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Güterwagen 4.0

Der Güterwagen für mehr Automatisierung und Effizienz

“Der fahrende Güterzug ist unschlagbar.” - Prof. Dr.-Ing. Manfred Enning

1. Stufe: Vernetzung

Güterwagen 4.0 verfügen mindestens über ein 24V- Bordnetz gemäß VDI-Richtlinie 5905, welches durch eine Batterie gepuffert ist. Die Energieversorgung erfolgt über die Umwandlung von Bewegungsenergie oder (in Zukunft) aus der Digitalen Automatischen Kupplung (DAK).

Güterwagen 4.0 bilden ein selbstorganisierendes, verteiltes Datennetzwerk, welches die Einzelinformationen (Stamm-, Bewegungs- und Sensordaten) zur Digitalen Identität der Wagengruppe zusammenfügt. Bestandteile des Netzwerks sind Kabelverbindungen zwischen den Enden eines Wagens und Kurzstreckenfunkverbindungen zwischen benachbarten Wagen. Diese liefern gleichzeitig die Topologieinformation.

Zur Vernetzung benötigt man keine Lok und keine klassische Zugtaufe. Jeder Güterwagen 4.0 verfügt über dieselben Grundfähigkeiten der Datenaggregierung. Die eindeutige NVR-Nummer (früher UIC-Nummer) eines Wagens bestimmt sowohl die IPv6-Adresse als auch die Rolle innerhalb der funktionalen Hierarchie einer spontan gebildeten Gruppe.

2. Stufe: Aktorik

Durch elektromechanische Aktoren können mindestens die folgenden Änderungen aus der Ferne vorgenommen werden: Öffnen und Schließen der Endabsperrhähne, Umstellen der Bremsart, Ein- und Ausschalten des Zugschlusssignals. Falls vorhanden kann die Feststellbremse durch einen Aktor steuerbar gemacht werden.

Alle Aktoren sind so gestaltet, dass sie vollständig abgeschaltet werden können und dabei ihre letzte Position beibehalten. In diesem inaktiven Zustand verhält sich die Wagengruppe wie eine konventionelle Gruppe.

Eine Wagengruppe aus Güterwagen 4.0 kann jederzeit Auskunft über fahrdynamische Grunddaten (Anzahl Radsätze, Anzahl angelegter Feststellbremsen, Bruttogewicht, Bremsgewicht) und Zustandsinformationen (mechanisch gekuppelt, Luftleitung gekuppelt) geben.

Zustände der Bremse, einschl. Feststellbremse, Bremsartu und Endabsperrhähne können in der Gruppe oder selektiv ferngesteuert geändert werden.

3. Stufe: Fahrfunktionen

Autarkes Fahren, ep-Bremse und Zugintegritätprüfung sind Beispiele für Funktionen, die höhere Safety-Integrity-Levels (SIL) erfordern. Weil jeder Wagen mit mindestens zwei intelligenten Knoten ausgestattet sind und alle Knoten einer Wagengruppe funktional gleichwertig sind, ist ausreichende Redundanz als technische Grundlage für höhere SIL-Levels gegeben.

Für bestimmte Anwendungsbereiche kann ein Rangierantrieb und/oder eine elektronische Vorsteuerung der pneumatischen Bremse (EP-light) Bestandteil eines Güterwagen 4.0 sein.

In allen Stufen möglich: Integration in das Bahnsystem der Zukunft

Mit der Sensorik, Aktorik und Intelligenz ist es möglich, intelligente Bremsfunktionen und eine fahrzeuggestützte Integritätprüfung des Zuges zu realisieren (früher: ETCS Level 3).

Assistierte Bremsprobe - Die kleine Schwester der Automatischen Bremsprobe

Mit einer Untermenge der Technik des Güterwagen 4.0 kann eine Bremsprobe realisiert werden, die bei geringen Sicherheitsanforderungen an die Technik bereits erheblich Personal spart.

Publikationen

Einführende Paper

M. Enning, R. Pfaff: Güterwagen 4.0 – Der Güterwagen für das Internet der Dinge. Teil 1: Gesamtsystembetrachtung und grundlegendes Konzept. ETR – Eisenbahntechnische Rundschau, Heft 1/2. ISSN: 0013-2845, pp. 12-16, 2017

R. Pfaff, M. Enning: Güterwagen 4.0 – Der Güterwagen für das Internet der Dinge. Teil 2: Ausgewählte technische Aspekte und Prozesse. ETR – Eisenbahntechnische Rundschau, Heft 5. ISSN: 0013-2845, pp. 74-77, 2017

B. Schmidt, M. Enning, R. Pfaff: Güterwagen 4.0 – Der Güterwagen für das Internet der Dinge. Teil 3: Einführungsszenarien für aktive, kommunikative Güterwagen. ETR – Eisenbahntechnische Rundschau, Heft 5. ISSN: 0013-2845, pp. 60-63, 2018

R. Pfaff, B. Schmidt, M. Enning: Towards inclusion of the freight rail system in the industrial internet of things - Wagon 4.0, Stephenson Conference, London, 2017

M. Enning, R. Pfaff: Güterwagen 4.0 - Mehr als nur technischer Fortschritt, Privatbahn Magazin, Heft 2, pp. 21-25, 2017

M. Enning, B. Schmidt, D. Wilbring: Auf dem Weg zur autonomen Anschlussbedienung, Privatbahn Magazin, Heft 3, pp. 40-44, 2019

Fokus auf Zustandsüberwachung

R. Pfaff: Analysis of Big Data Streams to obtain Braking Reliability Information for Train Protection systems, Asia-Pacific Conference of the Prognostics and Health Management Society, Jeju, Korea, 2017

R. Pfaff, P. Shahidi, M. Enning: Connected freight rail rolling stock: a modular approach integrating sensors, actors and cyber physical systems for operational advantages and condition based maintenance, Asia-Pacific Conference of the Prognostics and Health Management Society, Jeju, Korea, 2017

Automatisierung

R. Pfaff, M. Enning: Die nachhaltige Alternative zum autonomen Lastwagen, Deine Bahn, Heft 10, 2017

D. Wilbring, M. Enning, R. Pfaff, B. Schmidt: Neue Perspektiven für die Bahn in der Produktions- und Distributionslogistik durch Prozessautomation. IRSA Konferenz Aachen, 2019

(Assistierte) Bremsprobe

M. Enning, J. May, S. Sutter: Innovation am Güterwagen am Beispiel der Automatischen Bremsprobe. ETR – Eisenbahntechnische Rundschau, Heft 12. ISSN: 0013-2845, pp. 14-19, 2020

M.Enning, R. Hilgers: Die Assistierte Bremsprobe als Brücke zur Vollautomatisierung des Schienengüterverkehrs. IRSA Konferenz Aachen, 2023 (Kompletter Tagungsband)

Kommunikations-konzepte

M. Enning, R. Fratscher: Funk-Kommunikation für Güterwagen. Prinzipien und Anwendungsbeispiel. IRSA Konferenz Aachen, 2017

R. Pfaff, B.D. Schmidt, D. Wilbring, M. Enning, J. Franzen: Wagon4.0 - the smart wagon for improved integration into Industry 4.0 plants. ISBN: 9780911382709, International Heavy Haul Association Conference, Narvik, Norwegen, 2019

B. Schmidt, R. Pfaff, M. Kuhlmann, U. Pinders, D. Wilbring: Improved dynamics of vehicle movement in intelligent freight trains. IRSA Konferenz Aachen, 2019

Kombination Güterwagen 4.0 und SAMIRA

D. Wilbring, K. Babilon: Nutzung von intelligenten Güterwagen in der Hafenlogistik. Deine Bahn, Heft 1, 2020

M. Blumenschein, D. Wilbring, K. Babilon, B. D. Schmidt: Concept for autonomous shunting with an intelligent and self-actuating freight wagon. International Conference on Rail Transportation, Chengdu, China, 2021

Standardisierung

D. Wilbring, M. Enning: Stromversorgung auf Güterwagen – Aktuelle Bemühungen zur Standardisierung. ETR – Eisenbahntechnische Rundschau, Heft 11. ISSN: 0013-2845, pp. 64-67, 2019