzen. Industriepartner werden bei der Realisierung eine wichtige Rolle spielen. Die Technologien und Kenntnisse, die diese Partner einbringen können, werden auch weitere Konkretisierung des ASINO-Drehgestells beeinflussen. Ob auf Langstrecken, der letzten Meile oder beim Rangieren, ASINO hat das Potenzial, den Arbeitsaufwand, den Energieverbrauch und die Anzahl der benötigten Lokomotiven erheblich zu reduzieren und so zur konkurrenzfähigen des SGV beizutragen. Als eine flexible und vernetze Plattform ebnet ASINO auch den Weg für zahlreiche Fortschritte im Bereich des autonomen Fahrens und für die Erreichung eines in mehreren Hinsichten nachhaltigen SGVs. ▪ Bild 3: Teilabgefederte „Tatzlager“-Aufhängung des ASINO-Antriebs, Schnittansicht. Motor (blau) und Getriebe (orange) stützen sich auf der Radsatzwelle (dunkelgrau) ab und sind gefedert am Rahmen (gelb) aufgehängt [12] Bild 4: Seitenansicht auf die Federung des ASINO Drehgestells, mit dem zusätzlich abgefederten Hilfsrahmen für Elektronikkomponenten (grau) mittig unter dem Hauptrahmen [12] TECHNOLOGIE selbstfahrendes Drehgestell DOI: 10.24053/ IV-2025-0070 Internationales Verkehrswesen (77) 4 ǀ 2025 56 LITERATUR [1] B.d. J.u.f.Verbraucherschutz,„Bundes-Klimaschutzgesetz (KSG),“ 2019. [Online]. Available: https: / / www.gesetze-im-internet.de/ ksg/ BJNR251310019. html. [Zugriff am 04 09 2025]. 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[13] U. I. U. o. Railway, „UIC,“ 01 04 2025. [Online]. Available: https: / / uic.org/ IMG/ pdf/ uic_regles_de_ chargement-tome_1_01.04_2025.pdf. [Zugriff am 04 09 2025]. [14] Eisenbahnlaufwerke Halle, „Y25 zweiachsige Standarddrehgestelle für Güterwagen,“ [Online]. Available: https: / / www.elh.de/ produkte/ y25. [Zugriff am 22 04 2025]. Eingangsabbildung: © Vollständiger Zusammenbau des ASINO Drehgestells [12] Mathilde Laporte, Research Associate, German Aerospace Center Institute of Vehicle Concepts, Pfaffenwaldring 38- 40, 70569 Stuttgart mathilde.laporte@dlr.de David Krüger, Research Associate, German Aerospace Center Institute of Vehicle Concepts, Pfaffenwaldring 38- 40, 70569 Stuttgart David.krueger@dlr.de The project is supported by the Europe’s Rail Joint Undertaking and its members. Funded by the European Union. Views and opinions expressed are however those of the author(s) only and do not necessarily reflect those of the European Union or the Europe’s Rail Joint Undertaking. Neither the European Union nor the granting authority can be held responsible for them. Grant Agreement number: 101102009 Narr Francke Attempto Verlag GmbH + Co. KG \ Dischingerweg 5 \ 72070 Tübingen \ Germany \ Tel. +49 (0)7071 97 97 0 \ info@narr.de \ www.narr.de Spionagerisiken frühzeitig erkennen und abwehren Insider-Spionage ist ein drängendes Phänomen unserer Zeit, für das bisher keine hinreichende Erklärung existiert. Frank C. Danesy präsentiert mit einem Fünf-Faktoren-Modell einen multidisziplinären Ansatz, der eine Analyse der Insider-Spionage ermöglicht und Wege zur Früherkennung und Prävention aufzeigt. Fallbeispiele veranschaulichen die praktische Anwendung. Frank C. Danesy Insider-Spionage 1. Au age 2025, 334 Seiten €[D] 34,90 ISBN 978-3-8252-6479-6 (print) ISBN 978-3-8385-6479-1 (eBook) DOI 10.36198/ 9783838564791 Anzeige selbstfahrendes Drehgestell TECHNOLOGIE
