Referenz 26. März 2021

Rückwirkungsfrei zur effizienten Rangierlok

Ohne dieselbetriebene Rangierlokomotiven läuft im deutschen Güterverkehr so gut wie nichts. Um die hohen Leerlaufzeiten von nicht selten über 60 Prozent zu reduzieren, hat der Technologiekonzern Voith ein ausgefeiltes automatisches Stopp-Start-System entwickelt. Das Besondere: „OnEfficiency.StopStart“ ist nachrüstbar und herstellerunabhängig auf verschiedene Baureihen adaptierbar. Flottenbetreiber sparen so im Schnitt jährlich 11.000 Liter Kraftstoff und 30 Tonnen CO2 ein – und das pro Fahrzeug. Die Rückwirkungsfreiheit auf Sicherheitsfunktionen und damit der Schutz der Lokomotive wird technisch mit Relais- und Optokopplermodulen von WAGO gelöst.

Wer sich einen fahrenden Zug vorstellt, der wird vor seinem geistigen Auge wahrscheinlich auch eine Oberleitung sehen. Denn überall dort, wo Gleise verlegt sind, prägen Fahrleitungsanlagen das Landschaftsbild – sollte man meinen. Ganz so ist es allerdings nicht: Gerade einmal 60 Prozent des deutschen Schienennetzes sind elektrifiziert, vom Güterverkehr ganz zu schweigen. Insbesondere auf den zumeist oberleitungslosen Rangierbahnhöfen steht der Verbrennungsmotor weiterhin hoch im Kurs.

Effizienzsteigerung im Güterverkehr – mit Interface-Elektronik und Automatisierungstechnik von WAGO:

  • Relais- und Optokopplermodule sorgen für Rückwirkungsfreiheit auf Sicherheitsfunktionen.

     

     

  • Kompakte, modulare Lösung für nicht klimatisierte Schaltschränke

  • Normenkonforme Technik hält mechanischen Belastungen und widrigsten Umgebungstemperaturen Stand.

     

Hoher Leerlauf durch lange Stand- und Wartezeiten

„Zwei Drittel Stand- und Wartezeiten, ein Drittel Betrieb – das ist das typische Einsatzprofil einer dieselbetriebenen Rangierlokomotive“ erklärt Sebastian Günther, System- und Projektingenieur bei Voith. Um die hohen Leerlaufzeiten zu reduzieren, hat Voith ein eigenes automatisches Stopp-Start-System entwickelt. Die Besonderheit: „OnEfficiency.StopStart“ ist nachrüstbar und damit auch für alle Schienenfahrzeuge interessant, die bereits seit vielen Jahrzehnten im Einsatz sind. Verglichen mit proprietären Motorabschaltungen anderer Anbieterist dieses Stopp-Start-System herstellerunabhängig und breit auf viele verschiedene Baureihen adaptierbar.

„OnEfficiency.StopStart“ wird bereits bei in mehreren Lokomotiven eingesetzt. Das System ist zum Beispiel bei den Loks von Rurtalbahn (G1206), ETF (G1206) und Northrail (G1206) im Einsatz.

Quelle: RTB Cargo®

Nachrüstlösung ohne Rückwirkung

„Eine zentrale Frage unserer Kunden ist, inwiefern unsere Nachrüstlösung eine Rückwirkung auf das Fahrzeug oder auf die Fahrzeugsteuerung hat“, sagt Günther. Bei „OnEfficiency.StopStart“ wird dieser wichtige Sicherheitsaspekt technisch mit Interface-Elektronik von WAGO gelöst. Eingangsseitig werden die erfassten digitalen Signale der Lok – allen voran die des Fahrschalters – über Optokopplermodule in das I/O System 750 XTR geführt. Analoge Signale wie Motordrehzahl und Kühlwassertemperatur sind direkt über Differenzialeingänge angebunden. An den Ausgängen der Automatisierung, die ebenfalls von WAGO ist, unterbrechen wiederum Relaismodule die vorhandenen Leitungspfade für die Motorabschaltung.
Die durchgängige galvanische Trennung von Steuer- und Lastkreisen unterbindet zuverlässig jedwede Eingriffe in die bestehenden Fahrzeugsysteme. „Auf diese Weise erzielen wir eine Rückwirkungsfreiheit auf Sicherheitsfunktionen, unsere Lösung arbeitet autark. Selbst ein Ausfall hätte keine Auswirkungen auf die Funktion und die Verfügbarkeit der Lokomotive“, bekräftigt Jan Bock, bei Voith als Ingenieur für die Automatisierungstechnik zuständig.

Das WAGO I/O System 750 XTR ist das Herzstück für die kontinuierliche Effizienzbeurteilung und -steigerung und sorgt dafür, dass das Stopp-Start-System „OnEfficiency.StopStart“ von Voith weit mehr bietet als eine einfache Motorabschaltung für Lokomotiven.

Quelle: Voith Group

Relais- und Optokopplermodule gemäß Bahnanforderungen

Dass Relais- und Optokopplermodule der Serien 788 und 859 von WAGO in dem kompakten Schaltschrank des nachrüstbaren automatischen Stopp-Start-Systems „OnEfficiency.StopStart“ von Voith gelandet sind, hat gleich mehrere Gründe. Der wichtigste ist, dass Interface-Komponenten von WAGO die strengen Anforderungen der Bahnbranche erfüllen, die unter anderem in der DIN EN 50155, DIN EN 50121-3-2, DIN EN 45545 und der DIN EN 61373 beschrieben sind und die über die normativen Ansprüche der Industrie hinausgehen. Vibration, Schwingungen und Schocks sind in Bahnanwendungen erheblich – für WAGO Produkte stellen sie aufgrund der bewährten Federanschlusstechnik jedoch kein Problem dar.
Neben den mechanischen Belastungen ist die Umgebungstemperatur ein kritischer Faktor, insbesondere in nicht klimatisierten Schaltschränken wie beim automatischen Stopp-Start-System von Voith. Mit einem zulässigen Temperaturbereich von -40 °C bis +70 °C sind Relais- und Optokopplermodule von WAGO auch ohne zusätzliche Kühlung und Heizung vielseitig einsetzbar. „Wir arbeiten schon seit Jahren sehr eng und vertrauensvoll mit WAGO zusammen, wir kennen das Unternehmen, seine Produkte und Services. Und wir wissen, dass wir uns darauf verlassen können“, lobt Technikexperte Bock.

Équilibre entre économies et protection de la locomotive

Voith utilise des systèmes automatiques d'arrêt-démarrage depuis plus de dix ans. « Lorsque nous avons développé le système ‚OnEfficiency.StopStart‘, nous ne voulions pas mettre au point une logique toute simple. Nous avons mené une réflexion approfondie sur le côté pratique, l'efficacité et sur un fonctionnement qui sollicite peu les véhicules », déclarent Günther et Bock.
L'objectif était de parvenir à l'équilibre idéal entre des économies et la protection de la locomotive. Il a été atteint grâce à un principe de fonctionnement bien pensé : si toutes les conditions d'arrêt sont réunies et si l'on a la garantie qu'aucune demande de puissance n'aura lieu prochainement, un temps d'arrêt obligatoire débute. Après expiration de ce temps librement configurable, un bouton poussoir lumineux est activé dans la cabine. La durée du clignotement du bouton poussoir et donc de l'avertissement préalable peut aussi être paramétrée individuellement. Le conducteur peut supprimer manuellement la commande automatique d'arrêt s'il sait que la marche de la locomotive va reprendre sous peu. S'il ne réagit pas, le moteur s'arrête.

S'arrêter ou poursuivre la marche ? Dans sa cabine, le conducteur est informé par un bouton-poussoir lumineux clignotant et peut décider soit de supprimer manuellement l'arrêt automatique, par exemple parce qu'il sait que la marche de la locomotive va reprendre sous peu, soit de ne rien faire, auquel cas le moteur s'arrête automatiquement.

Source : groupe Voith

Réduction des temps de marche à vide de 720 heures, réduction des coûts de 20 000 euros

« Le principe de fonctionnement à plusieurs échelons de “OnEfficiency.StopStart“ évite de solliciter inutilement le moteur diesel et la transmission », assure Sebastian Günther. En clair, les arrêts de courte durée et l'exploitation intermittente qui en résulte sont évités, tout comme des démarrages à froid et une batterie complètement déchargée. En mode « Stop », le véhicule et les systèmes auxiliaires sont immédiatement opérationnels – même avec une télécommande radio, la locomotive redémarre au bout de trois à cinq secondes.

Les effets positifs du système automatique d'arrêt-démarrage sur l'environnement et sur les coûts d'exploitation sont considérables. Même avec une hypothèse prudente de 60 % de temps d'immobilisation et de maintenance pour une locomotive de manœuvre type – ce chiffre est nettement plus élevé dans la pratique – on obtient chaque année une baisse des temps de marche à vide de 720 heures. Cela représente environ 11 000 litres de diesel en moins, des économies de carburant et de maintenance d'environ 20 000 euros et une baisse de 30 000 kg des émissions de CO2. Avec ces valeurs, le système « OnEfficiency.StopStart » est rentabilisé en moins de deux ans pour les exploitants. « Avec notre solution, nous comblons une lacune du marché et nous contribuons concrètement à la protection de l'environnement », conclut l'ingénieur en construction mécanique Günther. « WAGO est un véritable partenaire pour accroître l'efficacité de la locomotive de manœuvre. Au vu des produits et services proposés par WAGO, on constate facilement que l'entreprise est enracinée dans l'industrie ferroviaire depuis des décennies ».

Texte : Kilian Fröhlich, WAGO

La température ambiante est un autre facteur critique, en plus des sollicitations mécaniques. Avec une plage de température admissible de -40 °C à +70 °C, les modules relais et octocoupleurs de WAGO peuvent être utilisés dans de multiples applications, sans refroidissement ni chauffage supplémentaire.

Source : groupe Voith

Interview

« Nous ne voulions pas développer un simple système d'arrêt moteur ! »

Les systèmes automatiques d'arrêt-démarrage équipent désormais la plupart des voitures. Avec son système « OnEfficiency.StopStart » pour locomotives de manœuvre, aboutissement de trois années de développement, l'entreprise technologique Voith apporte de la valeur ajoutée à la gestion des parcs de véhicules. L'élément central de la solution : le système d'E/S 750 XTR de WAGO. Sebastian Günther, ingénieur système et projet chez Voith, aborde le contexte, les défis et les exigences techniques.

M. Günther, désormais, dans les véhicules récents, le moteur s'arrête automatiquement au feu rouge. Pourquoi les systèmes automatiques d'arrêt-démarrage ne sont-ils pas encore répandus dans le secteur ferroviaire ?

Cela s'explique d'abord par le fait qu'une partie non négligeable du parc de véhicules diesel du secteur ferroviaire allemand est très ancienne, avec un niveau de développement bien antérieur aux années 1990. À l'époque, cette technologie n'existait pas. Il y a aussi une autre raison : dans les entreprises ferroviaires, la disponibilité des locomotives prime au-delà de toute autre considération. De nombreux exploitants peuvent craindre qu'un système automatique d'arrêt-démarrage n'oblige le moteur diesel à s'arrêter constamment et à redémarrer peu de temps après, ce qui pourrait l'endommager. C'est précisément ce comportement que nous pouvons éviter avec notre système grâce à la surveillance de nombreux paramètres.

Il s'agit donc d'un marché avantageux pour le système « OnEfficiency.StopStart » ?

Certainement ! Notre système automatique d'arrêt-démarrage présente deux avantages majeurs : d'une part, il peut être installé après coup et est donc intéressant pour les locomotives de manœuvre à moteur diesel qui sont en service depuis de nombreuses années, voire des décennies. De plus, le système « OnEfficiency.StopStart » peut être utilisé quel que soit le constructeur.

Welche Anforderungen stellt Ihr automatisches Stopp-Start-System an die Automatisierungstechnik?

Die Anforderungen sind in der Tat vielfältig – und durchaus herausfordernd. Neben der Rückwirkungsfreiheit, die wir über Relais- und Optokopplermodule von WAGO realisieren, muss ein I/O-System zunächst alle einschlägigen Bahnnormen erfüllen, ohne geht es nicht. Allein hierdurch wird die Auswahl erheblich eingeschränkt. Zudem ist der von uns verwendete Schaltschrank klein und nicht klimatisiert, die Automatisierung muss folglich sehr kompakt sein und hohe Temperaturschwankungen aushalten. Wichtig war uns darüber hinaus ein modularer Aufbau, um unsere Lösung problemlos auf unterschiedliche Loktypen adaptieren zu können. Unsere Wahl fiel dann recht schnell auf das WAGO I/O System 750 XTR.

Und welche Aufgaben übernimmt das WAGO I/O System 750 XTR schließlich?

Kurz gesagt: die gesamte Steuerung des automatischen Stopp-Start-Systems. Alle analogen und digitalen Signale, die in unseren Schaltschrank rein- und rausgehen, laufen über die Module des WAGO I/O Systems 750 XTR. Hierzu gehören unter anderem die Motordrehzahl mit 0 … 10 V sowie Bremsdruck und Kühlwassertemperatur mit 4 … 20 mA. Der CANopen-Controller 750-838 übernimmt die Datenverarbeitung. In CODESYS V2.3 haben wir hierzu recht komfortabel mit Funktionsbausteinen alle notwendigen Abschaltbedingungen dargestellt.

Sie haben etwa drei Jahre an „OnEfficiency.StopStart“ entwickelt und optimiert. Welche besonderen Herausforderungen gab es?

Wir wollten nicht bloß eine einfache Motorabschaltung entwickeln, das hätten wir sicherlich deutlich schneller hinbekommen. Stattdessen wollten wir einen Mehrwert bieten, der über die eigentliche Stopp-Start-Funktion hinausgeht. Auf Wunsch generiert unser System anhand der erfassten Betriebsdaten spezifisch aufbereitete Einsparungsberichte. Flottenbetreiber sehen darin zum Beispiel nicht nur, wann der Motor ab- und zugeschaltet wurde, sondern sehr detailliert, warum dies erfolgt ist – oder aus welchen Gründen es eben nicht erfolgt ist. Auf diese Weise lassen sich einerseits die Leerlaufzeiten ständig weiter optimieren und andererseits per Knopfdruck die technischen Zustände der Fahrzeuge überwachen. Herzstück dieser Lösung ist ebenfalls das WAGO I/O System 750 XTR.

Herr Günther, vielen Dank für das Gespräch!

Weitere Serviceangebote:

Bahntechnik

Wartungsfreie Verbindungen im Nah- und Fernverkehr haben wir mit der Federklemmtechnik möglich gemacht. Heute bieten wir weitere umfangreiche Lösungen.

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