advanced TrainLab: das schnellste Labor auf Schienen

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advanced TrainLab: das schnellste Labor auf Schienen

Die DB erprobt neue Technologien direkt im Zug

Sie sind die wohl ungewöhnlichsten ICE-Züge der Deutschen Bahn: Um die neuesten Technologien für den Eisenbahnverkehr erproben zu können, betreibt die Deutsche Bahn zwei Versuchszüge. Das erste „advanced TrainLab“ wurde im Dezember 2018 in Dienst gestellt, das zweite „Labor auf Schienen“ unternahm seine erste Fahrt im August 2021.

Fast wöchentlich sind beide TrainLabs in ganz Deutschland auf Testfahrt. An Bord der Züge sind Expert:innen der DB mit Kooperationspartnern aus der Industrie oder von wissenschaftlichen Einrichtungen. Die TrainLabs sollen der gesamten Bahnbranche für Experimente zur Verfügung stehen und jenes Spektrum an Versuchen innovativer Technologien abbilden, das im regulären Betrieb der DB nicht möglich ist.

Beide Versuchszüge ähneln auf den ersten Blick einem normalen ICE, sie unterscheiden sich aber in wesentlichen Punkten: Der üblicherweise rote Streifen an der Seite ist beim advanced TrainLab grau. Einige Sitzreihen sind ausgebaut, um im Innenraum Platz für Messtechnik zu schaffen. Auf dem Dach fehlt der Stromabnehmer, denn die Testzüge haben Dieselmotoren. Damit können sie auch auf nicht elektrifizierten Strecken fahren und sind auf diese Weise flexibler einsetzbar. Die TrainLabs fahren ausschließlich zu Testzwecken und verkehren nicht im Personenverkehr.

Technisch handelt es sich um Triebzüge der Baureihe 605 (ICE-TD), die bis 2017 im Personenverkehr im Einsatz waren. Jeder Zug besteht aus zwei Mittel- und zwei Endwagen und ist insgesamt 107 Meter lang. Vier jeweils 560 Kilowatt (761 PS) starke Motoren können jeden Zug auf 200 km/h Höchstgeschwindigkeit beschleunigen. Dadurch sind Versuche im Hochgeschwindigkeitsbereich ebenso möglich wie im Schritttempo.

Beheimatet sind die Versuchszüge in Halle-Ammendorf. Dort steht auch die Tankstelle, aus der die Züge ganz speziellen Öko-Diesel tanken können: Der zu 100 Prozent aus biologischen Rest- und Abfallstoffen hergestellte Kraftstoff ermöglicht es, den CO₂-Ausstoß im Vergleich zum normalen Diesel um bis zu 90 Prozent senken.

Welche Tests und Versuche mit dem advanced TrainLab möglich sind, zeigt folgende Übersicht von laufenden bzw. abgeschlossenen Projekten:

Hindernisse im Gleis rechtzeitig und zuverlässig erkennen

Gemeinsam mit Siemens Mobility wird seit Anfang 2019 der Siemens „Mainline Assistant“ im Rahmen des Siemens-Programms „Assistiertes und führerloses Fahren für Tram und Mainline” getestet. Der Mainline Assistant kann das Auffahren auf Prellböcke oder Hindernisse im Gleis verhindern und soll perspektivisch das teilautomatisierte Fahren zum Ab- und Bereitstellen von Zügen möglich machen.

Hinderniserkennung mit ADAS

Das System besteht aus unterschiedlicher Sensorik wie Kamera, Radar-Sensor und Lidar und ist über eine Spezialanfertigung vollständig in das Fahrzeug integriert. Auf dem advanced TrainLab werden die neuesten Algorithmen im Bereich Sensorfusion und KI-basierte Hinderniserkennung erprobt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Messung der Funktion der Sensoren bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen und bei Verschmutzung. Die Ergebnisse fließen in die Produktentwicklung ein und werden regelmäßig mit dem interessierten Fachpublikum im Rahmen von Demonstrationsfahrten diskutiert.

Das Video zeigt die Annäherung des Laborzuges an verschiedene Hindernisse bei Tests im digitalen Testfeld im Erzgebirge.

Im neuen Glanz: Erprobung mit sechs Lacksystemen

Das advanced TrainLab wurde im Zuge einer Erprobung für Oberflächenbeschichtungen rundum neu lackiert. Das Besondere ist, dass jeder Wagen mit anderen Lacksystemen beschichtet wurde. Beteiligt waren die Firmen wefa, FreiLacke, Mankiewicz, Akzo Nobel und KABE. Umgesetzt wurde die Lackierung bei der Firma MSG Ammendorf. Erstmalig im Schienenfahrzeugbereich wurden für die Seitenklappen des Zuges Pulverlacke eingesetzt. Diese zeichnen sich durch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Stöße und Kratzer aus und sind bei der Verarbeitung besonderes schonend für die Umwelt, da sie ohne schädliche Lösemittel auskommen. Allen Lacken gemein ist die versprochene Beständigkeit gegen Reinigungs- und insbesondere gegen aggressive Grafitti-Lösemittel. Außerdem können bei einigen Lacken Fertigungszeiten reduziert werden. Der Langzeitversuch wird durch einen Fachbereich der DB Systemtechnik bis 2023 begleitet. In dieser Zeit werden an definierten Messpunkten am Fahrzeug die Glanzgrad- und Farbtonänderung gemessen, dokumentiert und allen Beteiligten zur Verfügung gestellt.

Bremstests für optimalen Grip auf der Schiene

Die Versuche mit Knorr-Bremse und DB Systemtechnik im Rahmen des EU-Förderprogrammes „Shift2Rail“ sollen die Bremswirkung und Anfahrbeschleunigung bei verschiedenen Umweltbedingungen optimieren. Während der Testfahrten werden unterschiedliche Haftwerte zwischen Rad und Schiene simuliert. Ziel ist die punktgenaue Einhaltung der Bremswege durch Verknüpfung von Bremssystem und Sandungsanlage, für ein optimiertes Zusammenspiel mit Kundenleitsystemen am Bahnsteig und erhöhte Betriebsstabilität.

Alternative Kraftstoffe für mehr Nachhaltigkeit

Das advanced TrainLab fährt aktuell mit regenerativem Test-Kraftstoff, ohne dass Anpassungen am Fahrzeug oder der Tankinfrastruktur nötig sind. Der Test-Kraftstoff, der sogenannte HVO (HVO= hydrogenated vegetable oil), besteht zu 100 Prozent aus umgewandelten biologischen Rest- und Abfallstoffen wie Altspeiseölen. Moderne chemische Verfahren bringen die Abfallprodukte in den Tank: Diese werden gefiltert, gereinigt und zu einem hochwertigen synthetischen Kraftstoff verarbeitet. In der ersten Testphase 2019 wurde eine detaillierte Umweltbilanz erstellt, bei der der gesamte Energiebedarf ab der Erzeugung berücksichtigt wird.

Der Öko-Diesel kann die CO2-Bilanz um bis zu 90% verbessern. Während der Testfahrten wurden Motorkenndaten aufgenommen, um eventuelle Auswirkungen auf das Leistungsverhalten der Motoren frühzeitig zu erkennen.

In der ersten Testphase wurde im advanced TrainLab eine Mischung aus herkömmlichem Diesel und HVO getestet. Die Ergebnisse wurden sehr positiv bewertet. Eine Pilotierung dieser Mischung ist bei Fahrzeugen im Fahrgasteinsatz bereits in Planung.

ETCS Guardia: Eine Innovation für das europäische Zugsicherungssystem

Der Infrastrukturausbau auf das europäische Zugsicherungssystem ETCS erfordert eine Vielzahl von Fahrzeugausrüstungen mit innovativen ETCS-Lösungen im gesamten Sektor. Durch Stadler Signalling wurde eine ETCS Onboard Unit (OBU) mit eingebundenem Class B-System PZB entwickelt, die aufgrund der modularen Bauweise und der innovativen Systemintegration ohne den Fahrzeughersteller gemeinsam mit der DB nachgerüstet werden konnte. Mit der ETCS Guardia OBU können nach Erhalt der Zulassung ETCS-Strecken der Level 1 LS und Level 2 Baseline 2 und 3 befahren werden. Perspektivisch steht dem deutschen Markt so ein weiterer Lieferant für ETCS OBUs für verschiedenste Fahrzeugbaureihen zur Verfügung. Mit ETCS Guardia an Bord kann das advanced TrainLab zudem ein noch breiter gefächertes Spektrum an Erprobungsmöglichkeiten neuer ETCS Entwicklungen, aber auch weiterer innovativer Technologien abdecken.

Modernes und robustes WLAN im ICE

Mit ITonICE bringt die DB seit Mitte 2020 eine herstellerunabhängige IT-Plattform in die ICE-Züge. Sie bildet die technische Basis für einheitliche Echtzeit-Reiseinformationen, ein modernes Reservierungssystem und verbessertes WLAN. Für ein leistungsfähigeres WLAN kommen zusätzliche Accesspoints, Router und Außenantennen zum Einsatz. Wir wollen mehr Funksignal von außen in die Züge holen und innen besser verteilen. Damit die Technik am Ende auch einwandfrei funktioniert und die richtigen Komponenten an der richtigen Stelle eingesetzt werden, wurden die WLAN-Komponenten der herstellunabhängigen IT-Plattform auf dem advanced TrainLab einem ausgiebigen Performance-Test unterzogen.

Die Testfahrten fanden in der ersten Jahreshälfte 2021 zwischen Berlin und Halle statt. Mit der einzigartigen Connectivity Testplattform auf dem aTL konnten unsere Experten verschiedene Komponenten-Setups unmittelbar während der Fahrt vergleichen und so feststellen, welche Kombination der Komponenten tatsächlich den größten Mehrwert für ein ausfallsichereres und deutlich leistungsfähigeres WLAN liefert.

 Flexibles Testen mit der Connectivity Testplattform

Auf einem der TrainLabs findet sich eine ganz besondere Ausstattung – die Connectivity Testplattform. Dabei handelt es sich um einen Dachträger für Antennen auf den Mittelwagen des Fahrzeugs. Auf jeden Wagen können so bis zu 20 Antennen gleichzeitig montiert werden. Der Clou dabei ist, dass die Antennen nicht direkt auf dem Fahrzeugdach, sondern auf eine Montageplatte montiert werden. Von den Antennenplätzen sind bereits Kabel ins Fahrzeuginnere vorverlegt, die jeweils in einem 19-Zoll Rack enden, wo entsprechendes Messequipment Platz findet. Auf diese Weise werden die Konstruktions- und Montagearbeiten deutlich reduziert, wodurch unsere Testvorbereitungen flexibel und effizient umgesetzt werden können.

 Kommunizierende Fahrzeuge sowie Lokalisierung mittels Magnetfeld

Bei einer zweiwöchigen Versuchsreihe mit den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Instituts für Kommunikation und Navigation des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) war das advanced TrainLab Anfang 2021 als rollendes Labor mit Hochfrequenztechnik, Spezialantennen und Sensoren an Bord im Einsatz.

Im Projekt „V2X-DuRail“ untersuchte das DLR-Team insbesondere Funksysteme im fünf Gigahertz Frequenzband, die eine sichere Kommunikation zwischen Zügen, Teilzügen und Wagen, sowie mit dem kreuzenden Straßenverkehr ermöglichen sollen. Für das Bahnsystem der Zukunft ist es zudem essenziell, jederzeit zuverlässig bestimmen zu können, wo sich ein Zug befindet und wie lang er ist. Das DLR-Projekt „IMPACT“ (Intelligent Magnetic Positioning for Avoiding Collisions of Trains) erschließt dazu eine neue Lokalisierungsmethode, die Magnetfeldmessungen nutzt und auch dort funktioniert, wo die Satellitennavigation an ihre Grenzen stößt.

Weiterführende Informationen finden Sie hier.

Sensorplattform für die digitale Schiene Deutschland 

Die Digitale Schiene Deutschland testet auf dem advanced TrainLab Technologien für den automatisierten Bahnbetrieb, die u.a. die Wahrnehmung des Zugumfeldes und die Echtzeitortung von Zügen ermöglichen. Mit verschiedenen Sensoren wie Radar, Lidar und (IR-)Kameras lässt sich die Umgebung des Zuges exakt erfassen. Eine speziell entworfene Sensorplattform ermöglicht es, die Sensoren auf dem Testfahrzeug auch bei Hochgeschwindigkeit zu nutzen. Dabei lassen sich auf der eingesetzten mobilen Sensorplattform auch bahnfremde Technologien prüfen, indem der Zugang zu Test- und Messdaten und ihre Auswertung vereinfacht wird. Zukünftig sollen die hier prototypisch erprobten Technologien zu einem robusteren und störungsarmen Bahnbetrieb mit höherer Kapazität beitragen.