Bahn-Tochter nutzt robuste mobile Messtechnik von HBK für Erprobung und Zulassung der Digitalen Automatischen Kupplung (DAK)

Im Juni 2020 startete das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) ein länderübergreifendes Forschungsprojekt zur Vorbereitung der europaweiten Einführung der digitalen automatischen Kupplung im Schienengüterverkehr. Welcher der vorgelegten Prototypen würde sich als geeignet erweisen? Die robuste und zuverlässige Messtechnik von HBK trug in der ersten Erprobungsphase maßgeblich dazu bei, das herauszufinden.

Das Forschungsprojekt „DAK-Demonstrator – Pilotprojekt zur Demonstration, Erprobung und Zulassung der Digitalen Automatischen Kupplung (DAK) für den Schienengüterverkehr“ des BMDV ist in zwei Phasen gegliedert und endet im Dezember 2022. Mitglieder des mit der Durchführung des Projekts beauftragten Konsortiums DAC4EU (Digital Automatic Coupling for Europe) sind u. a. die Deutsche Bahn AG und ihre Tochter DB Cargo AG. Für die Erprobung der verschiedenen Kupplungsdesigns in Phase I war auf deutscher Seite die DB Systemtechnik GmbH verantwortlich. Die Ingenieure unterzogen dazu Prototypen vier verschiedener Hersteller umfangreichen Versuchen zur Praxistauglichkeit. Um für die mechanischen Tests zuverlässige und präzise Messergebnisse trotz rauer Umgebungsbedingungen zu erzielen, setzten sie auf die robuste SomatXR Messtechnik-Serie von HBK.

Problem

Die DB Systemtechnik GmbH arbeitete im Auftrag der Deutschen Bahn AG an der Erprobung von vier verschiedenen digitalen Kupplungsprototypen. Um deren Verhalten während vordefinierter Fahrversuche zu beschreiben, bedurfte es u. a. einer Vielzahl an Messungen mechanischer Größen, deren Signale zeitgleich erfasst werden sollten. Zudem mussten die Messergebnisse trotz widriger äußerer Bedingungen präzise und reproduzierbar sein.

Lösung

DB Systemtechnik setzte bei der Erprobung auf die SomatXR-Serie von HBK. Die perfekt aufeinander abgestimmten Komponenten – universelles Messmodul, Datenrekorder und Zubehör – sind ideal für den mobilen Einsatz in rauen Umgebungen geeignet.

Ergebnis

Mithilfe der SomatXR-Messtechnik von HBK ließ sich das mechanische Verhalten der jeweiligen digitalen Kupplungsdesigns genau dokumentieren. Das System erfasste und verarbeitete zuverlässig große Datenmengen aus vielen unterschiedlichen Messaufgaben über einen langen Zeitraum. Anhand der ausgewerteten Daten wählte ein europäisches Gremium das beste Kupplungsdesign für eine spätere Einführung in Europa aus. Dieses Design ist Gegenstand weiterer Untersuchungen und Erprobungen.

In Phase I des DAK-Projektes ging es darum, das Verhalten der jeweiligen Kupplung möglichst exakt beschreiben und zu beurteilen. Die Teams um Projektleiter Dr. Christian Wilmes stellten im ersten Schritt vier Wagengruppen mit jeweils drei Wagen unterschiedlicher Bauart zusammen. Die zu prüfenden Kupplungen wurden zwischen den Wagen montiert. Gitterboxen bzw. Schaltkästen mit Messtechnikaufbauten wurden in den Wagen verbaut.

Auf dem Testgelände der TÜV SÜD Rail GmbH in Görlitz führten die Teams anschließend Hunderte von Versuchen unter variierenden Bedingungen hinsichtlich Geschwindigkeit, Beladung, Gleisgeometrie durch, um das mechanische und elektrische Verhalten der Kupplungsprototypen sowie die Stabilität der Datenkommunikation zu dokumentieren. Hinzu kamen Tests in der Klimakammer der DB Systemtechnik, um verschiedene – auch extreme – Witterungsbedingungen zu simulieren. Weitere Details zur Phase I-Erprobung sind unter Testkonzept in Phase I – DAC4 einsehbar.

Um das mechanische Verhalten jedes Kupplungsprototyps genau zu erfassen, hatte das Team der DB Systemtechnik eine Vielzahl von Messaufgaben für Kuppel- und Fahrversuche sowie Querkraftversuche zur Entgleisungssicherheit definiert. Eine Übersicht der Messaufgaben zeigt Abb. 1. Für die Messungen wurden die Sensoren direkt an den Kupplungen und dem Bremssystem angebracht und über Kabel an die Messverstärker angeschlossen. Zum Datenaustausch zwischen den Wagen verwendeten die Ingenieure WLAN-Antennen. Batterien gewährleisteten eine autarke Spannungsversorgung, um standortunabhängige Messungen zu ermöglichen.

Kraft
(Zug und Druck in Längsrichtung des Zuges/x-Richtung)

Beschleunigung
(jeweils an der mechanischen und elektrischen Kupplung; Messrichtungen x, y, z)

Druck
(Bestimmung des Druckausgleichs nach dem Zusammenkuppeln und des Druckverlustes nach einem Fahrversuch; außerdem Bremszylinderdruck)

Weg
(x, y, z Richtung)

Geschwindigkeit
(der beiden Endwagen beim Aufschieben auf Mittelwagen während des Kuppelns)

Abb.1: Übersicht Messaufgaben

Abb.2: Anordnung der Messtechnik                                                                                                    (Quelle: DB Systemtechnik/60226-02-DAK-Phase I - Messtechnik; S.10)

Die optimale Messtechnik für den mobilen Einsatz

Dass die Wahl des Messtechnikanbieters für die mechanischen Tests auf HBK fiel, war kein Zufall. Bereits 2017 hatte es eine erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen der DB Systemtechnik und HBK im Rahmen eines Güterzugprojektes gegeben. Die noch vorhandenen Messgeräte der SomatXR-Serie ließen sich nun problemlos ergänzen und erweitern (s. Abb.3). Die Vorteile des Systems lagen für den Kunden auf der Hand:

  • Die robuste Ausführung gewährleistet präzise Messergebnisse auch unter rauen Umgebungsbedingungen.

  • Das dezentrale, modulare Set-up ermöglichte es, die Verkabelung an jeder Kupplung zu trennen und an jedem Messwagen separat zu messen.

  • Die Erfassung aller Messsignale bei gewünschter Datenrate erfolgte zeitsynchron.

  • Die Übertragung der Messdaten an den Datenrekorder erfolgte per Funk.

  • Mit den 8 universellen Messkanälen des MX840B-R und den 16 Kanälen des MX1615B-R konnten die Sensorsignale optimal verarbeitet werden.

  • Die Messergebnisse waren jederzeit reproduzierbar und damit akkreditierungssicher.

  • Dank der „plug-and-measure” Konfiguration war die Bedienung intuitiv.

  • Der HBK Service und Support stand für sofortige Unterstützung im Bedarfsfall bereit.

Dank der guten Erfahrungen waren sich die Verantwortlichen bei DB Systemtechnik sicher, dass die HBK-Technologie die hohen Anforderungen des DAK-Pilotprojektes meistern würde. Für Projektleiter Dr. Christian Wilmes ist HBK einfach Standard: „Ich arbeite schon seit dem Studium mit diesen Messgeräten. Das ist wie bei MS-Office. Ich weiß einfach, wie es funktioniert“, bringt er die Anwenderfreundlichkeit auf den Punkt. Und spart auch nicht mit Lob für den Support: „Eine Hand am Handy, die andere am Messgerät; so haben wir auch zu später Stunde manches Problem dank fachkundiger Hilfe von HBK schnell gelöst.“

SomatXR-Komponenten im DAK-Projekteinsatz

Messverstärker (hier: Module MX840BR und MX1615B-R)

Robuster Universalmessverstärker für variierende Messaufgaben

Datenrekorder CX22B-R

Interaktiver, robuster Rekorder für den autarken Feldbetrieb ohne PC.

Switch EX23R

Robuster Ethernet Switch mit 10 GB-Ethernet Ports zum Anschluss von SomatXR-Messmodulen und Zubehör.

 

Software

catman

Datenerfassung, Visualisierung und Auswertung

Abb.3: Eingesetzte HBK-Messtechnik im DAK-Projekt

Abb.4: Messkettenplan Blockschaltbild                                                                                             (Quelle: DB Systemtechnik/60226-02-DAK-Phase I - Messtechnik; S.13)

Tabelle: Legende zu Abb.4: Messkettenplan Blockschaltbild                                                             (Quelle: DB Systemtechnik/60226-02-DAK-Phase I - Messtechnik; S.13)

Robust und zuverlässig: An HBK geht bei mobilen Messaufgaben kein Weg vorbei

Nach Abschluss der Phase I-Erprobung und Auswertung der Messdaten wählte ein europäisches Gremium eines der Prototypen-Designs als zukünftiges DAK-Design für Europa aus. Prototypen dieses Designs durchlaufen derzeit in Deutschland, der Schweiz und Österreich die Betriebserprobung in Phase II des Projekts. Weitere EU-Länder sollen folgen. Ziel ist es, das ausgewählte Kupplungsdesign zur Serienreife zu bringen.

Weitere Informationen zum Projektstand sind einsehbar unter https://www.dac4.eu/

Die robuste und jederzeit zuverlässige Messtechnik von HBK leistete einen wesentlichen Beitrag zur Qualifizierung von digitalen Kupplungen in der Phase I des DAK-Pilotprojektes. Dies ist zwar nur ein erster, aber entscheidender Schritt in Richtung Digitalisierung und Automatisierung des Schienengüterverkehrs. Hier, wie überall, wo es um zuverlässige mobile Datenerfassung auf der Schiene, der Straße oder im Gelände geht, bietet HBK die perfekte Lösung.

Abb.5: Messgeräteaufbau in der Messtechnik-Gitterbox                                               

(Quelle: DB Systemtechnik/60226-02-DAK-Phase I - Messtechnik; S.11)

Über DB Systemtechnik

DB Systemtechnik ist Europas führendes Kompetenzzentrum für Bahntechnik und das Ingenieurbüro der DB AG. Als Dienstleister mit Komplettangebot steht DB Systemtechnik nicht nur dem Mutterkonzern fachlich zur Seite, sondern bietet Kunden weltweit maßgeschneiderte Lösungen für den sicheren, zuverlässigen und kundengerechten Bahnbetrieb. Das Unternehmen mit den Geschäftssegmenten „Ingenieurdienstleistungen“ und „Zulassungsmanagement, Prüfung und Zertifizierung“ zählt rund 1100 Mitarbeitende an 15 deutschen und vier ausländischen Standorten und verfügt über 13 akkreditierte Prüflabore.