mini|Digitale Automatische Kupplung auf der InnoTrans 2024 Die digitale automatische Kupplung (Eigenschreibweise Digitale Automatische Kupplung, DAK oder DAC für engl. Digital automatic coupler) ist eine automatische Mittelpufferkupplung auf Basis der Scharfenbergkupplung Typ 10, die in Europa die nur manuell kuppelbaren Schraubenkupplungen ersetzen soll. Neben mechanischen und pneumatischen Verbindungen können auch Energie- und Datenleitungen automatisch gekuppelt werden.

Dadurch soll eine weitgehende Digitalisierung des Schienengüterverkehrs ermöglicht werden. So können beispielsweise Telematikanwendungen genutzt und gängige Prozesse, wie die Bremsprobe vor Abfahrt eines Zuges, deutlich vereinfacht werden. Durch automatisiertes Rangieren soll die Kapazität von Rangierbahnhöfen um 40 % steigen, und die Verkehrsleistung im Güterverkehr um 70 %.

Die Entwicklung des Kupplungstyp wurde Mitte 2026 im Wesentlichen abgeschlossen. Das gewählte Design ist eine Fortentwicklung der Voith CargoFlex, die ab 2017 für die Schweizerischen Bundesbahnen entworfen wurde. Hybrid-Kupplungen der DAK lassen sich hochklappen und legen eine Schraubenkupplung frei. Der Pilotbetrieb im grenzübergreifenden kommerziellen Einsatz startet 2027 (PioDAC Pioneer DAC Trains). Bis 2029 werden Richtlinien zur seriellen Umrüstung erstellt, die bei einem möglichen Beginn 2031 bis 2036 abgeschlossen werden soll.

Allgemeines Hintergrund Die sich in Europa vollziehende Transformation der Wirtschaftsstruktur – der Übergang von einer Industrie- zu einer Dienstleistungsgesellschaft, deren Fokus auf Handel, Dienstleistungen und E-Commerce liegt – zeitigt einen Güterstruktureffekt, der den Transportmarkt des Schienengüterverkehrs maßgeblich beeinflusst. Es ist festzustellen, dass sich auch das Umfeld des Schienengüterverkehrs signifikant wandelt. Es ist eine hohe Innovationsgeschwindigkeit im Straßenverkehr zu beobachten, die Schieneninfrastruktur ist stark ausgelastet, der demografische Wandel und verändernde Berufsanforderungen stellen Herausforderungen dar. Externe Faktoren wie hoher Margendruck und interne Faktoren wie hohe Fixkosten, insbesondere im Einzelwagenverkehr, üben zusätzlichen Druck aus. Die Brache ist deshalb seit Mitte der 2010er Jahre bestrebt, den Schienengüterverkehr zu automatisieren und zu digitalisieren.

Ein Kernprojekt ist die Einführung der digitalen automatischen Kupplung, um sogenannte „intelligente Güterwagen“ zu einem sogenannten „intelligenten Zug“ vernetzten zu können.

Funktionsstufen

Bei automatischen Kupplungen werden verschiedene, aufeinander aufbauende Funktionsstufen (engl. functional level, FL) unterschieden:

FL 1: Automatische mechanische Kupplung, eine manuelle Entkupplung ist möglich FL 2: FL 1 plus die automatische Verbindung der pneumatischen Verbindungen FL 3: FL 2 plus die automatische Verbindung der elektrischen Stromversorgung FL 4: FL 3 plus die automatische Verbindung von Datenverbindungen FL 5: FL 4 plus die Möglichkeit einer automatischen Entkupplung

Die bisherige Schraubenkupplung bietet keine Automatisierung, während schon die SA3-Kupplung mechanisch einrasten konnte und Funktionsstufe 1 abbildet. Wenn bei Funktionsstufe 3 die elektropneumatische Bremse verbunden wird, bezeichnet man das als DAK-3. Nach Vorhandensein und Kuppeln des Kontaktaufsatzes für digitale Verbindungen kommt man zu DAK-4. Wenn auch entferntes Entkuppeln möglich ist, bezeichnet man das als DAK-5. Ein Rollout ist mit Funktionsstufe DAK-4 möglich, wobei die Kupplungsköpfe für ein Update auf Funktionsstufe DAK-5 vorbereitet sein sollen.

Nutzen Die digitale automatischen Kupplung ermöglicht verschiedene Nutzenpotentiale für den Schienengüterverkehr:

Nutzen für Eisenbahninfrastrukturunternehmen: Erhöhung der Trassenkapazitäten durch längere, schwerere und schnellere Züge Erhöhung der Kapazitäten von Rangierbahnhöfen durch schnellere Betriebsprozesse Zugintegritätsüberwachung als Voraussetzung für ETCS Level 3 Erhöhung der Entgleisungssicherheit Nutzen für Eisenbahnverkehrsunternehmen: Reduzierung des Rangieraufwands Längere, schwerere und schnellere Züge Erhöhung der Systemgeschwindigkeit Automatisierung von Betriebsprozessen, wie beispielsweise die Bremsprobe, Erfassung der Wagenreihung, wagentechnischen Untersuchung Erhöhung der Arbeitssicherheit beim Rangieren Erhöhung der Entgleisungssicherheit Reduzierung der Lärmemissionen Höhere Rekuperation Nutzen für Wagenhalter: Reduzierung des Instandhaltungsaufwands für Radsätze und Puffer Erhöhung der Wagenverfügbarkeit durch prädiktive Instandhaltung Erhöhung der Entgleisungssicherheit Reduzierung der Lärmemissionen Nutzen für Verlader: Höhere Zuladung je Wagen/Zug Steigerung Attraktivität des Schienengüterverkehrs durch Telematik und Automatisierung Arbeitssicherheit Rangieren im Gleisanschluss

Soll es ermöglicht werden Betriebsprozesse, wie beispielsweise die Bremsprobe zu automatisieren, aber auch mithilfe von Sensoren Informationen über den Zustand von Ladung und Wagen zu sammeln und online nachzuverfolgen.Sebastian Schrader: Test von Digitalen Automatischen Kupplungen im Güterverkehr. In: Schweizer Eisenbahn-Revue, Nr. 11/2020, S. 582–584. Sind die Güterwagen zusätzlich mit einer elektropneumatischen Bremse ausgerüstet, können die Güterzüge in Bremsstellung P mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h verkehren und somit eine Beschleunigung des Schienengüterverkehrs zu ermöglichen.

Durch die Automatisierung der Bremsprobe ergibt sich ein Zeitgewinn von 30 Minuten und die Kapazität der Zugbildungsanlagen erhöht sich um 40 Prozent. Die durch die DAK ermöglichte elektronische Zugvollständigkeitskontrolle ist eine Grundvoraussetzung für die Einführung von ETCS Level 3. Sie gilt ebenfalls als Voraussetzung für anzeigegeführtes Rangieren in ETCS, in der Betriebsart Supervised Manoeuvre, womit ortsfeste Rangiersignale entfallen können.

Kosten Die Umrüstungskosten eines einzelnen Güterwagens wurden 2022 auf 15 000 Euro bis zirka 20 000 Euro geschätzt. Die wesentlichen Kosten entstehen dabei nicht durch die Umrüstung auf Mittelpufferkupplung, sondern durch den Einbau elektrischer und digitaler Leitungen, sowie von Automatisierungskomponenten für die Bremsprobe, Zugvollständigkeitskontrolle und gegebenenfalls Entkupplung. Sollten alle europäischen Normalspurgüterwagen und Güterzuglokomotiven – die BMVI-Studie rechnet mit 490 000 Güterwagen und 17 000 Triebfahrzeugen – umgerüstet werden, ist mit Kosten von 6,4 bis 8,6 Milliarden Euro (Stand 2022) zu rechnen. Dem stehen geschätzt 760 Millionen Euro pro Jahr an finanziellem Nutzen gegenüber.

Herausforderungen Zum Ende der Phase II der DAC4EU Tests hatte die DAK ihre Serientauglichkeit noch nicht erreicht. Zwei Prozent der Kupplungsvorgänge funktionierten 2022 nicht; es wird eine Zuverlässigkeit von 99,999 Prozent wie bei der Schraubenkupplung angestrebt. Die Spannung von 110 Volt reichte für die Stromversorgung langer Güterzüge nicht aus und wurde in weiteren Tests auf 400 Volt erhöht. Für die Zugbildung am Ablaufberg sollte die DAK schon bei der Bergauffahrt gelöst werden können, ohne dass eine Wiederverriegelung eintritt.

Kritik Kritiker hegen Zweifel, ob sich die Kosten der Einführung der DAK durch die betrieblichen Einsparungen amortisieren lassen. Es gibt auch andere Projekte, durch Automatisierung dem betrieblichen Risiko des Personalmangels entgegenzuwirken (bis 2030 gehen 50 Prozent der Beschäftigten im operativen Betrieb in den Ruhestand).

Unklar ist die zentrale Einleitung der Zug- und Druckkräfte der DAK in die Fahrzeugrahmen. Nachdem in den 1980er Jahren die Einführung der UIC-Mittelpufferkupplung gescheitert war, gab man bei der konstruktiven Auslegung neuer Fahrzeuge die zentrale Einleitung der Kräfte in den Rahmen auf. Die noch entsprechend vorbereiteten Fahrzeuge stehen vor der Ausmusterung. Einen hohen Aufwand wird zudem während der Umstellungszeit der Mischbetrieb der beiden nicht kompatiblen Kupplungsbauarten verursachen. Wagen mit digitalen automatischen Kupplungen und Wagen mit Schraubenkupplung müssen, wenn keine preisgünstigen und einfach zu bedienenden Übergangskupplungen wie die Gemischtkupplung für Kupplungen mit Willison-Profil zur Verfügung stehen, in den Zugbildungsbahnhöfen rangiertechnisch unabhängig voneinander behandelt und in den Zügen mit Kuppelwagen gemeinsam befördert werden.

Kritisiert wird auch, dass von der Einführung der digitalen automatischen Kupplung insbesondere Eisenbahnverkehrsunternehmen im Einzelwagenverkehr profitieren würden. Eisenbahnverkehrsunternehmen, die überwiegend Ganzzugverkehr betreiben, würden hingegen weniger profitieren. Die DB Cargo, bei der 40 % der Transportleistung aus Einzelwagenverkehr besteht, gibt diesen Bereich als den wesentlichen Verlustbringer an. Private Betreiber haben sich großteils ganz zurückgezogen.

Geschichte

Vorgeschichte Im 20. Jahrhundert wurde mehrfach versucht eine automatische Kupplung in Europa einzuführen. Diese Versuche scheiterten doch aufgrund der hohen Kosten bei der flächendeckenden Einführung.

Bis Mitte 2017 rüstete SBB Cargo in Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern den sogenannten «5L»-Demonstratorzug mit automatischen Mittelpufferkupplungen vom Typ Scharfenberg aus. «5L» steht dabei für Leise, Leicht, Laufstark, Logistikfähig und Life Cycle Cost-Orientiert. Der Demonstratorzug bestand aus insgesamt 16 Wagen und es wurden automatische Kupplung mit Funktionslevel 2 eingesetzt. Die Erprobung war für insgesamt vier Jahre angesetzt. Die 2019 demonstrierte Voith CargoFlex, die in diesem Projekt entstand, wies schon vollautomatisches Kuppeln/Entkuppeln auf, sowie die Möglichkeit zum Hochklappen, jedoch noch keinen Kontaktaufsatz für die elektrischen und digitalen Verbindungen.

Im Rahmen des 2016 gestarteten Bundesverkehrsministerium (BMVI)-Projekt „Innovativer Güterwagen“ wurden bis März 2018 von einer Arbeitsgemeinschaft bestehend aus DB Cargo und VTG drei Bestandsgüterwagen auf automatische Kupplung zu Erprobungszwecken umgerüstet. Dabei kamen automatische Kupplungen vom Typ Scharfenberg und vom Typ Schwab zum Einsatz, die für den Güterverkehrs adaptiert worden waren. Im Rahmen des Forschungsprojekts waren die Güterwagen über einen Zeitraum von 12 Monaten in Betrieb. Das Forschungsprojekt wurde Mitte April 2019 beendet.

Forschung und Erprobung Im Mai 2019 schrieb das BMVI eine Untersuchung von Migrationskonzepten für die automatische Kupplung aus. Ziel des Gutachtens sollte sein, ein Konzept für die EU-weite Migration eines Digitalen Automatischen Kupplungssystems (DAK) für den Schienengüterverkehr zu erarbeiten. Am 29. Juni 2020 wurde die von hwh Gesellschaft für Transport- und Unternehmensberatung mbH u. a. zusammen der Technischen Universität Berlin und der Technischen Universität Dresden erstellten Studie vorgestellt. Das in der Studie erarbeitete Migrationskonzept beinhaltet den Umrüstungsbedarf von Güterwagen und Triebfahrzeugen sowie die Kosten- und Nutzenabschätzung einer DAK. Es wird gezeigt, dass die Migrationsdauer einen großen Einfluss auf die Amortisationszeit hat. Des Weiteren werden die Herausforderungen für die Migration einer DAK in den Bereichen Technik, Betrieb, Finanzen, Politik, Sektor SGV, Industrie und Personal aufgezeigt. Darüber hinaus wird ein Organisationsmodell für den Rollout sowie ein Finanzierungs- und Kostenverteilungsmodell vorgestellt. Die Studie betont die Notwendigkeit einer EU-weiten Koordination und eines Förderprogramms zur Unterstützung der Migration. Es wird vorgeschlagen, frühzeitig einen DAK-Standard zu etablieren und die Produktions- und Werkstattkapazitäten entsprechend auszubauen.

mini|Testwagen bei der SBB Cargo