Öffentliche Präsentation der Zwischenergebnisse der Studie ... · Öffentliche Präsentation der Zwischenergebnisse der Studie „Erstellung eines Konzepts für die EU-weite Migration

Öffentliche Präsentation der Zwischenergebnisse der Studie

„Erstellung eines Konzepts für die EU-weite Migration eines

digitalen automatischen Kupplungssystems für den

Schienengüterverkehr“

Im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI)

Berlin, den 10. Dezember 2019

1© hwh Gesellschaft für Transport- und Unternehmensberatung mbH - Projektträger des BMVI für die „Erstellung eines Konzepts für die EU-weite Migration eines Digitalen Automatischen Kupplungssystems“


Agenda

DAK als Baustein für die Digitalisierung und Automatisierung des SGV -

Nutzen DAK und Herausforderungen bei der Migration einer DAK in Europa

A

Technik DAK: Herausforderungen und Lösungsansätze

B

Betrieb DAK: Herausforderungen und Lösungsansätze

C

Finanzierung und Organisation DAK: Herausforderungen und Lösungsansätze

D


Automatische Kupplungen wurden weltweit seit Ende des

19. Jahrhunderts im SGV eingeführt – nur nicht in Europa

Schraubenkupplung Automatische Kupplung

Mischsystem SK/AK Sonstige (z.B. Hakenkupplung)

1893

AAR

1935-1957

SA3

1925

AAR

Iran

aktuelle

Migration

SA3

1960/70

AK69/

Intermat

1990/2000

Z-AK


Mittlerweile haben sich aber die Rahmen-

bedingungen im SGV in Europa deutlich geändert…

Frühes 20. Jahrhundert

Automatische Kupplung (AK)

zur Reduzierung von

Rangierunfällen

Spätes 20. Jahrhundert

AK zur Produktivitätssteigerung

im Rangierbetrieb

21. Jahrhundert

Digitale Automatische Kupplung

(DAK) als Voraussetzung zur

Automatisierung und Digitalisierung

des SGV in Europa

Mit zunehmender Digitalisierung und Automatisierung im Bahnbetrieb sind viele Anwendungen in Entwicklung, die es

ermöglichen werden, die Attraktivität und Produktivität des Schienengüterverkehrs deutlich zu steigern.

Folgende Voraussetzungen müssen dafür erfüllt sein:

Ausreichende

Energieversorgung

Sichere Daten-

kommunikation

Automatisches

Kuppeln/Entkuppeln

+ + =Digitale Automatische

Kupplung DAK mit

Strom- und Datenleitung


Im Sektor Schienengüterverkehr wird die Einführung

einer Digitalen Automatischen Kupplung (DAK) Typ 4 verfolgt

Partielle Digitalisierung

SGV mit Behelfsmitteln

Voll-

automatisierter

SGV

Teil-

automatisierter

SGV

Manueller

SGV

Digitalisierung SGVUmfassende

Digitalisierung SGV

Automatisches Kuppeln von

Luft-, Strom- und

Datenbusleitung

ep-Bremse

Entkuppeln teilautomatisiert

Automatisches Kuppeln von Luft- und

Stromleitung

ep-Bremse


Automatisches Kuppeln von

Luftleitung


Automatisches, mechanisches Kuppeln

Kuppeln Luftleitung und Entkuppeln manuell

Schrauben-

kupplung

Automatisches Kuppeln von Luft-, Strom-

und Datenbusleitung

ep-Bremse

Automatisches Entkuppeln

ferngesteuert

DAK

5*

DAK

4

DAK

3

AK

2AK

1SK

Kosten je Kupplung

Nu

tze

n / A

uto

ma

tis

ieru

ng

sg

rad

* Eine DAK Typ 5 gibt es bisher noch nicht für den SGV


Die DAK für den SGV birgt große Potenziale für verschiedene

Stakeholder

Eisenbahninfrastruktur-unternehmen (EIU)

Eisenbahnverkehrs-unternehmen (EVU)

Wagenhalter Verlader

Effizienz-

steigerung

Enabler-

Funktion für

Automatisierung

SGV

Sicherheit, Lärm,

Energie

Erhöhung Trassen-

kapazität durch

längere, schwerere,

schnellere Züge,

Erhöhung Kapazität

RBF

Zugintegritätsprüfung

als Voraussetzung für

ETCS-Level 3

Erhöhung

Entgleisungs-

sicherheit

Reduzierung

Rangieraufwand;

längere, schwerere,

schnellere Züge,

Erhöhung System-

geschwindigkeit

Automatisierter

Bahnbetrieb, z.B

autom. Bremsprobe,

Wagenreihung,

Überwachung

Komponenten,…

Arbeitssicherheit

Rangieren, Entgleis-

ungssicherheit,

Reduzierung Lärm-

emissionen, höhere

Rekuperation Energie

Reduzierung

Instandhaltungs-

aufwand Radsätze/

Puffer

Erhöhung

Wagenverfügbarkeit

durch Predicive

Maintenance

Erhöhung

Entgleisungs-

sicherheit,

Reduzierung Lärm-

emissionen

Höhere Zuladung je

Wagen/Zug; Steigerung

Attraktivität SGV

zwecks Modal Shift

Steigerung Attraktivität

SGV durch Telematik

und Automatisierung

Arbeitssicherheit

Rangieren im

Gleisanschluss


Die DAK unterstützt u.a. auch die Digitalisierung und Automatisierung

von manuellen Tätigkeiten bei der Zugvorbereitung

Tätigkeiten und Laufwege Lokrangierführer (LRF) im Gleisanschluss (heutiger Prozessablauf)

Lrf prüft Übereinstimmung der Wagen vor Ort mit der Bedienliste (ggf. Wagen aussortieren)

Eingabe der Wagennummern in Bedienliste (MPS)

Lrf läuft mit Funkfernsteuerung von Wagen zu Wagen, durch Beidrücken erfolgt sukzessive Kuppeln der Lok mit den weiteren Wagen

Bremse anlegen per Funkfernsteuerung, anschließend Prüfung, ob Bremse angelegt ist und Zustand der Bremse

Lösen der Bremse per Funkfernsteuerung, anschl. wechseln der Zugseite und Prüfung, ob Bremse gelöst ist und Zustand der Bremse. Anbringen Zugschlusssignal.

Laufweg zurück zum Triebfahrzeug und Abfahrt

Zwischenschritt:Kuppeln von Tfz. an ersten Wagen

1 2

3

5

4

6


Die manuellen Tätigkeiten bei der Zugvorbereitung betreffen nicht nur

den EWLV – auch Ganzzüge und KV mit hohem manuellen Aufwand

*Im Einzelwagenverkehr, insb. in Zugbildungsanlagen, sind die manuell durchzuführenden Tätigkeiten noch wesentlich umfangreicher als oben dargestellt.

Ganzzug Automotive

Umlauf

Ganzzug Rohstoff / Bulk

Umlauf

KV-Seehafen-

hinterlandverkehr

Umlauf

KV Kontinentalverkehr

Umlauf

Ganzzug Rohstoff

Umlauf

Wagengruppenverkehr Stahl

Umlauf

Lok

ankuppeln

Lok

entkuppeln

Wagen

ankuppeln

Wagen

entkuppeln

Zugdaten

behandeln

Zugdaten

aufnehmen

Wagen-

listen

drucken /

abgeben

Wagen-

technische

Unter-

suchung

Brems-

probe

durch-

führen

29x

14x

8x

8x

12x

22x

12x

8x

8x

10x

22x

13x

7x

30x

-

6x

12x

7x

30x

-

6x

12x

3x

6x

4x

2x

2x

2x

3x

6x

4x

2x

2x

2x

3x

3x

4x

2x

2x

2x

3x

3x

4x

2x

2x

2x

5x

6x

9x

7x

4x

23x

Verkehr

Tätigkeit


Insgesamt wurden 28 Use Cases der DAK in den Kategorien Effizienz-

steigerung, Sicherheit, Markt und Enabler-Funktion identifiziert

Effizienzsteigerung - Effekte aus DAK Sicherheit / Personal – Effekte aus DAK Automatisierung / DAK als Enabler

Reduzierung des man. Rangieraufwands Erhöhung Arbeitssicherheit für Rangierpersonal Automatische Bremsprobe

Reduzierung Rangieraufwand durch Entfall

Beidrücken Güterwagen nach Ablaufberg

Aufrechterhaltung Rangierbetrieb bei Personal-

rekrutierungsschwierigkeitenAutomatische Berechnung Bremsvermögen

Beschleunigung Rangiervorgänge und Erhöhung

Systemgeschwindigkeit im SGV

Erhöhung Rekuperation durch veränderte

Längsdynamik

Conditioned based maintenance über on-board

Zustandskontrolle Komponenten

Bildung von längeren ZügenEntfall Batterie-Tausch für Telematik-Geräte durch

Verwendung Stromleitung

Bildung von schwereren ZügenErhöhung Systemgeschwindigkeit durch Wegfall

Umstellen Bremshebelstellung „P“ oder „G“

Erhöhung Fahrgeschwindigkeit durch Nutzung

Bremsstellung "P"Zugintegritätskontrolle

Reduzierung Instandhaltungsaufwand: verringerter

RadsatzverschleißLadungsüberwachung/Beladungsüberwachung

Reduzierung Instandhaltungsaufwand: Entfall

Pufferverschleiß und -schmieren ep-Bremse

Reduzierung Instandhaltungsaufwand Infrastruktur Entgleisungsdetektion

Reduzierung Wagengewicht / Erhöhung Zuladung

durch Einsparung Puffer

Markt – Effekte aus DAK und

AutomatisierungErfassung der Wagenreihung

Reduzierung Wagengewicht durch veränderte

Konstruktion

Erschließung neuer Marktsegmente aufgrund

schnellerer Transport-/UmlaufzeitenErfassung der Bremszustände

On-Board Detektion Heißläufer


In den letzten Jahren gab es bereits diverse Aktivitäten

mit Bezug zur Digitalen Automatischen Kupplung

AK Typ 2 Demonstrator („5L“-demonstrator“)

Rollout AK Typ 2 in 100 Intermodalwagen im April 2019

Ausstellung der Prototypen DAK Typ 4 Voith/Wabtec auf der Messe transport logistic im Juni 2019

AK Typ 2 Demonstrator (Projekt „Innovativer Güterwagen“)

Projekt „Digitale Automatische Kupplung zur Automatisierung des Schienengüterverkehrs in Europa“

CAF: Entwicklung DAK Typ 4 SA3

Dellner: Entwicklung DK Typ 4 Scharfenberg

Voith: Entwicklung DAK Typ 4 Scharfenberg

Wabtec: Entwicklung DAK Typ 4 Schwab

Trafikverket Mitglied des Shift²Rail-Projekts zur DAK

Demonstrator-Projekt von verschiedenen DAK Typ 4 in Schweden 2020

Green Cargp als EVU für den Demonstrator-Betrieb

TIS Positionspapier zur DAK im Herbst 2018

TIS Weißbuch „Intelligenter Güterzug“ (inkl. DAK) im Juni 2019

AK Typ 2 Demonstrator (Projekt „Innovativer Güterwagen“ 2017-2019) mit Ausstellung AK Typ 2 auf Innotrans 2018

DAK als Teil des Masterplans Schienengüterverkehr

Studie Migrationsstrategie DAK


Das BMVI hat im Juni 2019 eine Studie „Migrationsstrategie

DAK“ mit folgenden Inhalten in Auftrag gegeben

AP 1: Marktüberblick /

Stand der Technik

AP 2: Migrationskonzept AP 3: Handlungsempfehlungen

1. Umrüstbedarf GW / TFZ,

Kosten Migration DAK,

Nutzenpotenziale DAK

2. Stand der Technik DAK

3. F&E-Aktivitäten DAK

4. Nationale und EU-weite

rechtliche Rahmenbedingungen

DAK

5. Identifikation relevante

Stakeholder

6. Pläne der Stakeholder zur

Einführung DAK

7. Standards bei der Strom- und

Datenversorgung

1. Sektorweiter Einigungsprozess

auf einen Kupplungstypen DAK

2. Rahmenbedingungen zur

Etablierung eines Standards

3. Aufwärts-/Abwärtskompatibilität

der. DAK-Typen (1 bis 5)

4. Parallelbetrieb DAK/SK*

5. Organisationsmodell Roll-out

DAK

6. Finanzierungs-/

Kostenverteilungsmodell

7. Rechtliche/ordnungspolitische

Auswirkungen einer Migration

1. Entwicklung einer Roadmap

Migration DAK

2. Empfehlungen für die

Unterstützung von F&E,

Piloten, Roll-out durch das

BMVI

3. Identifikation Umsetzungs-

hindernisse und Vorschläge zur

Beseitigung der Hindernisse

* SK = Schraubenkupplung


hwh arbeitet mit vier Unterauftragnehmer zusammen;

Laufzeit Studie von Juni 2019 bis Juni 2020

AuftragnehmerProjektleiter: Hagenlocher

Inhalte: Koordination / inhaltliche Bearbeitung

Stakeholdermanagement

Unterauftrag-

nehmer

Projektleiter: Prof. König

Inhalte: Simulation Parallelbetrieb DAK/SK in ZBA

Projektleiter: Prof. Hecht

Inhalte: Stand der Technik, F&E-Aktivitäten,

rechtliche Rahmenbedingungen DAK

Projektleiter: Prof. Witte

Inhalte: Standards bei Strom-/Datenversorgung

Projektleiter: Dr. Kehrmann / Galonske

Inhalte: Organisationsmodell Roll-out DAK,

Finanzierungs-/Kostenverteilungsmodell

Bearbeitungs-

zeitraum

06/2019 – 06/2020

Öffentliche Zwischenpräsentation 10.12.2019

Öffentliche Abschlusspräsentation vsl. 10.06.2020


Im Rahmen der Studie wurde eine Kosten-/Nutzenabschätzung

für die Migration einer DAK mit folgenden Parametern erstellt

Altersverteilung der

Güterwagen

Anteil umrüstbarer

Güterwagen

Anzahl Güterwagen

für Umrüstung

Anzahl Triebfahrzeuge für

UmrüstungBeschaffungskosten DAK

und Hybridkupplung /

Kosten Automatisierungs-

komponenten

Umrüstkosten DAK und

Hybridkupplung

Anzahl Neubauten

Güterwagen p.a.Produktionskapazitäten

DAK-Hersteller

Werkstattkapazitäten für

UmrüstungenMigrationszeitraum Use Cases DAK und

Potenzialabschätzung


Bei einer Migration DAK in EU28 zzgl. NO, CH sollten

zwischen 432.000 bis 485.000 Güterwagen ausgerüstet werden

Alle Daten für EU28 zzgl. Norwegen und Schweiz1 TÜV Rheinland Intertraffic GmbH, Quantifizierung des Umrüstbedarfs der Güterwagenflotten in Deutschland und den Mitgliedsstaaten der Europäischen Union für verschiedene rechtliche Szenarien, 2018.2 Verzeichnis des Allgemeinen Vertrags für die Verwendung von Güterwagen (AVV), Stand September 2019. 3 Fallstudie bei sechs großen Güterwagenhaltern zeigt, dass ca. 95%-98% der jeweiligen Güterwagen technisch einen UIC Einbauraum für eine AK vorhalten. Daher wurde die Annahme getroffen, dass 95%

der Güterwagen grundsätzlich technisch auf eine DAK umrüstbar sind.4 Annahme in Absprache mit sechs großen Güterwagenhaltern, dass ca. 10-20% der technisch umrüstbaren Güterwagen aus wirtschaftlichen Aspekten nicht mit DAK umgerüstet werden, z.B. aufgrund Alter

des Güterwagens und perspektivischer Ausmusterung oder aufgrund geringer jährlicher Laufleistungen oder nur saisonaler Einsatz.

Gesamtbestand

Güterwagen EU 28

zzgl. NO,CH

Anzahl Güterwagen

mit Normalspur inkl.

umspurfähiger

Güterwagen EU 28

zzgl. NO, CH

Anzahl Güterwagen

im Allgemeinen

Verwendungsvertrag

für Güterwagen AVV

Anzahl technisch

umrüstbarer GW im

AVV (95% von

Bestand im AVV)

Anzahl Güterwagen,

die tatsächlich

umgerüstet werden

(ca. 80% bis 90% der

technisch umrüst-

baren Güterwagen

im AVV)

712.2651 642.2871 568.0002 540.0003 432.000 bis

485.0004

Zusätzlich sollten ca. 17.000 Triebfahrzeuge mit DAK-Hybridkupplungen ausgerüstet werden.

Vorläufige Zahlen


Die Einführung einer DAK muss unbedingt auf

europäischer Ebene erfolgen

SE-DE 1,8

DE-SE 1,4

PL-DE 4,6

DE-PL 2,7

CZ-DE 3,6

DE-CZ 3,6

HU-DE 0,9

DE-HU 1,3AT-DE 6,3

DE-AT 7,0

IT-DE 10,7

DE-IT 14,2

CH-DE 1,8

DE-CH 4,8

FR-DE 1,8

DE-FR 2,3

BE-DE 3,8

DE-BE 2,8

NL-DE 16,6

DE-NL 3,0

Quelle: destatis 2017

Von-Nach in Mio. to.

Dicke des Pfeils:

1 Mio. to. = 0,1cm

Schienengüterverkehr von/nach Deutschland

größer eine Millionen Tonnen p.a.

TOP 10 Ländermärkte im Import/Export

auf der Schiene von/nach Deutschland

Schienengüterverkehr ist vor allem europäisch:

Die DAK muss daher auf europäischer Ebene

eingeführt werden.

ca. 51% des

Schienengüter-

verkehrs in

Deutschland ist

international


Dabei sollten die für die wesentlichen europäischen SGV-

Märkte benötigten Güterwagen mit DAK ausgestattet werden

BE

55 Mio. to.

TOP Märkte SGV Normalspur Kontinentaleuropa

Transportvolumen SGV in Millionen Tonnen(Eurostat | Zahlen von 2016)

CZ

98,0 Mio. to.

DE

363,5 Mio. to.

FR

89,1 Mio. to.

IT

92,9 Mio. to.

HU

50,0 Mio. to.

NL

42,6 Mio. to.

AT

102,8 Mio. to.

PL

222,5 Mio. to.

SE

67,5 Mio. to.

CH

67,8 Mio. to.RO

52,6 Mio. to.

BG

14,2 Mio. to.

DK

9,3 Mio. to.

HR

9,9

Mio. to.

LUX

4,5 Mio. to. SK

47,5 Mio. to.

SI

18,6

Mio. to.

NO

33,2 Mio. to.

Schätzungsweise

477.000 Güterwagen

kommen in den

dargestellten SGV-

Märkten zum

Einsatz*

* Schätzung: ca. 1,7 Mrd. to. wurden im Jahr 2016 gem. Eurostat in EU28 zzgl. CH/NO auf der Schiene transportiert. 568.000 Güterwagen sind im AVV registriert. Rechnerisch transportiert jeder

Güterwagen pro Jahr ca. 3.021 to. (1,7 Mrd. to. geteilt durch 568.000 Güterwagen). Für die dargestellten Transportmärkte werden somit ca. 477.000 Güterwagen für den Transport der Güter benötigt.

Hersteller / Industrie

Amsted Rail

Axtone

CAF

Dellner

Knorr-Bremse

Les Appareils Ferroviaires

(LAF)

Miner Enterprises

Siemens

Voith

Wabtec


In den ersten Monaten der Projektbearbeitung konnten viele

Gespräche mit europäischen Stakeholdern zur DAK geführt werden

EVU / Wagenhalter

BASF

DB/DB Cargo

Ermewa

GATX

Grup Ferroviar Roman

hvle

Mercitalia

Rail Cargo Austria

SBB Cargo

SNCF Fret

Touax

VTG

Wascosa

ZSSK Cargo

Gespräche in Planung:

CD Cargo (CZ),

CFR Marfa (RO), PKP Cargo (PL)

Verbände

Allianz pro Schiene

Netzwerk europäischer

Eisenbahnen

VDV

VPI

UIP

UIRR

Gespräche in Planung:

VDB

CER / UIC

UNIFE

Sonstige

Trafikverket

Shift²Rail

Behörden

EBA

ERA∑ ca. 450.000

Güterwagen


Bezüglich der Migrationsdauer wurden verschiedene

Szenarien aufgestellt – Basisszenario 6 Jahre

4 8 12 16 20

Migrationsdauer in a

4 8 12 16 20

4 8 12 16 20

4 8 12 16 20

Basisszenario:

Umrüstung innerhalb eines Revisionszyklus

Migrationsdauer 6 Jahre

Szenario 2:

Umrüstung innerhalb eines verlängerten Revisionszyklus


Szenario 3:

Umrüstung innerhalb einer langen Migrationsdauer


Szenario 4:

Umrüstung innerhalb einer kurzen Migrationsdauer

Migrationsdauer 1 Jahr

Anzahl Neubauten Güterwagen p.a.: ca. 170.000

Anzahl Autom. Kupplungen p.a.: ca. 340.000

Bei Migrationsdauer 6a und ca. 432.000 bis

485.000 umzurüstenden Güterwagen ergibt sich

ein Bedarf von ca. 864.000 bis 970.000 Stück

DAK.

Bei linearem Umrüstungsverlauf ergibt sich ein

jährlicher DAK-Bedarf von ca. 144.000 Stück bis

ca. 162.000 Stück.

Die weltweiten Produktionskapazitäten müssen

dementsprechend deutlich ausgeweitet werden.


Weltweit werden bereits heute mindestens 340.000 Stück

Automatische Kupplungen p.a. für Güterwagen gebaut

1 Ganz Nordamerika, GUS-Staaten, China, Japan, Australien – Quelle Gespräche mit TIS Wagenhaltern2 Quelle:http://www.rail-assets.de/werkstaetten,478.html, nicht alle Werkstätten im SGV tätig.

Produktionskapazitäten weltweit1 Werkstattkapazitäten europaweit

Werkstätten in Europa: 6942

Arbeitsaufwand Einbau je GW: 16h

Arbeitsaufwand Einbau je Tfz: 40h

Gesamtarbeitsaufwand

im Migrationszeitraum: 8,4 Mio. h (Basis 485.000 GW, 17.000 Loks)

Arbeitsaufwand p.a. 1,4 Mio. h(bei 6a Migrationsdauer)

Bei einer Jahresarbeitszeit von 1.500 h

entspricht dies einem Personaleinsatz i.H. von

ca. 933 Werkstattpersonalen europaweit


Größte Herausforderung bei der Migration ist der langsame

Hochlauf des Nutzens bzw. der Ergebniswirkung

Die Nutzenverlaufkurve bei Migration DAK führt zu langen Amortisationsdauern

und zu einer Benachteiligung der First Mover (ab Phase 2 in Diagramm)


Herausforderungen bei der Einführung einer DAK in den

europäischen Schienengüterverkehr

Technik

1. Einigung auf einen Standard DAK

2. Erfüllung aller zulassungsrechtlichen

Voraussetzungen

3. Einigung auf einen Standard Stromversorgung /

Datenkommunikation

1 Betrieb

1. Parallelbetrieb DAK / Schraubenkupplung

2. Einigung auf standardisierte Betriebskonzepte

und -regelungen

3. Diskriminierungsfreie und flachendeckende

Verfügbarkeit von Adaptern/Kuppelwagen

2

Finanzen

1. Lange Amortisationsdauer DAK

2. Länderspezifische Unterschiede bei

Wirtschaftlichkeit Migration DAK

3. Unzureichende Finanzkraft im Sektor, um

Investitionen in DAK zu tätigen

3 Organisation

1. Migration DAK erfordert eine europäische

Koordinationsstelle – Einigung auf Ansiedlung,

Aufgaben, Befugnisse erforderlich

2. Standards für Technik/Betrieb DAK müssen

europaweit einheitlich erstellt und verbindlich

eingeführt werden

4


Agenda



A


B


C


D


Voraussetzung für die Migration einer DAK:

ein europäischer Standard

Typ Scharfenberg Typ Schwab Typ SA3

Auf dem Weg zu EINER europäischen Standard-DAK muss ein Kupplungskopf ausgewählt werden.

Auf Basis des ausgewählten Kupplungskopfes müssen Schnittstellen (mechanischer Teil Kupplung/Waggon

und Waggon/Waggon, Luft-, Strom und Datenbusleitung) standardisiert werden.

Diverse Wagenhalter und EVU haben zusammen mit DAK-Herstellern

eine Industrieplattform initiiert, um einen DAK-Standard voranzutreiben.

Derzeit entwickeln vier Hersteller eine DAK Typ 4 Kupplung mit

verschiedenen Kupplungsköpfen

GATXErmewa

DB/DB Cargo

BASF

Wascosa

SBB Cargo

Rail Cargo Austria

VTG


Teilnehmer der Industrieplattform DAK sind Kupplungshersteller,

Wagenhalter und Eisenbahnunternehmen

Voith GmbH & Co. KG

Wabtec Corporation

(Faiveley transport)

Dellner Couplers AB

Construcciones y Auxiliar

de Ferrocarriles (CAF)

Miner Enterprises Inc.

Les Appareils Ferroviaires

(LAF)

Knorr-Bremse Systeme für

Schienenfahrzeuge

Axtone S.A.

Amsted Rail

MSV Metal Studénka

DAK Hersteller Kupplungshersteller Wagenhalter / EVU

Offene Industrieplattform zur

Standardisierung DAK

mit Herstellern, EVU und Wagenhaltern


Erstellung eines Konzeptes für die EU-weite Migration eines Digitalen

Automatischen Kupplungssystems (DAK) für den Schienengüterverkehr

Kupplungssysteme weltweit

Technische Herausforderungen DAK

Rechtlicher Rahmen Zulassung

Prof. Dr.-Ing. Markus Hecht



Weltweite Verteilung der Kupplungssysteme

Einsatz automatischer Kupplungen vor allem in

Flächenstaaten,

− z.B. RUS, CHN, AUS, USA, CAN

Einführung automatischer Kupplungen in der Regel in

Zeiten, in den die Eisenbahn alternativlos war

zwischen 1890 (USA) und 1957 (RUS)

Eigenschaften der Verkehre:

− Einheitliche Wirtschafträume \ große Distanzen

− Hohe Anhängelasten:

o schwere Güter (z.B. Montan)

o lange Züge >1000 m

Allgemein Weltkarte

1918:

Kaiserlicher Beschluss zur Einführung der AK

Beginn der Vorbereitungen

1925:

Einführung der Janney Kupplung

− Simultane Umrüstung aller Fahrzeuge

− Ersatz der Schraubenkupplung innerhalb von

wenigen Tagen



Erfahrungen bzgl. der Umstellung\Mischbetrieb

1924:

Entscheidung der Staatsbahn zur Einführung einer

AK → zunächst Willison für Schmalspur (1925

verworfen)

Motivation:

− Arbeitssicherheit und häufige Zugtrennungen mit

der Schraubenkupplung

− Einsatz stärkerer Triebfahrzeuge

1927 – circa 1939:

freiwillige Umrüstung auf Janney Kupplung,

Parallelbetrieb der Kupplungssysteme mit

Hybridkupplungen und\oder Kuppelwagen

Umrüstung von 350 – 3600 Wagen pro Jahr

Australien (Bsp. Bundesstaat Viktoria) Japan

Kupplungssystem:

SA3, Sk

Verkehre:

Umrüstungspläne von Sk auf AK nicht bekannt

SK- und AK-Verkehre primär getrennt

Güterwagenausrüstung mit Sk + Seitenpuffer o. SA3

Lokomotivausrüstung mit Hybridkupplung und

Seitenpuffer



Erfahrungen bzgl. der Umstellung\Mischbetrieb

Kupplungssysteme:

SA3, Unicoupler, Sk

Umrüstung:

seit circa 15 Jahren von Sk auf SA3

Umrüstungsstand: 98,3% (August 2019)

Umrüstung erfolgt zum Teil Flottenweise u.\o. im

Rahmen von natürlichen Wartungsintervallen

Bei Mischbetrieb werden Kuppelwagen eingesetzt

Iran Türkei



Europa

Kommerzielle Verkehre mit AK:

i.d.R. vereinzelt, abgeschlossen, spezialisiert oder auf Breitspur

Finnland

Mischbetrieb Sk\SA3

Schweden\Norwegen

Erzverkehre Lulea - Narvik

SA3

Baltikum

Ganzheitlicher Einsatz der

SA3

Deutschland

Vereinzelte

Kohle\Erzverkehre

C-AKv, AK69

Großbritannien

Vereinzelte

Kohleverkehre

Janney

Schweiz

Binnen-KV

Scharfenberg

Herausforderung –

Welches Kupplungsprofil?


+ einfacher Aufbau

+ Belastbarkeit

+ viele Hersteller

+ witterungsbeständig

+ Anschaffungskosten

+ Erprobt im SGV

- hoher Verschleiß - kleiner Greifbereich - fehlende Zentrierung

+ robust

+ Belastbarkeit

+ viele Hersteller

+ Mischbetrieb mit Sk

+ Erprobt im SGV

- hohes Gewicht

- Verschleiß

- Automatisierungs-

aufwand

+ leicht

+ Automatisierbarkeit

+ witterungsbeständig

+ geringer Verschleiß

+ erprobt im SPV

- vgl. geringe Lasten

- Greifbereich

- Anpassungen an

den SGV notwendig

+ Automatisierbarkeit+ viele Hersteller+ geringer Verschleiß+ erprobt im SPV

- Witterungsresistenz- Anpassungen an den SGV notwendig

Janney Willison Schwab Scharfenberg

Federpaket und Wagenkastenanbindung sind

entscheidend für:

− circa 2/3 des Gesamtgewichtes der Kupplung

− Greifbereich

− Dynamik des Zuges (Entgleisungssicherheit,

Verschleiß)

− Crash-Konzept der Fahrzeuge insbesondere der

Lokomotiven


Herausforderung –

Wagenkastenanbindung – Federung

01.01. 1974 Inkrafttreten der Bauraumvorhaltung für

die AK (UIC 530 -1)

28.07.2006 Einführung der 1. TSI WAG

→ indirekte Aufhebung der Bauraumvorhaltung, durch

Verpflichtung zur Schraubenkupplung

Bauraum Wagenkasten Bedeutung / Einfluss der Schnittstelle

Beispiele für Federung und Wagenkastenanbindung


Herausforderung –

Welches Automatisierungslevel der AK/DAK?

Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ 4 Typ 5

Mechan . Verbindung

Hauptluftleitung

Automatisierungslevel

Datenverbindung

Stromleitung

Automat . Entkuppeln


Herausforderung –

DAK Typ 5

„Wir können uns ein Versagensverhalten wie beim Personenverkehr bei den Lokomotiven und

Triebzügen mit der gemischten Mehrfachtraktion nicht leisten“

Zuverlässigkeitsanforderungen:

• Witterungsbeständigkeit der mechanischen und pneumatischen Kupplung

• Kontaktstabilität der Strom und Datenleitung

• 98%ige Zuverlässigkeit, reicht nicht wegen der vielen Kuppelstellen

Betriebliche Handhabung:

• Mögliche Stellungen der Kupplung (Kuppelbereitschaft, Entriegelt, Pufferstellung)

• Löseverhalten (eine oder beide im Eingriff stehende Kupplungen)

Technische Anforderungen:

• Festigkeitsanforderungen (insb. Dauerfestigkeit)

• Federungsanforderungen

• Zukünftiger Fahrzeugabstand (Aerodynamische Optimierung des Zuges)

• Crash Anforderungen an Lokomotiven mit Mittelpufferkupplung? (Warten auf prEn15227:2016)

• RID\Explosionsschutz

Hemmnisse Einführung AK Typ 5

Warum AK Typ 4 und Typ 5?

Einheitlicher europäischer Betriebsstandard:

Alle betriebsrelevanten Funktionen\ Verhaltensweisen müssen definiert werden

Sicherheitsanforderungen für Fernentkuppeln unklar, → insbesondere für die Handhabung im Rangierbahnhof von der Infrastruktur aus

Zuverlässigkeit, Verfügbarkeitsanforderungen:

Softwarehandling darf Interoperabilität nicht einschränken (siehe ETCS Baselines), Abwärtskompatibilität der Software und der Kupplung

Rückfallebenen müssen definiert werden

Sicherheitsanforderungen gegen Angriffe von außen:

Schutz gegen Cyberangriffe muss gewährleitet sein


Herausforderung –

Definition betrieblicher und technischer Anforderungen

Technische Auslegung

Anforderungen

Betriebliche

Handhabung

Zuverlässigkeit

Witterungsbeständigkeit der mechanischen und pneumatischen

Kupplung

Kontaktstabilität der Strom- und Datenleitung

Beispiel: 98%ige Zuverlässigkeit 36% Zuverlässigkeit pro Zug

bei 50 Wagen

Möglichkeit neuer Betriebskonzepte im Rangierbahnhof

Notwendigkeit von Kupplungsstellungen (Kuppelbereitschaft,

Entriegelt, Pufferstellung)

Umgang mit der Hauptluftleitung

Bedienbarkeit

Definition von Festigkeitsanforderungen (insb. Dauerfestigkeit)

Crash-Anforderungen

Explosionsschutz / RID

Interaktion UIC-Bremse/ep-Bremse

Zukünftiger Fahrzeugbestand

Strom- und Datenspezifikation


Rechtlicher Rahmen in Europa –

Was gilt es zu beachten?

VO 2016/797

VO 2018/545

TSI

WAG, OPE, LOC&PAS u.a.

CSM

Gemeinsame Sicherheitsmethoden

NNTR

Nationale notifizierte technische Anforderungen

Anerkannten Regeln der Technik

ISO,EN,UIC, DIN u.a.

Netzzugangsgangkriterien

Nationale Anforderungen z.B. von DB Netz

Interoperabilitätsverordnung (Interop)

Durchführungsverordnung zur Interop

Technische Mindestanforderungen für die Interoperabilität

Risikomanagement\alternative

Sicherheitsnachweise

Weiterhin bestehende nationale Regeln,

(DAK: Elektromagnetische Verträglichkeit)

Entweder direkt in der TSI erwähnt

oder als Stand der Technik anerkannt

Europäische Regelpyramide



TSI und Zulassung von Bestandswagen

Gibt es Konflikte mit den TSI?

Relevante TSI: WAG, LOC&PAS, OPE

Grundsätzlich gibt es keine Konflikte, gleichzeitig:

Verweis auf zahlreiche Normen\UIC-Merkblätter ohne

Berücksichtigung der AK

→ Anpassungen notwendig!

Umrüstung von Bestandsfahrzeugen

Herausforderung:

Neuzulassung von Bestandsfahrzeugen

Nicht notwendig, solange das Sicherheitsniveau nicht

beeinträchtigt wird

→ Risikobewertung (einmalig) schafft Abhilfe

TSILOC&PAS

WAG

OPE



Normen mit AK-Relevanz

SonstigeMerkmal Normen

Isolationskoordination

Energieverzehr\Crash - Anforderungen EN 15227

Verpflichtend gemäß TSI Kein TSI Bezug

Zug-\Druckkräfte EN 12663

Auslenkwinkel

Kuppelgeschwindigkeit

Greifbereich

Luftleitungsdurchmesser

Umgebungsbedingungen

Brandschutz

Betriebliche Handhabung

EMV

EN 12663**

UIC 530-1

UIC 522

EN 16019*

EN 45545, EN 50355, EN 50343

UIC 524, UIC 530

EN 50125-1

ERA/ERTMS/033281 rev. 4.0

Schutz vor Risiken durch Elektrizität EN 50153

Entgleisungssicherheit EN 15839

Schnittstelle Fahrzeug

TSI WAG Anhang C

UIC 530-1

* nur für Typ 10

EN 15551

EN 50124-1

**indirekt aus der Norm abgeleitet

UIC 522, UIC 535-2

EN 15551, EN 15566

Gefahrgut RID, ATEX



AK-Anforderungen für Gefahrguttransporte

Regelwerk für den Transport von Gefahrgut auf der Schiene

Fokussiert auf den Schutz des Tanks\Kessels

Anforderungen für die AK:

− Passive Sicherheitsvorrichtungen analog Crashpuffer, Aufkletterschutz z.T. notwendig → Crash-AK

− Keine Berücksichtigung von elektrischen Ausrüstungen

Enthält Anforderungen für die Einfahrt in

explosionsgefährdete Bereiche

Definition von Gefahrenzonen\Gerätekategorien in

Abhängigkeit der Explosionsgefahr

Anerkannte & Umfassende „ex-Schutz“ Anforderungen

an elektrische Komponenten in der IEC-Normreihe

60079

Transportsicherheit RID*

Betriebs-\Produktsicherheit ATEX**

* Règlement concernant le transport international ferroviaire des marchandises dangereuses

** Atmosphères explosibles




Energie- und Datenübertragung im Güterzug

Prof. Dr.-Ing. Stefan Witte



Zielsetzung

Ziel

Definition der Energie- und Datenübertragung, um kostenoptimiertes, interoperables, sicheres und hoch

verfügbares System zu erhalten

Inhalte

Klärung der Anforderungen und Randbedingungen

(Datenrate, Zuglänge, Bremssystem, etc. )

Betrachtung aktueller Systemstandards (Bahn, Automobil, Automatisierung, IT)

Systemspezifikation von Energie- und Kommunikationssystem

Übersicht erforderlicher Aktivitäten zur Einführung eines Energie- und Datenmanagements für Güterzüge in

Europa

Basis

Die DAK mit Energie- und Datenübertragung ist grundlegend für neue Automatisierungen im

Schienengüterverkehr.


Anwendungen

Anwendungen

Automatisiertes

Kuppeln/Entkuppeln

von Wagen

Zugtaufe und

Bremsprobe

Elektro-pneumatisch

gesteuerte Bremse

(EP-light),

Handbremse

Prüfung der

Zugintegrität

Wagendiagnose,

Ladegutdiagnose

Zugschluss-

beleuchtung

Aktorik / Licht


Anforderungen an Energieversorgung

Ausgangsparameter

720 m Zuglänge nach Lok

50 Wagen

Durchgangswiderstand pro Steckkontakt 5mΩ (oder 7mΩ)

Explosionsgeschützte Ausführung z.B. für Kesselwagen (ATEX)

Minimale Konstellation etwa 30 Watt für einen kleinen

Wagen ohne Sonderfunktion

Steuerung, Kommunikation, Sensoren: 12 W

EP-Bremse (ein Ventil) : 9 W (Hinweis: keine

Dauerleistung)

Versorgung Telemetrie: 2 W

Batterieladung > 6 W

(Zugschlussleuchten am letzten Wagen 16 W)

Leistungsbedarf Kupplung (240 W für 5 s beim

Kuppelvorgang)

Netzteil mit Wirkungsgrad von 90 %

Reserve: 30%

=> Minimaler Energiebedarf von ca. 30 W oder 2,5

W/m Wagenlänge

Minimaler Energiebedarf von ca. 30 W oder 2,5 W/m Wagenlänge


Spannungsbereiche

DC Industries


Präferierte Lösung zur Energieversorgung

Energie-

versorgung

Eingangsspannung: 110 VDC (Toleranz: -0%, +5%), negative Toleranz sollte vermieden werden,

da Leistung sonst zu klein wird

Spannung am letzten Wagen: > 77 VDC (EN50155 Konformität)

Kabel: 16 mm²

Steckkontakte Energie: Auslegung für 22 - 25 mm² (ermöglicht zukünftig Reserven)

Spätere Erhöhung der Spannung bei Bedarf auf 150 VDC soll ohne technische Änderung an der

Kupplung möglich sein (64 Watt)

Steckkontakte so anordnen, dass eine spätere Spannungserhöhung möglich wird

(Isolationsanforderungen)

Elektrische Spannung im Wagen: 24 VDC (VDI/VDE Aktivitäten: Richtlinie für Bordstromnetz)

Gekuppelt IP54 / Ungekuppelt IP 55


Konzept Energiesystem

Isoliertes Netz nach VDE0100:410

SELV: Hin- und Rückleiter galvanisch

vom Erdpotential und damit den

Wagenkasten isoliert.

Kupplung und E-Kupplung werden

niederohmig mit dem Wagenkasten

verbunden für Isolationsüberwachung

Einspeisesystem durch die Lok

(110 VDC, 70 A)

Elektrische Spannung im Wagen:

24 VDC

DC/DC Wandler, Batterie und

Managementsystem

Konzept

Energie-

system


Kommunikation –

Grundlegende Funktionale Anforderungen

Systemfunktionen vor Fahrtbeginn / im Stillstand

Zugtaufe: Feststellung der Wagenreihung und

Richtung, Initialisierung

Einschalten der Zugschlussleuchten

Automatische Bremsprobe (Sensor an Bremsen)

Einschalten der Handbremse

Lösen der Handbremse

Signal zur Entkupplung

(Prüfung der Verrieglung der Kupplungen)

Sonstige Sensorik/Aktorik

Funktionen während der Fahrt


(Ansteuerung des EP-Bremsventils)

Bremsdiagnose (z.B. HL-Druck und

Druckspeicher) und ggf. Bremsansteuerung

Sonstige Sensorik und Diagnosefunktionen


Kommunikation – Randbedingungen

Anforderungsparameter

Anforderungen werden durch Standard-Kommunikationssysteme aus der Bahntechnik nicht erfüllt!

Datenrate mindestens 50-100 kBit/s

(Deckung zukünftiger Funktionen über 5G)

Protokoll-inhärente

VersionskompatibilitätHohe Zuverlässigkeit

Funktionale Sicherheit für


Verfügbarkeit der Technologie

− State-of-the-Art

Technologie

− Lange Verfügbarkeit

Höchstens zwei Steckkontakte

für KommunikationsleitungenBusteilnehmer >50

Keine Single-Source-Lösung,

möglichst Industriestandard

Security/Manipulationssicherheit


Kommunikation – System / Topologievarianten

Durchgehende Leitung / Shared Medium

Basierend auf Powerline Technologien

Segmentiertes System mit eigenem Buskabel

Basierend auf CAN-Technologie

Im Default durchgehende Busleitung zur

Vermeidung des Single-Point-of-Failure

System mit Technologiewechsel

Funkübertragung zwischen Wagen

(433 MHz, 2.4 GHz, 802.15.4-2011)

NFC


Präferierte Herangehensweise Kommunikationssystem

Erstellung von tragfähigen Konzepten für

CAN, Powerline, Funk

Entwicklung von Einzel-

Konzepten zur

Realisierung eines

Testbetriebs

Schaffung einheitlicher

Bewertungsmetriken

für die Technologien

Etablierung einer AG

Kommunikationssystem

Begleitend: Standardisierungsarbeiten

Internationale Arbeitsgruppe aus Anwendern (EVU, Wagenhalter), Herstellern und unabhängigen

Gutachtern zur Entwicklung eines offenen Standards


Grundansatz Lok

1500 VAC

Power Supply

&

Control

Power Distribution U=110 VDC, A<70 A

Brake System

& Diagnosis

Train

Driver UI

Train

Communication

Master

Communication Channel

Train Integrity

Control

Control &

Diagnosis

FBV

Internal Communication Bus

Brake Line (EP-Light,110 VDC)

Main Pressure Line

Brake Line (EP-Light, 110 VDC)

Power Distribution 110 VDC


Main Pressure Line


Grundansatz Wagen

EP-Light

ValveDC/DC

Wagon

Communication Node

Battery

24 VDC

Wagon Comm.

Bus

Light Mgmt …….

Train Integrity

Brake Line (EP-Light, 110 VDC)

Power Distribution 110 VDC


Main Pressure Line


Agenda



A


B


C


D

Auswirkungen des

Parallelbetriebes auf das

Netzwerk2


Dabei wird ein Parallelbetrieb DAK mit Schraubenkupplung

während der Migrationsphase nicht zu vermeiden sein

Eine Digitale Automatische Kupplung (DAK) und eine Schraubenkupplung (SK)

sind nicht kompatibel – während der Migration ist ein Parallelbetrieb zu gewährleisten.

Parallelbetrieb im

Gleisanschluss

Parallelbetrieb in der

Zugbildungsanlage (ZBA)1

1 Darstellung am Beispiel Rbf Maschen aus www. trassenfinder.de der DB AG2 Darstellung eines exemplarischen Netzwerks




Parallelbetrieb DAK - Schraubenkupplung

Prof. Dr.-Ing. Rainer König


Ziel des Teilprojekts der TU Dresden ist die Simulation des

Parallelbetriebs von Schraubenkupplung (SK) und DAK in

einer Zugbildungsanlage.


Anteil Wagen mit DAK [%]

Ra

ng

iera

ufw

an

d

Durch ZBA

nicht leistbar

0 % x1 % x2 % 100 %

Max. Leistungsfähigkeit

Betriebsstrategie A Betriebsstrategie B

→ Aufzeigen der Auswirkungen von Betriebsstrategien im Parallelbetrieb SK / DAK für

unterschiedliche Mischungsverhältnisse auf die Kapazität der ZBA


Gegenwärtige Sicht auf mögliche Betriebsstrategien

Gemischte Verkehre

SK-Wagen und DAK-Wagen stellen

einzelne Gruppen in einem Zug dar.

Die Gruppen sind mit einem

Kupplungswagen verbunden.

Getrennte Verkehre

SK-Wagen und DAK-Wagen werden

verkehrlich getrennt.

Züge bestehen ausschließlich aus SK-

Wagen oder DAK-Wagen.

→ Im Folgenden werden gemischte Verkehre näher betrachtet.

SK-

Wagen

DAK-

Wagen LokKupplungs-

wagenSK-Wagen Lok

DAK-Wagen Lok


Der Einsatz der DAK verändert maßgeblich die

Prozessketten der Zugauflösung und Zugbildung.

Einfahrgleis

EinfahrtLangmachen &

Entkuppeln

Prozess der Zugauflösung Status Quo

Prozess der Zugauflösung bei gemischten Verkehren (SK- und DAK-Gruppe in einem Zug)

Abdrücken über

Ablaufberg

Einfahrgleis

Einfahrt

Langmachen &

Entkuppeln SK-

Wagen

Abdrücken über

AblaufbergEntkuppeln DAK

Wagen

halbautomatisch

→ Zeitersparnis durch DAK Wagen (Typ 4) bei gemischten Verkehren durch

halbautomatisches Entkuppeln (u.a. Entfall Betreten Berner Raum)


Durchführbarkeit und Auswirkungen eines Parallel-

betriebs werden im Rahmen der Studie untersucht

Richtungsgleis a)

Sammeln und

Kuppeln

SK-Wagen

Richtungsgleis b)

Sammeln und

autom. Kuppeln

DAK-Wagen

Gruppenbildung

mit Kupplungs-

wagen

Gruppenbildung

mit Kupplungs-

wagen

Ausfahrgleis

Zugbildung &

-bereitstellung

Wagen-

technische

Untersuchung

Bremsprobe Ausfahrt

Richtungsgleis

Sammeln und

Kuppeln

Ausfahrgleis

Zugbildung &

-bereitstellung

Wagen-

technische

Untersuchung

Bremsprobe Ausfahrt

Prozess der Zugbildung Status Quo

Prozess der Zugbildung bei gemischten Verkehren

Bereitstellung

Kupplungs-

wagen

Einsatz von Kupplungswagen bei gemischten Verkehren erforderlich

Zusätzlicher Aufwand für Zugbildungsloks durch Gruppenbildung

Erhöhter Bedarf an Richtungsgleisen bei gemischten Verkehren

Kuppeln für DAK Wagen erfolgt automatisch ohne Zeitbedarf

→ Derzeitige Validierung der Prozessketten durch Unternehmen im

Sektor SGV

→ Sicherstellung der Akzeptanz der Ergebnisse in Politik und Praxis


Für eine belastbare Simulation des Parallelbetriebs von SK

und DAK in einer ZBA sind einige Szenarien aufzustellen.

Getrennte Systeme

Kupplungsstrategie mit

neuen Standard-

prozessen

Durchdringungsrate

bestimmter Verkehre

mit DAK

0 %

20 %

40 %

… %

Gemischte Systeme

(Kupplungswagen)

0 %

20 %

40 %

… %

Anpassung Zuggerüst

entsprechend

Durchdringungsrate &

Kupplungsstrategie

Szenario A1

Szenario A2

Szenario A3

Szenario An

Szenario B1

Szenario B2

Szenario B3

Szenario Bn

→ Nach derzeitiger Planung werden 41 Szenarien simuliert


Für jedes Szenario werden die Auswirkungen auf den

Betrieb der Zugbildungsanlage mithilfe eines Simulations-

tools der TU Dresden identifiziert.

OutputInput

Prozesskette für

Zugbehandlung mit DAK-

Wagen in ZBA

Infrastruktur und

Ressourcen in der

Zugbildungsanlage

Standardprozessketten

für Zugbehandlungen in

ZBA

Simulations-

tool

TU Dresden

Zuggerüst für ZBA mit

Anteil DAK Wagen

Ressourcenauslastung

Infrastrukturauslastung

Machbarkeit des

Betriebsprogramms

Betriebsplan

→ Prüfung des Vorgehens anhand eines Proof of Concept

Prämissen

Ausstattung der Rangierloks und Kupplungswagen in der ZBA mit Hybridkupplungen

Einsatz des DAK-Typs 4 mit Pufferstellung und automatischer Wiederherstellung der Kuppelbereitschaft im

Richtungsgleis

Proof of Concept (PoC):

Untersuchung der Auswirkung einer branchenspezifischen Umrüstung: Automotive

Anzahl Automotive-Wagen in Datensatz > 200 Wagen

Untersuchung einer stufenweisen Umrüstung von 0%, 20%, 40%, 60% und 100% der Automotive-Wagen

Annahme einer zufälligen Verteilung des Umrüstungsstands der Automotive-Wagen innerhalb der Stufen (Worst

Case Szenario)

Datenbasis

Berechnung auf Grundlage realer Daten vom 18.03. – 20.03.2019 für die ZBA München-Nord

Datensatz mit 152 Zügen und > 3000 Transportaufträgen

→ Im Projekt: Erstmalige Abbildung des Parallelbetriebs von SK und DAK in ZBA mittels Simulation

→ Analyse erster Auswirkungen der Umrüstung der Automotive-Wagen auf den Betrieb in der ZBA


Proof of Concept: Im Rahmen eines Basisszenarios soll

die Anwendbarkeit der Simulation für die ZBA

München-Nord gezeigt werden.

Es wurde mit der realen Datenbasis

die Anzahl notwendiger zusätzlicher

Gruppenbildung für die

Betriebsstrategie „gemischte

Systeme“ ermittelt.


Erste Berechnungen im Rahmen des Proof of Concept:

Simulation des Parallelbetriebs bei unkoordinierter

stufenweiser Umrüstung der Automotive-Wagen.

Der definierte Sammelprozess auf

zwei Richtungsgleisen mit

anschließender Gruppenbildung wird

im Simulationstool korrekt

berücksichtigt.


Erste Berechnungen im Rahmen des Proof of Concept:

Simulation des Parallelbetriebs bei unkoordinierter

stufenweiser Umrüstung der Automotive-Wagen.

Der Umrüstungsgrad der

Automotive-Wagen

beeinflusst die

Einsatzminuten der

örtlichen Ressourcen.

Für die Zugbildungsloks

erhöhen sich die

Leistungsminuten.

Kuppler und

Rangierarbeiter in der

Einfahrt werden hingegen

entlastet.

In den berechneten

Szenarien ist das Betriebs-

programm auf der

gegebenen Infrastruktur

vollständig durchführbar.

→ Die Ergebnisse zeigen, dass das Simulationstool der

TU Dresden die Prozesse im Parallelbetrieb von DAK und

SK in ZBA korrekt abbildet.

→ Auf dieser Basis können die weiteren Szenarien zur

Umrüstung berechnet werden.


Nach der Validierung der ersten Ergebnisse werden die

weiteren Szenarien simuliert, analysiert und hinsichtlich

ihrer Wirkung auf die ZBA interpretiert.

Diskussion der Ergebnisse bisheriger Simulation

Abstimmung Parameter und Basisprozesse mit ausgewählten

Unternehmen des Sektors SGV

Einarbeitung der Hinweise aus der Praxis

Untersuchung der Umrüstung weiterer Branchen bei

gemischten Verkehren

Untersuchung einer alternativen Betriebsstrategie (getrennte

Verkehre)

Analyse und Interpretation der Rechenergebnisse

Ableitung von Schlussfolgerungen für Betriebsstrategien im

Parallelbetrieb Schraubenkupplung / Digitale Automatische

Kupplung in Zugbildungsanlagen

Gantt-Diagramm zur Arbeitsfolgen-

planung in Zugbildungsanlagen


Agenda



A


B


C


D




Finanzierungs- und Organisationsmodell Migration DAK

Dr. Titus Kehrmann

Boris Galonske



Volle Nutzenrealisierung erst bei hoher Migrationsdichte

Gesellschaftliche Vorteile,

z.B. höhere Kapazität, Wettbewerbsfähigkeit ggü. LKW,

CO2 Einsparungen und Einsparung von Infrastrukturkosten

Durchgehende Strom- & Datenverbindungen und darauf

aufsetzende Use Cases,

z.B. Zugintegritätskontrolle, elektropneumatische Bremsen

und Automatisierung

Effizienzsteigerung durch automatisierte Kupplungen,

z.B. reduzierter Rangieraufwand, beschleunigte Rangiervorgänge

und Sicherheit

MischbetriebVollst. Umrüstung

Erhebliche betriebs- und volkswirtschaftliche Nutzen ... ... aber erst bei hoher Umrüstungsdichte

0 25 50 75 100

hoch


Die Nutzenrealisierung hängt zudem von dem spezifischen

Einsatz des Güterwagens ab

I IVIIIIIPhase

Umrüstungsdichte

Einsatz Wagen

geschlossen zunehmend frei disponiert

geringhoch

System

Quelle: hwh Gesellschaft für Transport- und Unternehmensberatung mbH 2019

1) Netzwerkeffekte: Höherer Anteil automatisierte Kupplungen bei höherer Umrüstungsdichte

Netzwerk-

effekt1

Nutzen für jeden weiteren umgerüsteten Wagen (schematisch)

69

Hohes Investitionsvolumen für DAK je Güterwagen erfordert

Finanzierungslösung und „nutzenorientierte“ Kostenverrechnung

Umrüstkosten DAK für Bestandswagen

Investitionen je Wagen

(mit weiteren Automatisierungskosten)

Beschaffung

DAK

Umrüstung

Betrieb, Verw.,

Daten/Sensorik

Weitere Automa-

tisierungskomp. 1)

Implikationen, Beispiel frei disponierte Wagen,

Mischbetrieb Vollst. Umrüstung

1 Die Investitionen sollten langfristig finanziert werden,

da der Nutzen langfristig realisiert wird

2 «Nutzenorientierte» Kostenverrechnung, um

den Nachteil einer frühen Umrüstung

auszugleichen

€

€

Verlust bei früher Migration (frei disponiert)

und «festem» Mietsatz

Jahre

© hwh Gesellschaft für Transport- und Unternehmensberatung mbH - Projektträger des BMVI für die „Erstellung eines Konzepts für die EU-weite Migration eines Digitalen Automatischen Kupplungssystems“


Um allen Beteiligten Sicherheit zu geben wurden Leitplanken

für die Umstellung auf DAK festgelegt

DAK Betreiber und (private) DAK Finanzierer

Verbindliche technische Standards, Governance für

die Weiterentwicklung der Standards und Betrieb

Verpflichtende Einführung nach

Übergangsphase

Berücksichtigung Beitrag zu den verkehrspolitischen

Zielen1

Ausgleich der Deckungslücke in der

Migrationsphase

Öffentliche Förderung

Zugang der europäischen Wagenhalter und EVUs

zu DAK mit nutzenadäquatem Kostensatz

Bilanz-, kapital- und liquiditätsschonende

Bereitstellung

Technologiesicherheit

Migrationssicherheit & Interoperabilität

LeitplankenVoraussetzungen

1 ) höhere Netzkapazität, CO2-Einsparung, bessere Wettbewerbsfähigkeit ggü. LKW


DAK Betreiber stellen die DAK bereit; dazu binden sie private

Finanzierung und öffentliche Förderung ein

€ €

Nutzenadäquate Abrechnung

DAK Finanzierung & Betrieb

Mischbetrieb Vollst. Umrüstung

Wagenhalter Finanz-

investoren

Strategischer

Investor

Öffentl. Hand

Einkauf

Finanzierung

Betrieb

Abrechnung

DAK Betreiber

Kapital

Nutzungsgebühr

Förderung


Funktionsblöcke bestimmen die Zuordnung organisatorischer

Verantwortlichkeiten

Kommunikativ

Verkündung von

Sektorentwicklungen und Standards

(jeder im Rahmen seiner

Verantwortlichkeit)

Finanziell/ Administrativ

Finanzierung und Abrechnung der

DAK-Nutzung sowie der

Unterhaltsleistungen

Regulierend

Aufsicht über die Initiative,

Förderung, Standardsetzung wo

erforderlich sowie Unterstützung im

intern. Implementierungsdialog

Betrieblich

Vereinbarung Betriebsmodell und

Empfehlungen für Migration

Technisch

Festlegung Standard für die DAK

Icons: F

laticon

Funktionsblöcke mit neuen Organisationselementen (Vorschlag)


Aufgaben

Executive

Board

Management

Board

«DAK» Technical

Standards

Council (TSC)*,**

European

Union

Railway

Agency

(ERA)

unterstützt

TSI***

berät

opt. existneu

Organisationseinheiten

* Alternativ – Zusammenführung mit einem betrieblichen Gremium innerhalb einer Organisation

** Federführende Verbandmitglieder bestehend z.B. aus UIC, UIP, ERFA, UNIFE, CER,……

*** Technische Standards, Implementierungsrichtlinien, Prozessdefinitionen (Betrieb und Instandhaltung), Verweis auf EN-Normen

«DAK» Technical Standards Council: Entwicklung und

Festlegung technischer Standards; Weiterentwicklung

Standards

Zielorganisation, technisch

Benennungsmechanismus

«DAK» Technical Standards Council

Verbände

Ggf. Ansiedlung bei der

Expertengruppe «TSI Wag»

und «TSI LOC»

Ein technisches Gremium entwickelt die DAK-Standards,

die in Form von TSI von der ERA formalisiert werden …


… während betriebliche DAK-Aspekte von einem spezialisierten

Gremium formalisiert und geregelt werden

Aufgaben

Operating Council (OC): Entwicklung und Test Produktionssystem,

Identifikation und Planung Migrationsszenarien, Quantifizierung

Hochlauf DAK-Bedarf, ggf. Vereinbarung Kosten-/ Nutzenverteilung

«DAK»-Schiedsstelle: «Conflict resolution» zu betrieblichen Fragen

(wenn diese nicht direkt zw. Beteiligten geklärt werden können – z.B.

betriebliche Fragestellungen wie Zugang zum Netz oder Slots, …

DAK-Agentur: Unterstützung des Operating Council bei operativen

Aufgaben: z.B. Nachhalten von Nutzungsdaten erforderlich,

Administration bei Netzzugangsregulierung, … (durch kontinuierlich

arbeitenden Mitarbeiterstab)

Zielorganisation, betrieblich


Operating Council (OC)

«DAK»-Schiedsstelle

DAK-Agentur

Verbände Ggf. Ansiedlung bei der

Expertengruppe «TSI Ops»

Ggf. Ansiedlung im Projekt

«Shift2Rail»

Verbände (ggf. Wahl)

Operating Council

* Alternativ – Zusammenführung innerhalb einer Organisation

** Federführende Verbandsmitglieder bestehend z.B. aus CER, UNIFE, UIP, ERFA, UIC,…

*** Technische Standards, Implementierungsrichtlinien, Prozessdefinitionen (teilweise Betrieb oder Instandhaltung)

Operating

Council (OC) *,**

Information

Produktionssystem,

Migration …DAK-Agentur

Ggf. Registrierung

Kupplungen etc.

Anforderungen

«DAK» Technical

Standards

Council (TSC)*,**

«DAK»-

Schieds-

stelle

unterstützt

European

Union

Railway

Agency (ERA)

Management

BoardTSI***

opt. existneu



Eine legitimierte Arbeitsstruktur fördert eine erfolgreiche

Einführung der DAK

UIP

Privatgüterwagen

UIC

Staatsbahnen,

Technik

CER

Staatsbahnen &

Infrastruktur

EIM

Infrastruktur

Regulator*

Nationale

Aufsichts-

behörden

DAK-Betreiber**

* Optional: Zusammensetzung zu klären z.B. Kommission, Vertreter nationaler Regulatoren (z.B. Verkehrsministerium oder nachgeordneter Behörden)

** Bei Fortbestand über initiale Spezifizierung Produktionssystem Aufnahme in das OC (Mitsprache bei Betriebsprozessen zur DAK)

Operating Council (in Gründung)

UNIFE

Bahnindustrie

ERFA

Privatbahnen

Kernteilnehmer bei

Gründung (Vorschlag)

Optional Erweiterung

Abstimmungsbedarf

Beteiligte Verbände

zu finalisieren

Delegationslogik

festzulegen

…

BEISPIEL


opt. existneu


Aufgaben

DAK-Betreiber: Eigentum der DAK, Abrechnung

Dienstleister, Billing, Collection, Finanzierung,

Investorenreporting, (Instandhaltung/Wartung: abhängig

vom Umfang des Geschäftsmodells)

Zielorganisation, finanziell/administrativ


DAK-Betreiber

Selektion nach «Beauty

Contest» (initial)*

DAK-Betreiber

Verlader

Wagenhalter

EVU

Alternativ: Finanziell/administrativ

Es steht Sektor-Stakeholdern frei, selber in die DAK zu investieren oder

über (einen) DAK-Betreiber die Kupplung gegen Entgelt zu beschaffen

Leistungsbezieher,

Dienstleister,

Regulatoren/Aufsicht,

Förderinstitutionen


Eine Vielzahl von Vorarbeiten sind eine gute Grundlage, die inhalt-

liche Arbeit weiterzuführen und auf eine breite Basis zu stellen

Was ist getan … … was ist zu tun

Technik

Technische Optionen entwickelt und

Probebetriebe gestartet …

… Option für deutschen und europaweiten Roll-out auswählen

Betriebliches Framework

Simulationen begonnen … … betriebliche Erkenntnisse erweitern, testen und mit Migrationsszenarien

abgleichen

Finanzierungsmodell

Mögliche Modelle skizziert und

priorisiert …

… Position im Sektor über ein präferiertes Modell bilden (das man auch in

Anspruch nimmt) sowie weiter Ausdetaillierung (ggf. durch Dritte) vorbereiten

Organisation

Strukturmodell etabliert … … Strukturvorschlag implementieren; Operating Council i.G. etablieren,

Programmstruktur für die inhaltliche Bearbeitung aufsetzen; Arbeitsauftrag an

die DAK-Agentur definieren und Ressourcenbedarf ableiten

Use- und Business-Cases

Basisdatensatz zusammengestellt und

sektorale Use-Cases quantifiziert …

… Härtegrad für die Cases erhöhen (z.B. durch Tests) und kredibles

Datengerüst für Investorentätigkeit und Ausschreibungen etablieren

Förderlogik

Investitionsbedarf quantifiziert und

Rationale für Förderung entwickelt …

… sektorale Position für ein Förderschema entwickelt und in die Diskussion mit

dem Regulator einbringen


Welche Voraussetzungen sind aus Sektorsicht zu erfüllen,

um die DAK-Migration weiter voranzutreiben?

«Commitment» zur DAK-Einführung von ÖH

Verpflichtung zukünftiger Umrüstung

Förderabsicht durch ÖH

Erwartung eines legitimierten Ansprechpartners aus der Industrie

1

…

2

3

4

…




Vorläufiger Zeitplan Migration DAK

Nächste Schritte Studie

Stefan Hagenlocher



Für die Migration DAK wird folgender Zeitplan vorgeschlagen

2019 Entwicklung und Abstimmung funktionaler Anforderungen DAK1

2019 Entwicklung und Abstimmung Testkonzept DAK sowie Bewertungskriterien2

Kupplungstests und DAK-Demonstratoren32021

2020

Start Migration / Durchführung erster kommerzieller Pilotverkehre DAK72023

2022

Rollout Migration DAK82023

5 6

Auswahl DAK42021

Standardisierung

DAK / TSI-RichtlinieZulassung DAK

2022 56

Zeitpunkt Abschluss Migration bzw. Migrationsdauer noch zu definieren.


Nächste Schritte bei der Erstellung der Studie

Weitere Gespräche mit DAK Stakeholdern

Weiterentwicklung Business Case DAK

Weiterentwicklung Standardisierung DAK und Konzept Energie/Daten

Weiterentwicklung Finanzierungs- und Organisationsmodell

Entwicklung einer Roadmap für die Migration DAK

Entwicklung von Handlungsempfehlungen für die Migration DAK

Öffentliche Abschlusspräsentation der Studie im Juni 2020

Documents

Öffentliche Präsentation der Zwischenergebnisse der Studie ... · Öffentliche Präsentation der Zwischenergebnisse der Studie „Erstellung eines Konzepts für die EU-weite Migration