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Rail4Future: Das digitale Bahnsystem

Die Zukunft des effizienten Einsatzes und Managements von Bahn-Ressourcen liegt in einem vollständig vernetzten und digitalisierten Bahnsystem. An der Realisierung dieser hochkomplexen Forschungsaufgabe arbeiten die ÖBB mit rund 20 Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft.

Bis zum Jahr 2050 sollen die CO2-Emissionen im Verkehrssektor um 90 Prozent (im Vergleich zum Bezugsjahr 1990) reduziert werden. So lautet ein zentrales Ziel des „European Green Deal“. Auf dem Weg zur nachhaltigen Mobilität spielt der Schienenverkehr als einer der umweltfreundlichsten und energieeffizientesten Transportmittel eine entscheidende Rolle. Alleine in Österreich haben die ÖBB im Jahr 2020 insgesamt rund 287 Millionen Bahnkunden und über 95 Millionen Tonnen Güter klimaschonend an ihr Ziel gebracht.

Große Herausforderungen

Um auch in Zukunft als Mobilitäts- und Logistikdienstleister das volle Potential ausschöpfen zu können, gilt es für die ÖBB eine Vielzahl an Herausforderungen zu meistern. So müssen höhere Kapazitäten zur Verfügung gestellt werden, was bei der Nutzung der bestehenden Bahninfrastrukturanlagen mehr Abnützung aller Komponenten im Gleis bedeutet. Gleichzeitig sollen die Gesamtkosten für die Bereitstellung der Infrastruktur, also für Maßnahmen sowohl im Neubau als auch bei Umbauten und in der Instandhaltung, gesenkt werden. Zudem ist es notwendig, die Resilienz des Systems Bahn in Bezug auf Umwelteinflüsse zu maximieren. Da wetterbedingte Störeinflüsse des Bahnbetriebs permanent zunehmen, sind erhebliche Investitionen für technische Schutzmaßnahmen und neu gedachte Verkehrskonzepte erforderlich, um die gesamte Infrastruktur fit für den Klimawandel zu machen.
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Notwendige Forschung

Wichtige Fragestellungen betreffen in diesem Kontext das Alterungsverhalten und somit die Planung und Umsetzung von Maßnahmen für die Basisinfrastruktur wie Schiene, Schwelle, Schotterbett, Brücken und Tunnels. Für eine Life-Cycle-Analyse und die Bewertung des Zustandes und des Verhaltens von Anlagen existieren teilweise bereits analytische Ansätze, numerische Methoden und Werkzeuge. Diese befassen sich jedoch in der Regel mit einer einzelnen Anlage und konzentrieren sich dabei auf einen bestimmten Aspekt oder eine einzelne Komponente. Das Verständnis der Interaktionen im System erfordert zusätzliche Grundlagenforschung, um tiefergehende Einblicke in die komplexen physikalischen Phänomene zu bekommen, die im Eisenbahnverkehr auftreten.

Thomas Petraschek, Leiter Forschung & Entwicklung ÖBB, Rail4Future-Konsortiumsleader
Thomas Petraschek, Leiter Forschung & Entwicklung ÖBB, Rail4Future-Konsortiumsleader(c) Privat

Digitaler Zwilling

„Die Zukunft des effizienten Einsatzes und Managements von Bahnressourcen liegt in einem vollständig vernetzten und digitalisierten Bahnsystem“, sagt dazu Thomas Petraschek. Dem Leiter Forschung & Entwicklung bei den ÖBB obliegt die Führung eines multidisziplinären Konsortiums, in dem Bahnbetreiber, Industrie, wissenschaftliche Partner und Hochschulen ihre Expertise und ihre Felddaten im Rahmen von „Rail4Future“ bündeln. Die Partner des COMET-Projekts „Railways for Future - Resilient Digital Railway Systems to Enhance Performance“ haben es sich zum Ziel gesetzt, das digitale Bahnsystem der Zukunft zu gestalten. „Dafür wird eine neuartige, hochleistungsfähige und vollständig virtuelle Validierungsplattform für Simulationen ganzer Bahnstrecken entwickelt“, skizziert Petraschek die hochkomplexe Forschungsaufgabe. Durch die Verschränkung von Daten aus unterschiedlichsten Quellen sowie durch den Einsatz neuartiger Berechnungsmodelle und Modellierungstechniken soll also ein digitales Abbild von Streckenabschnitten erstellt werden, ein sogenannter Digitaler Zwilling.

Grundlage für Innovationen

Erklärtes Ziel des Forschungsprojekts ist es, das dynamische Verhalten und den Zustand von Komponenten wie Schiene oder Weiche und die langfristigen Trends von bahntechnischen Strukturen wie Brücken oder Tunnels zu bewerten. „Die Forschungsergebnisse können einen kontinuierlichen Fluss von zuverlässigen und aussagekräftigen Informationen sicherstellen. Und zwar über die gesamte Lebensdauer der verschiedenen Eisenbahninfrastrukturkomponenten und interagierenden Schienenfahrzeuge hinweg − angefangen von der Planung, Produktion und Konstruktionsphase bis hin zum Betrieb und zur Degradierung“, so Petraschek, der sich von Rail4Future ein tiefes Grundverständnis und eine Beschreibung des Gesamtsystems Bahn erwartet. Die Analyse der Auswirkungen neuer Betriebsszenarien (z.B. Kapazitätserhöhung, Umweltbedingungen) sowie die virtuelle Bewertung neuartiger Komponenten und Schienenfahrzeuge bei gleichzeitiger Minimierung von On-Track-Tests sollen die Grundlagen für entscheidende Innovationsschritte im Bahnsystem bilden.

Damit kann einerseits die Bereitstellung bestehender Anlagen über die gesamte Lebensdauer optimiert werden, da das rechtzeitige Erkennen bzw. die Prognose des Eintritts von Verschleiß und mechanischen Schäden hilft, die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Eisenbahnbetriebs zu steigern. Andererseits werden es die Simulationen mit dem Digitalen Systemzwilling ermöglichen, die Innovationszyklen neuer Produkte oder Lösungen wesentlich zu verkürzen.

Das Konsortium

An die 20 Projektpartner aus Wissenschaft und Industrie arbeiten im Rahmen von Rail4Future (Projektlaufzeit: April 2021 bis September 2024) daran, durch Simulationen Analysen zur zuverlässigeren und kosteneffizienteren Bewertung von Anlagenzuständen, Systemverhalten und Auswirkungen von Maßnahmen zu ermöglichen.

Konsortiumskoordinator:

ÖBB Infrastruktur AG

Unternehmenspartner:

  • Voestalpine Metal Engineering GmbH
  • FCP FRITSCH, CHIARI & PARTNER
  • Hottinger, Brüel & Kjær
  • Vermessung Schubert ZT GmbH
  • PALFINGER Structural Inspection GmbH
  • Plasser & Theurer Gesellschaft m.b.H
  • Siemens Mobility Austria GmbH
  • Geoconsult Holding ZT GmbH
  • Wiener Linien GmbH & Co KG

Wissenschaftspartner:

  • AIT Austrian Institute of Technology GmbH
  • TU Wien
  • TU Graz
  • JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH
  • Virtual Vehicle Research GmbH

Internationale Partner:

  • VRVis -Zentrum für Virtual Reality und Visualisierung
  • Lehrstuhl und Prüfamt für Verkehrswegebau Technische Universität München
  • Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren

Comet: Zusammenarbeit von Industrie und Forschung für die Technologien von morgen

Das Programm COMET Competence Centers for Excellent Technologies fördert den Aufbau von Kompetenzzentren, deren Herzstück ein von Wirtschaft und Wissenschaft gemeinsam definiertes Forschungsprogramm auf hohem Niveau ist. Dies soll neue Forschungsimpulse setzen, zu verstärktem Technologietransfer führen und die Innovationsfähigkeit der Unternehmen stärken.

Dadurch sollen neue Produkt-, Prozess- und Dienstleistungsinnovationen entstehen. In diesem Sinne stellt COMET einen wesentlichen Faktor zur Stärkung des Forschungsstandorts und des Wirtschaftsstandorts Österreich dar.

Das COMET-Programm wird vom Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK) und vom Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort (BMDW) finanziert. Die Abwicklung erfolgt durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG.

ÖBB

Als umfassender Mobilitäts- und Logistikdienstleister haben die ÖBB im Jahr 2020 insgesamt rund 287 Millionen Bahnkunden und über 95 Millionen Tonnen Güter klimaschonend und umweltfreundlich an ihr Ziel gebracht. Denn der Strom für Züge und Bahnhöfe stammt zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien. Die ÖBB gehören mit 96 Prozent Pünktlichkeit im Personenverkehr zu den pünktlichsten Bahnen Europas. Mit Investitionen von über drei Milliarden Euro jährlich in die Bahninfrastruktur bauen die ÖBB an der Bahn von morgen. Konzernweit sorgen 42.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter (davon 2000 in internationalen Tochterunternehmen) bei Bus und Bahn sowie zusätzlich mehr als 2000 Lehrlinge dafür, dass täglich rund 790.000 Reisende und 870 Güterzüge der ÖBB sicher an ihr Ziel kommen.

Weitere Informationen unter: unsereoebb.at

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