Das EU-Forschungsprogramm Shift²Rail, Bild: DLR

Das DLR und die europäische Eisenbahnindustrie und -forschung forschen am Bahnverkehr der Zukunft. Bild: DLR

Shift²Rail ist ein gemeinsames Unternehmen der Europäischen Kommission und der europäischen Bahnindustrie, die innerhalb des europäischen Forschungsrahmenprogramms Horizon 2020 als öffentlich-private Partnerschaft ins Leben gerufen wurde. Das Ziel der Initiative ist es, die Qualität und Effizienz von Eisenbahnverkehr durch die Einführung innovativer Technologien zu verbessern. Um das zu erreichen, sollen neue Technologien wie zum Beispiel Leichtbau von Wagen oder automatisches Fahren entwickelt werden.

"Shift²Rail ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem nachhaltigen, leistungsfähigen und ökonomischen Eisenbahnsystem in Europa", sagt Professor Karsten Lemmer, Leiter des DLR-Instituts für Verkehrssystemtechnik. "Wir freuen uns, die DLR-Expertise in der Eisenbahnforschung bei Shift²Rail einzubringen und so die Eisenbahn von morgen an entscheidender Stelle mitzugestalten."

Drei Innovations-Programme

Das DLR ist an drei von fünf Innovations-Programmen sowie an verschiedenen Querschnittsaktivitäten beteiligt. Unter anderem arbeiten die Forscher in den nächsten Jahren an der Beantwortung folgender grundlegender Fragen: Wieviel besser beschleunigt ein leichterer Zug? Wie können mehr Züge dichter und schneller über ausgelastete Strecken geführt werden? Wie kann der Energieverbrauch auf der Schiene gesenkt werden? Und wie lassen sich drohende Ausfälle frühzeitig erkennen und vermeiden?

Wissenschaftler aus insgesamt vier DLR-Instituten (Institut für Verkehrssystemtechnik, Fahrzeugkonzepte, Kommunikation und Navigation sowie Aerodynamik und Strömungstechnik) arbeiten dabei unter anderem an einer sicheren Kommunikation, einem effizienten Verkehrsmanagement und der Verlagerung von Tests in Labore. Des Weiteren trägt das DLR mit seiner Forschung in Shift²Rail zur Verbesserung der Schieneninfrastruktur, insbesondere deren nachhaltige, effiziente und ökonomische Instandhaltung bei. Außerdem stehen neue Lösungen für die Fernüberwachung und die Aerodynamik der Güterwagen im Fokus der EU-Initiative.

  • Die Ingenieure von Rail Tec Arsenals (RTA) in Wien sind dick eingepackt in ihre Winterjacken. Schal und Kapuze sind bei Minusgraden unerlässlich. Sie stehen im eisigen Wind und richten die Schneekanonen aus: dicke Schläuche, die mit hohem Druck ein Luft-Wasser-Gemisch auf den Zug sprühen, das noch in der Luft zu Schnee gefriert. So lassen sich beispielsweise Eispanzer und Schneewehen erzeugen. Bild: Siemens

    Die Ingenieure von Rail Tec Arsenals (RTA) in Wien sind dick eingepackt in ihre Winterjacken. Schal und Kapuze sind bei Minusgraden unerlässlich. Sie stehen im eisigen Wind und richten die Schneekanonen aus: dicke Schläuche, die mit hohem Druck ein Luft-Wasser-Gemisch auf den Zug sprühen, das noch in der Luft zu Schnee gefriert. So lassen sich beispielsweise Eispanzer und Schneewehen erzeugen. Bild: Siemens

  • Die Klimaanlagen beim ICE 4 sind für eine Auslegungstemperatur mit voller Erfüllung der Komfortanforderungen von minus 20 Grad Celsius bis plus 40 Grad Celsius ausgelegt. Die Funktionsfähigkeit ist bis 45 Grad Celsius Außentemperatur mit geringer Leistungseinschränkung (reduzierte Absenkung der Innenraumtemperatur) gegeben. Die Kälteanlage ist teilredundant ausgeführt, das heißt es gibt zwei unabhängige Kälteanlagen, die zusammen die Kälteleistung bereitstellen, Damit wird bei Ausfall einer Kälteanlage immer noch eine Kühlfunktion gewährleistet. Bild: Siemens

    Die Klimaanlagen beim ICE 4 sind für eine Auslegungstemperatur mit voller Erfüllung der Komfortanforderungen von minus 20 Grad Celsius bis plus 40 Grad Celsius ausgelegt. Die Funktionsfähigkeit ist bis 45 Grad Celsius Außentemperatur mit geringer Leistungseinschränkung (reduzierte Absenkung der Innenraumtemperatur) gegeben. Die Kälteanlage ist teilredundant ausgeführt, das heißt es gibt zwei unabhängige Kälteanlagen, die zusammen die Kälteleistung bereitstellen, Damit wird bei Ausfall einer Kälteanlage immer noch eine Kühlfunktion gewährleistet. Bild: Siemens

  • Im Klima-Wind-Kanal wird nicht nur die Funktionalität aller Komponenten geprüft, sondern gleichzeitig werden die Messdaten zum Feinjustieren der Systeme genutzt. Ziel ist es, vor allem für die Fahrgäste den optimalen Komfort zu gewährleisten. Dafür sind rund 500 hochsensible Sensoren in jeweils 2 Wagen im Inneren des Zugs angebracht worden. Sie messen die Temperatur und Luftfeuchtigkeit und prüfen beispielsweise auch, ob die Gebläse der Klima-Anlage passend eingestellt sind und sich keine Zugluft bildet. Bild: Siemens

    Im Klima-Wind-Kanal wird nicht nur die Funktionalität aller Komponenten geprüft, sondern gleichzeitig werden die Messdaten zum Feinjustieren der Systeme genutzt. Ziel ist es, vor allem für die Fahrgäste den optimalen Komfort zu gewährleisten. Dafür sind rund 500 hochsensible Sensoren in jeweils 2 Wagen im Inneren des Zugs angebracht worden. Sie messen die Temperatur und Luftfeuchtigkeit und prüfen beispielsweise auch, ob die Gebläse der Klima-Anlage passend eingestellt sind und sich keine Zugluft bildet. Bild: Siemens

  • Rote Heizmatten simulieren die Körperwärme der Fahrgäste und Luftbefeuchter ihre Transpiration, so kann das einwandfreie Funktionieren aller Anlagen in einem vollbesetzten Zug bei realistischen Betriebsbedingungen überprüft werden. Ein sitzender Passagier strahlt rund 120 Watt Wärme ab. Das und andere Faktoren berücksichtigen die Siemens-Ingenieure bei der Auslegung und Einstellung der Klima-Anlage des ICE 4. Bild: Siemens

    Rote Heizmatten simulieren die Körperwärme der Fahrgäste und Luftbefeuchter ihre Transpiration, so kann das einwandfreie Funktionieren aller Anlagen in einem vollbesetzten Zug bei realistischen Betriebsbedingungen überprüft werden. Ein sitzender Passagier strahlt rund 120 Watt Wärme ab. Das und andere Faktoren berücksichtigen die Siemens-Ingenieure bei der Auslegung und Einstellung der Klima-Anlage des ICE 4. Bild: Siemens

  • Die RTA-Wetterexperten in Wien besprühen den ICE 4 mit Wasser aus Düsen, so dass sich eine dicke, nasse Schneeschicht auf dem Kopfwagen bildet. Fast jede Art von Niederschlag kann im Klima-Wind-Kanal bei RTA erzeugt werden, indem Temperatur und Wind sowie das Luft-Wasser-Gemisch aus den Düsen entsprechend eingestellt sind: vom feinen Nebel bis zum prasselnden Eisregen. Bis zu 27.000 Euro kostet ein Testtag – den Löwenanteil machen die Energiekosten aus. Die Anlage verbraucht bei maximaler Leistung so viel Strom wie eine deutsche Kleinstadt. Bild: Siemens

    Die RTA-Wetterexperten in Wien besprühen den ICE 4 mit Wasser aus Düsen, so dass sich eine dicke, nasse Schneeschicht auf dem Kopfwagen bildet. Fast jede Art von Niederschlag kann im Klima-Wind-Kanal bei RTA erzeugt werden, indem Temperatur und Wind sowie das Luft-Wasser-Gemisch aus den Düsen entsprechend eingestellt sind: vom feinen Nebel bis zum prasselnden Eisregen. Bis zu 27.000 Euro kostet ein Testtag – den Löwenanteil machen die Energiekosten aus. Die Anlage verbraucht bei maximaler Leistung so viel Strom wie eine deutsche Kleinstadt. Bild: Siemens

  • Schneeverwehungen und Vereisung stellen die komplexe Technik des Zugs vor besondere Herausforderungen. Türen, Bremsen, Luftansaugung – alles muss einwandfrei funktionieren. Bei den Klimatests werden deshalb zahlreiche sogenannte Funktionstest durchgeführt. Auch bei tiefen Temperaturen müssen die Bordküche und die WCs reibungslos funktionieren. Hier werden höchste Anforderungen an den Zug gestellt, da in beiden viele wasserführende Bauteile zu finden sind. Auch bei minus 25 Grad darf kein Bauteil einfrieren und alle Geräte müssen zuverlässig arbeiten. Im RTA wird daher auf Herz und Nieren geprüft, ob bei minus 25 Grad alle Funktionen unter simulierten Betriebsbedingungen arbeiten. Bild: Siemens

    Schneeverwehungen und Vereisung stellen die komplexe Technik des Zugs vor besondere Herausforderungen. Türen, Bremsen, Luftansaugung – alles muss einwandfrei funktionieren. Bei den Klimatests werden deshalb zahlreiche sogenannte Funktionstest durchgeführt. Auch bei tiefen Temperaturen müssen die Bordküche und die WCs reibungslos funktionieren. Hier werden höchste Anforderungen an den Zug gestellt, da in beiden viele wasserführende Bauteile zu finden sind. Auch bei minus 25 Grad darf kein Bauteil einfrieren und alle Geräte müssen zuverlässig arbeiten. Im RTA wird daher auf Herz und Nieren geprüft, ob bei minus 25 Grad alle Funktionen unter simulierten Betriebsbedingungen arbeiten. Bild: Siemens

  • Eine freie Sicht bei einer Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h ist essentiell für den Triebfahrzeugführer des ICE 4. Deshalb ist besonders wichtig, dass der Scheibenwischer beispielsweise auch bei schwerem Pappschnee problemlos funktioniert. Die Tests im Klima-Wind-Kanal stellen dies sicher. Bild: Siemens

    Eine freie Sicht bei einer Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h ist essentiell für den Triebfahrzeugführer des ICE 4. Deshalb ist besonders wichtig, dass der Scheibenwischer beispielsweise auch bei schwerem Pappschnee problemlos funktioniert. Die Tests im Klima-Wind-Kanal stellen dies sicher. Bild: Siemens

  • Auch wenn der Scheibenwischer  vereist ist, sorgt er für eine freie Sicht des Triebfahrzeugführers: Das Sichtfeld ist streifenfrei, und auch die Wischwasserdüse funktioniert trotz eisiger Temperaturen. Aber nicht bei allen Experimenten genügt die bloße Sichtprüfung: Rund 500 hochsensible Sensoren haben die Experten von Siemens und RTA in den Wagen installiert, um die Reaktionen des Zuges bei Hitze, Kälte und Eis genau zu überwachen. Bild: Siemens

    Auch wenn der Scheibenwischer vereist ist, sorgt er für eine freie Sicht des Triebfahrzeugführers: Das Sichtfeld ist streifenfrei, und auch die Wischwasserdüse funktioniert trotz eisiger Temperaturen. Aber nicht bei allen Experimenten genügt die bloße Sichtprüfung: Rund 500 hochsensible Sensoren haben die Experten von Siemens und RTA in den Wagen installiert, um die Reaktionen des Zuges bei Hitze, Kälte und Eis genau zu überwachen. Bild: Siemens

  • Türen, Bremsen, Luftansaugung – alles muss auch bei Vereisung und Schneeverwehungen funktionieren. Bei den Klimatests wird deshalb hierauf ein besonderes Augenmerk gelegt. Auch auf bewährter Technik basierende Komponenten – wie beispielsweise die Triebdrehgestelle SF 500 der ICE-4-Wagen werden bei jedem Wetter getestet. Sie sind zwar bereits beim ICE 3 Baureihe 407 im Einsatz, aber aufgrund des 100 Millimeter größeren Achsabstands kompakter und 136 Millimeter kürzer als die Drehgestelle des Velaro D (ICE 3 Baureihe 407). Darum gilt es, hier erneut ein umfassendes Testprogramm zu absolvieren, damit auch hier alles so rund läuft wie beim neuen ICE 3. Bild: Siemens

    Türen, Bremsen, Luftansaugung – alles muss auch bei Vereisung und Schneeverwehungen funktionieren. Bei den Klimatests wird deshalb hierauf ein besonderes Augenmerk gelegt. Auch auf bewährter Technik basierende Komponenten – wie beispielsweise die Triebdrehgestelle SF 500 der ICE-4-Wagen werden bei jedem Wetter getestet. Sie sind zwar bereits beim ICE 3 Baureihe 407 im Einsatz, aber aufgrund des 100 Millimeter größeren Achsabstands kompakter und 136 Millimeter kürzer als die Drehgestelle des Velaro D (ICE 3 Baureihe 407). Darum gilt es, hier erneut ein umfassendes Testprogramm zu absolvieren, damit auch hier alles so rund läuft wie beim neuen ICE 3. Bild: Siemens

Bahn der Zukunft

Die Europäische Kommission und die strategische Eisenbahnforschungsagenda geben dem Forschungsprogramm ambitionierte Ziele vor: Bis 2050 sollen eine Verdopplung der Kapazität, eine Halbierung der Investitions- und Betriebskosten sowie eine Halbierung der Nichtverfügbarkeit erreicht werden. Dabei müssen einerseits die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Bahnindustrie vorangetrieben und andererseits die Anforderungen einer sich verändernden europäischen Transportlandschaft berücksichtigt werden. Die gegenseitige Wechselwirkung der verschiedenen Technologien und ihr Einfluss auf die Gesamtziele werden mittels sogenannter Key Performance Indicators (KPI) bewertet.

"Ziel der Forschungsarbeiten ist, sowohl die Kosten als auch den Energieverbrauch von Zügen zu reduzieren", erklärt Dr. Michael Meyer zu Hörste, Shift²Rail-Koordinator des DLR. Hierfür werden leichtere Züge verwendet, die aber auch teurer in der Produktion sind. Inwieweit die Ziele erreicht werden, soll in dem vom DLR geleiteten Projekt überprüft werden. "Denn erst im Zusammenspiel zwischen Fahrzeugen mit unterschiedlichen Antrieben und Bauweisen, Infrastruktur und Betrieb ergeben sich die Verbesserungen für den Bahnverkehr der Zukunft", so Meyer zu Hörste weiter.

Das DLR ist in Shift²Rail Assoziierter Partner und leitet das "System Platform Demonstrator Integrated Assessment", in dem die Ergebnisse aus den Projekten bewertet werden. Außerdem ist das DLR Mitglied im sogenannten Governing Board - dem obersten Entscheidungs- und Führungsgremium von Shift²Rail, in dem die strategische Ausrichtung der europäischen Eisenbahnforschung und die Verwendung der Mittel entschieden werden.