KI soll Güter auf die Schiene holen

Deutsche Bahn baut ersten digitalen Güterbahnhof

15.06.2021
Von 
Jürgen Hill ist Chefreporter Future Technologies. Thematisch befasst sich der studierte Diplom-Journalist und Informatiker derzeit mit aktuellen IT-Trendthemen wie KI, Quantencomputing, Digital Twins, IoT, Digitalisierung etc. Zudem verfügt er über einen langjährigen Background im Bereich Communications mit all seinen Facetten (TK, Mobile, LAN, WAN). 
Schneller und flexibler will die Deutsche Bahn im Güterverkehr durch Automatisierung werden. Hierzu baut der Konzern den Rangierbahnhof München-Nord zum ersten digitalen Güterbahnhof um.
Noch ist die Zusammenstellung eines Güterzuges zeitaufwändig und wenig flexibel. Dies will DB Cargo mit digitalen Güterbahnhöfen ändern.
Noch ist die Zusammenstellung eines Güterzuges zeitaufwändig und wenig flexibel. Dies will DB Cargo mit digitalen Güterbahnhöfen ändern.
Foto: Deutsche Bahn

Im Vergleich zum LKW hat die Deutsche Bahn bislang gleich mit zwei gravierenden Wettbewerbsnachteilen zu kämpfen: Sie ist zu langsam und unflexibel sowie zu teuer. So ist die Bahn zwar wettbewerbsfähig, wenn sie mit einem "Ganzzug" etwa von einem Stahlwerk zu einem Autohersteller fahren kann, hat aber gegenüber dem LKW keine Chance, wenn ein einzelner Waggon von A nach B muss und dabei mehrmals an verschiedene Güterzüge angekoppelt wird. Dies macht den Transport nicht nur teurer als per LKW, sondern auch zeitaufwändiger.

Digitaler Güterbahnhof entsteht in München

Mit einer weitgehend automatisierten Zugabfertigung will die Bahn - respektive DB Cargo - dies künftig ändern. Hierzu baut DB Cargo den Rangierbahnhof München-Nord zum ersten digitalen Güterbahnhof Deutschlands aus, der als Testfeld dienen soll. Im Ergebnis soll die Kapazität des Rangierbahnhofs um bis zu 40 Prozent gesteigert werden. Gleichzeitig sollen Güterzüge können künftig schneller, flexibler und häufiger abfahren.

Auf diese Weise will DB Cargo bis 2030 rund 30 Millionen Lkw ersetzen und so 10 Millionen Tonnen CO22 einsparen. "Digitalisierung bringt jetzt nochmal ordentlich Power für die grüne Schiene", so Sigrid Nikutta, DB-Vorstand für Güterverkehr. Allerdings ist DB Cargo nicht das einzige Unternehmen, das den Schienengüterverkehr digitalisieren will. Einen anderen Digitalisierungsansatz fährt etwa die VTG AG, ein Finalist des Digital Leader Award 2021.

Im Rahmen der Digitalisierungsoffensive adressiert DB Cargo mehrere Themenblöcke: die automatisierte Güterwagendiagnose mit KI, die automatisierte Bremsprobe, die vollautomatische Abdrücklokomotive sowie die Digitale Automatische Kupplung (DAK). Alle diese Aufgaben erledigen DB-Mitarbeiter bislang manuell. Dabei handelt es sich teilweise um absolut harte Knochenjobs, die bei Wind und Wetter zu erledigen sind. So wiegt etwa der Bügel zum Ankoppeln eines Waggons um die 20 kg.

Und für die Inspektion der Waggons eines fertig zusammengestellten Güterzuges müssen die Mitarbeiter den 700 bis 800 Meter langen Zug zu Fuß abgehen, pro Mitarbeiter sind das im Durchschnitt rund 7,5 Kilometer pro Schicht. Diese Prozesse will DB Cargo künftig automatisiert erledigen, um die Züge schneller und kostengünstiger zusammenzustellen.

Das Konzept eines digitalen Güterbahnhofs der Deutschen Bahn.
Das Konzept eines digitalen Güterbahnhofs der Deutschen Bahn.
Foto: Deutsche Bahn

Automatisierte Güterwagendiagnose

Wie oben beschrieben, werden die Züge heute noch per pedes inspiziert, um Beschädigungen zu erkennen. Das Ergebnis übermitteln die Beschäftigten über ein Tablet in das IT-System und notieren es zusätzlich auf Zetteln im Zettelkasten am Güterwagen. Künftig werden die Güterzüge eine Kamerabrücke durchfahren, die von allen Seiten Bilder der einzelnen Wagen aufnimmt.

Per KI will die Bahn künftig den Zustand der Waggons automatisch überprüfen.
Per KI will die Bahn künftig den Zustand der Waggons automatisch überprüfen.
Foto: Deutsche Bahn

Gemeinsam mit der Universität Wuppertal, der Hochschule Fresenius und den KI-Experten der DB entwickelt DB Cargo hierzu Algorithmen, die Schäden an Güterwagen automatisiert erkennen und melden. Die Technologie hat einen weiteren Vorteil: Sie kann den Güterwagen auch von oben prüfen. In München wird im August eine Kamerabrücke für diese optischen Tests aufgebaut.

Automatische Bremsprobe

Vor jeder Abfahrt sind zudem die Bremsen zu prüfen. Heute kontrollieren Mitarbeiter an jeder Achse, ob die Bremsklötze tatsächlich anliegen und sich wieder lösen. Je nach Länge des Güterzugs kann dieser Kontrollgang bis zu 50 Minuten dauern. Pro Jahr sind das rund 1,2 Millionen Bremsproben. Diesen Prozess will DB Cargo beschleunigen und aus der Ferne erledigen: Künftig prüfen Sensoren im Güterwagen die Funktion der Bremsen und übermitteln das Ergebnis digital. In einem gemeinsamen Förderprojekt mit der Technischen Universität Berlin testet die Deutsche-Bahn-Tochter in diesem Jahr den ersten Zug mit Prototypen der automatisierten Bremsprobe. Ziel ist, gemeinsam mit dem Technischen Innovationskreis Schienengüterverkehr Anforderungen an ein genormtes System zu definieren, damit die automatisierte Bremsprobe europaweit eingesetzt werden kann.

Vollautomatische Abdrücklokomotive

Eine Abdrücklokomotive ist eine Rangier- und Verschiebelok, die Güterwagen zu Güterzügen zusammenstellt. Künftig stattet die Bahn Lokomotiven mit Sensortechnik, die die Gleise und das Umfeld überwacht, sowie Leit- und Steuerungstechnik aus, die Antrieb und Bremse regelt. Gemeinsam mit der Technischen Hochschule Nürnberg wurde bereits ein Sensorkasten entwickelt, der wie das "menschliche Auge" mithilfe einer Videokamera, einer Wärmebildkamera, einem Laserscanner und einem Radar das Umfeld wahrnimmt.

Rangierloks sollen künftig autonom fahren. Das Bild zeigt die entsprechende Sensortechnik.
Rangierloks sollen künftig autonom fahren. Das Bild zeigt die entsprechende Sensortechnik.
Foto: Deutsche Bahn

Im Güterbahnhof München-Nord wird die Technologie jetzt bis zur Anwendungsreife weiterentwickelt und getestet. Künftig sollen deutschlandweit bis zu 40 vollautomatische Abdrücklokomotiven auf Rangieranlagen im Einsatz sein.

Digitale Automatische Kupplung (DAK)

Im Schienengüterverkehr werden seit mehr als 100 Jahren fast ausschließlich Schraubenkupplungen verwendet. Um Wagen zu verbinden, legen Mitarbeiter einen 20 kg schweren Bügel auf den Haken des nächsten Wagens. Die Kupplung wird dann durch Drehen an einem Schraubgewinde hinter dem Bügel gespannt. Im Gegensatz dazu verbindet eine Digitale Automatische Kupplung (DAK) Güterwagen automatisch miteinander. Sie stellt ohne Handarbeit eine mechanische Verbindung zwischen den Wagen her und koppelt die Luftleitung für die Bremse.

Mit der Digitalen Automatischen Kupplung (DAK) erfolgt das Ankoppeln schneller und automatisch.
Mit der Digitalen Automatischen Kupplung (DAK) erfolgt das Ankoppeln schneller und automatisch.
Foto: Deutsche Bahn

Die DAK schafft zudem die Voraussetzungen für weitere Automatisierungen wie die Bremsprobe, weil sie erstmals eine stabile Stromversorgung für die Güterwagen sowie Datenleitungen ermöglicht und automatisch miteinander verbindet. Derzeit läuft ein Forschungsprojekt, das vom BMVI mit rund 13 Millionen Euro finanziert wird. Deutschlandweit werden verschiedene Prototypen einer DAK erprobt. Die DB und DB Cargo sind neben fünf weiteren Unternehmen beteiligt. Bereits Ende 2021 soll ein Testzug in Europa unterwegs sein, der mit einer ausgewählten DAK ausgerüstet ist. Ziel ist es, rund 500.000 Güterwagen in ganz Europa mit einer einheitlichen digitalen Kupplungstechnik auszurüsten.

Die intelligente Steuerzentrale

Die Abläufe auf dem Rangierbahnhof selbst werden von einer Software namens YAMATO (Yard Management Tool) gesteuert. Die Software hat DB Cargo gemeinsam mit der Technischen Universität Dresden entwickelt und in München-Nord 2020 erstmals getestet. YAMATO steuert und optimiert dabei in Echtzeit alle Arbeitsschritte von der Einfahrt in den Güterbahnhof bis zur Ausfahrt des neu zusammengestellten Zuges. Basis sind Echtzeitdaten aus dem Betrieb, beispielsweise prognostizierte Ankunftszeiten und Zustandsinformationen über die Güterwagen.