mini|Das Monocab „Thusnelda“ während einer Demonstrationsfahrt in Bösingfeld (April 2023)
Monocab (Eigenschreibweise MONOCAB, von , und ) ist ein zu Entwicklung einer elektrisch motorisierten, selbstfahrenden Einschienenbahn, die auf konventionellen Eisenbahnschienen fährt.
Das durch Gyroskope stabilisierte Fahrzeug wird seit 2020 entwickelt. Die ursprüngliche Idee stammt vom Verein Landeseisenbahn Lippe.
Ein Monocab-Demonstrator absolvierte im Oktober 2022 eine erste Testfahrt mit Gästen. Ein regelmäßiger Testbetrieb ist für 2028 vorgesehen.Bericht anlässlich der Subventionierung des MonoCab-Projekts durch den Bund aus der Lippischen Landes-Zeitung vom 17. November 2023. (Zuletzt abgerufen am 5. Dezember 2023.)
Forschungsprojekt Die Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe in Lemgo ist Trägerin des Monocab-Forschungsprojekts. Thomas Schulte, Dekan im Fachbereich Elektrotechnik und Technische Informatik der TH, ist der Projektleiter. Weitere Forschungspartner sind die Hochschule Bielefeld und das Fraunhofer IOSB-INA.Thomas Schulte als Projektleiter auf der Website von MONOCAB OWL. (Zuletzt abgerufen am 20. März 2023.)Bericht anlässlich des Starts des Forschungsprojekts MONOCAB OWL aus dem OWL-Journal vom September 2020. (Zuletzt abgerufen am 13. März 2023.)
Das Projekt begann seine Arbeit offiziell im September 2020 mit dem Erhalt des Förderbescheids und der Erstellung eines Systemkonzepts.Vorstellung des MONOCAB auf der Website von UrbanLand OWL. (Zuletzt abgerufen am 24. März 2023.)Bericht über das MONOCAB anlässlich des Projektbeginns aus dem Westfalen-Blatt vom September 2020. (Zuletzt abgerufen am 24. März 2023.)Informationsseite der AG Koordination des Forschungsprojekts auf der offiziellen Website von MONOCAB OWL. (Zuletzt abgerufen am 22. März 2023.) Diesem steht ein Budget von 3.996.080 Euro zur Verfügung. Davon stammen 1.598.432 Euro vom Land Nordrhein-Westfalen sowie 1.998.040 Euro vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).Infos zu MONOCAB OWL auf der Website des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung NRW. (Zuletzt abgerufen am 1. März 2023.)Bericht der OWL GmbH zur Demonstrationsfahrt des MONOCAB im Oktober 2022. (Zuletzt abgerufen am 20. März 2023.)
Zu den Unterstützern gehören u. a. der Kreis Lippe, die VBE, die Deutsche Bahn, die OstWestfalenLippe Gesellschaft zur Förderung der Region, Lippe mobil, NWL, der VVOWL sowie verschiedene Unternehmen.Liste mit Unterstützern des Forschungsprojekts auf der offiziellen Website von MONOCAB OWL. (Zuletzt abgerufen am 4. März 2023.)
Hintergrund Die Idee für das Monocab stammt von Thorsten Försterling vom Verein Landeseisenbahn Lippe (LEL). Als Teil der Verkehrswende sollen vorhandene Schienensysteme zur Individualisierung des Verkehrsangebots auf dem Lande genutzt werden.Bericht über die MONOCAB-Idee bei Deutschlandfunk Nova im Dezember 2018. (Zuletzt abgerufen am 28. März 2023.)
Das Konzept basiert teilweise auf historischen Vorbildern – der 1907 getesteten Einschienenbahn nach Louis Brennan, der 1909 vom Verleger August Scherl ausgearbeiteten Denkschrift über ein Schienensystem auf Basis solcher Züge oder dem „Monocar“ des russischen Adligen und Juristen Pjotr Schilowski von 1913.Cleveland Moffet, The Edge of the Future in Science. Transportation and the Gyroscope. Louis Brennan’s Mono-Rail Car. In: McClure’s Magazine, Vol. 30, 1907, pp. 163 – 173.Pitch zum Projekt Blue Sky auf der Website von Smart Railway OWL. (Zuletzt abgerufen am 22. März 2023.)
Monocab OWL gehört zur UrbanLand-Strategie der REGIONALEN 2022:Pressebericht des Verkehrsministeriums NRW über das MONOCAB-Projekt anlässlich der Übergabe des Förderbescheids im September 2020. (Zuletzt abgerufen am 13. März 2023.) Bei dieser hatte der LEL schon 2018 das Monocab unter dem Titel „Blue Sky“ als Teil des Projektportfolios Smart Railway OWL vorgestellt. Dieses sollte neue vernetzte, autonome Mobilitätsangebote für den Schienen- und Straßenverkehr entwickeln. Hierzu gehörte auch „AutoBAHN“ von der Technischen Hochschule OWL: Es beschäftigte sich mit dem autonomen Schienenverkehr. Die Projekte wurden später kombiniert.Erläuterungen zum Projekt AutoBAHN auf der Website Move In OWL. (Zuletzt abgerufen am 19. März 2023.)Erläuterungen zu den Anfängen des Projekts auf der offiziellen Website von MONOCAB OWL. (Zuletzt abgerufen am 19. März 2023.)
Simulationen und Testphase Die Ergebnisse der Forschungsreihen sind mithilfe verschiedener Computersimulationen (darunter HIL-Simulationen) getestet und im Vorfeld der Praxistests auf mögliche Probleme, aber auch zur genaueren Abmessung der Bau- und Funktionselemente hin mathematisch überprüft worden. Gearbeitet wurde sowohl mit basalen analytischen Modellen (Modellierung des Gesamtsystems nach dem Lagrangeschen Formalismus zur Berechnung der kinetischen und potenziellen Energien) wie auch numerischen Mehrkörpermodellen (zur Simulation der Kinematik).Informationsseite der AG Gesamtmodell auf der offiziellen Website von MONOCAB OWL. (Zuletzt abgerufen am 16. März 2023.)Martin Griese, Fabian Kottmeier, Thomas Schulte, Vertical Control of a Self-stabilizing Monorail Vehicle. In: IECON 2021. 47th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IEEE, 2021, pp. 1 – 6.Martin Griese, Seyed Davood Mousavi, Thomas Schulte, Modeling the Vertical Dynamics of a Self-stabilizing Monorail Vehicle. In: ICCMA 2021. 9th International Conference on Control, Mechatronics and Automation. IEEE, 2021, pp. 205 – 210.Martin Griese, Seyed Davood Mousavi, Thomas Schulte, HIL Simulation of a Self-stabilizing Monorail Vehicle. In: IECON 2022. 48th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IEEE, 2022, pp. 1 – 6.
Eine Halle in Dörentrup-Humfeld stand den Wissenschaftlern für die Montage und Konstruktion der Fahrzeugkomponenten zur Verfügung. Im BegaPark konnte für erste Versuche ein 30 Meter langes Testgleis genutzt werden.Angaben zur Teststrecke auf der offiziellen Website von MONOCAB OWL. (Zuletzt abgerufen am 19. März 2023.)
Als Teststrecke wurde ein zwei Kilometer langer stillgelegter Streckenabschnitt der Extertalbahn zwischen Bösingfeld und Rinteln ausgewählt.Offizielle Homepage von MONOCAB OWL. (Zuletzt abgerufen am 1. März 2023.)Bekanntgabe des Kreises Lippe anlässlich der Resolution vom März 2022 zum Verbleib des Monocab-Projekts in Lippe. (Zuletzt abgerufen am 12. März 2023.)
Technik Beim Monocab handelt es sich um eine Einschienenbahn, die mithilfe eines von Sensoren unterstützten und von mehreren Elektromotoren angetriebenen zweifachen Kreiselsystems und des hierdurch erzielten Effekts der Drehimpulserhaltung eine aktive Lageregelung erzielt. Spätere Zielsetzung ist, dass es als autonomes Fahrzeug auf herkömmlichen Schienen im Begegnungsverkehr eingesetzt werden kann. Es soll im on-demand Betrieb oder im ständigen Ablauf (nach dem Paternoster-Prinzip) aneinander vorbeifahren.Allgemeine Informationen zum MONOCAB auf der offiziellen Website von MONOCAB OWL. (Zuletzt abgerufen am 15. März 2023.)Informationen zum MONOCAB und zum Projekt „5G SIMONE“ auf der Website der Firma biqx GmbH. (Zuletzt abgerufen am 17. März 2023.)Blog-Beitrag von Thorsten Försterling zum MONOCAB auf der Website des Kompetenznetzwerks automatisierte und vernetzte Mobilität innocam.NRW vom März 2022. (Zuletzt abgerufen am 15. März 2023.)
Das Fahrzeug misst 1,20 Meter Breite sowie 5,25 Meter Länge. Die Kabine ist aufgrund ihrer Beschaffenheit und Breite von über einem Meter als Einschienenbahn asymmetrisch auf der Längsachse ausgerichtet. Sie soll vier bis sechs Personen Platz bieten und wird nach inklusiven Grundsätzen gestaltet, um bspw. auch den Anforderungen von Rollstuhl- und Fahrradfahrern gerecht zu werden. Die Türen sind 1,50 m breit, wobei ihr unterer Teil den Bahnsteig herunterklappt und hierdurch zugleich als Rampe für Rollstühle fungiert.
Beim Designkonzept wurde auf den Einsatz recycelbarer und aus nachwachsenden Ressourcen gewonnener Materialien geachtet. So soll die Außenhülle der Kabine aus NFK-Naturfaserverbundstoffen (Flachsfasern kombiniert mit Naturharzen sowie Kork als Dämpfer und Stabilisator) bestehen. Für die Innenarchitektur wird auf Kork, Holz, Cellulose, Naturtextilien und recycelte Kunststoffe zurückgegriffen. Flexible Sitzgelegenheiten und Funktionselemente sollen aus Formsperrholz, die Innenverkleidungen aus einem CNC-bearbeiteten Echtholzfurnierkomposit gestaltet werden.
Das Monocab kann eine Geschwindigkeit von bis zu 70 km/h erreichen.Bericht über den OWL-Stand und das MONOCAB auf der Hannover-Messe in der Neuen Westfälischen vom 21. April 2023. (Zuletzt abgerufen am 24. April 2023.)
Stabilisierungssystem Für das Monocab wurde ein Stabilisierungssystem entwickelt, das aus drei Teilen besteht: Primär gleichen zwei elektronisch angetriebene Kreisel dynamische Störungen aus, denen als sekundäres Stabilisierungselement ein etwa 600 kg schweres, hauptsächlich aus Blei bestehendes Gewicht als Verschiebemasse beigefügt ist, mit dessen Hilfe stationäre Störungen kompensiert werden können. Der Drehimpuls der Gyroskope kann im Extremfall längere Zeit erhalten bleiben, um das Umstürzen zu verhindern, sollte ein totaler Versorgungsausfall auftreten. Als zuletzt greifende Notfallmaßnahme dient ein tertiäres, optionales Stabilisierungssystem: vier elektrische Stützen. Diese können ansonsten zum Parken des Fahrzeugs ausgefahren werden.Infoseite der AG Stabilisierung auf der offiziellen Website von MONOCAB OWL. (Zuletzt abgerufen am 14. März 2023.)
Die Kreisel wiegen jeweils ca. 250 kg und rotieren mit einer Geschwindigkeit von 4800 Umdrehungen pro Minute.
Beim Zusammenspiel zwischen Stabilisierung, Fahrwerk und Kabinenaufbau sei der Faktor Gewicht und der damit verbundene statische Ausgleich des Fahrzeugschwerpunkts laut den Entwicklern ein Kernproblem gewesen. Aus dem asymmetrischen Gesamtdesign resultierte so die Notwendigkeit alle schweren Komponenten auf die schmale Gleisinnenseite zu platzieren.Artikel über die Besichtigung der Testwerkstatt von MONOCAB OWL durch die Lippische Gesellschaft für Politik und Zeitgeschichte aus der Lippischen Landes-Zeitung vom November 2022. (Zuletzt abgerufen am 28. Februar 2023.)
Bei der Stabilisierungstechnik ist ein Sensorsystem eingerichtet worden, bei dem u. a. IMU-Sensoren (zur Drehraten- und Beschleunigungsbestimmung) Informationen an redundant ausgeführte Steuergeräte übermitteln. Der Einbau zweier solcher Apparaturen (zusammen mit einer ebenfalls redundanten Sensorik) zur Steuerung der Maschine soll mehr Sicherheit beim autonomen Fahren bieten: Da beide dieselben Funktionen und Aufgaben (Steuerung der Aktoren, Überwachung der Regelungs- und Steuerungstechnik, Auswertung der Sensoren) wahrnehmen, kann das Monocab auch nach dem Ausfall eines der Geräte oder der Sensoren ungehindert weiterfahren.
Digitale Ausstattung Für die digitale Ausstattung des Monocab verantwortlich zeichnet die gemeinsame Arbeit des Fraunhofer IOSB-INA, der biqx GmbH, der DB-Systemtechnik GmbH, der TH OWL, der T-Systems International GmbH sowie der Wireless.Consulting GmbH im Kontext des Projekts „5G SIMONE“ (steht für: „sicher.mobil.vernetzt.“ mit 5G). Die aus diesem eigenständigen Nebenprojekt gewonnenen Ergebnisse fließen bei der Kommunikationsinfrastruktur der Maschine mit ein und gewährleisten das autonome Fahren (vor allem beim sogenannten Platooning).Bericht zur MONOCAB-Demonstration und zu ersten Ergebnissen von 5G SIMONE im Fachmagazin für Internationales Verkehrswesen vom Oktober 2022. (Zuletzt abgerufen am 4. März 2023.)Vorstellung des Forschungsprojekts 5G SIMONE auf der Website der Wireless.Consulting GmbH. (Zuletzt abgerufen am 15. März 2023.)