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Im Projekt MONOCAB forscht die HSBI zusammen mit der TH OWL und weiteren Partnern an einem Einschienenfahrzeug, das künftig auf vorhandenen stillgelegten Gleisen den Individualverkehr im ländlichen Raum klimaschonend ergänzen könnte. Die HSBI hat maßgeblich das Fahrwerk entwickelt und arbeitet nun am Rahmen, der Kabine und an der Umsetzvorrichtung für den Spurwechsel.
Bielefeld (hsbi). Es gibt viele Ideen für neue Mobilität. MONOCAB nutzt mit kleinen, leichten und autonomen Schienenfahrzeugen die vorhandene Infrastruktur stillgelegter eingleisiger Eisenbahnstrecken im ländlichen Raum – auf nur einer Schiene, damit auf einem Gleis zwei Fahrzeuge in beide Richtungen gleichzeitig fahren können. Es verbindet damit die bereits vorhandenen Angebote des Öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV) und des Individualverkehrs auf dem Land. Prof. Dr. Rolf Naumann, Projektleiter an der Hochschule Bielefeld (HSBI) und Experte für Bahnverkehr erklärt: „Das batterieelektrisch angetriebene, kreiselstabilisierte MONOCAB ermöglicht zukünftig den Einschienenbetrieb ‚on demand‘ auf stillgelegten Bahngleisen, von denen es in Deutschland etwa 6.000 Kilometer gibt. Das Besondere ist, dass die Kabinen, in denen bis zu sechs Personen Platz finden, auf nur einer Schiene autonom fahren. So können die vorhandenen, in der Regel einspurigen Schienen, in beide Richtungen befahren werden.“
Das Forschungsprojekt MONOCAB ist ein Verbund der Technischen Hochschule (TH) OWL, der HSBI und des Fraunhofer IOSB-INA. Unter der Gesamtprojektleitung von Prof. Dr.-Ing. Thomas Schulte von der TH OWL besteht die aktuelle Herausforderung darin, den Nachweis zu erbringen, dass solche Schienenfahrzeuge sicher, zuverlässig und wirtschaftlich realisierbar sind.
HSBI mit Schwerpunkt Connected Mobility beteiligt
Die Hochschule Bielefeld (HSBI) ist in dem Projekt mit dem Institut für Systemdynamik und Mechatronik (ISyM) im Schwerpunkt Connected Mobility beteiligt. Das ISyM hat langjährige Erfahrung in der Analyse und Beurteilung der Fahrdynamik und Fahrsicherheit von schienengebundenen Fahrzeugen. In der Arbeitsgruppe Schienenfahrzeugtechnik werden in enger Zusammenarbeit mit namhaften Schienenfahrzeugherstellern, Betreibern und dem Eisenbahn‐Bundesamt Projekte durchgeführt.
Im MONOCAB Gesamtprojekt, das bereits seit 2020 läuft, hat das ISyM in der ersten Projektphase maßgeblich ein eigenes Fahrwerk mit besonderem Radprofil entwickelt, das in der aktuellen Projektphase weiterentwickelt wird. Darüber hinaus ist die HSBI an weiteren Komponenten beteiligt, wie Projektleiter Rolf Naumann erläutert: „Wir entwickeln das Fahrwerk weiter und arbeiten am Fahrzeugrahmen und der Kabine. Außerdem sind wir für den Spurwechsel verantwortlich, also wie das MONOCAB von der einen auf die andere Schiene umgesetzt werden kann. Hier sind die Kompetenzen zur Schienenfahrzeugtechnik und insbesondere dem modellbasierten Entwurf und Simulation von Bedeutung und werden durch das ISyM abgedeckt.“ Darüber hinaus unterstützt die HSBI bei der späteren Fahrzeugintegration, also dem „Zusammenbau“ aller Komponenten und der Erprobung und Testung der Fahrzeuge.
MONOCAB-Fahrwerk für Eisenbahngleise
Anders als bei Rädern von Vollbahnen bzw. Zügen, besitzen die Räder beim MONOCAB zwei Spurkränze statt einem. Der zweite Spurkranz ist erforderlich, um auf nur einer Schiene die Spur sicher zu halten. Im Projekt MONOCAB-Schlüsseltechnologien (ST) wird zudem das Fahrwerk weiterentwickelt, sodass einerseits enge Bögen mit Radien kleiner als 25 Meter sowie Weichen durchfahren werden können.
Der wissenschaftliche Mitarbeiter Richard Petkau, der gemeinsam mit Murat Ayvali an der Entwicklung des neuen Fahrwerks arbeitet, erklärt: „Mit Hinblick auf die im MONOCAB verwendeten Doppelspurkranzräder stellt die Weichendurchfahrt eine große Herausforderung dar, da der äußere Spurkranz bei der Weichendurchfahrt mit der abführenden Schiene kollidiert. Hier muss eine technische Lösung entwickelt werden, die eine sichere Weichendurchfahrt ermöglicht, da diese essenziel für den Einsatz der MONOCABs auf stillgelegten Strecken ist.“
Der Fahrzeugrahmen als Pufferzone
Beim Fahrzeugrahmen müssen die Ingenieure, die für die HSBI in dem Projekt arbeiten, den Spagat zwischen Leichtbau und den Anforderungen an die Sicherheit meistern, wie der wissenschaftliche Prof. Naumann erläutert: „Einerseits soll die Konstruktion so leicht wie möglich sein, andererseits muss das Fahrzeug auch sicher sein. Beim MONOCAB trägt der Rahmen hohe Lasten und muss auch Schutz vor Verformung und Torsion, also Verdrehen bieten. Dabei muss der Rahmen so gestaltet sein, dass er die gesamte Technik aufnehmen und in allen Fahrsituationen vor äußeren Einflüssen schützt.“
Kabine in besonderer Bauweise
Prof. Dr. Herbert Funke ist Leichtbauspezialist an der HSBI und im Projekt maßgeblich für die Entwicklung der MONOCAB-Kabine zuständig. Funke: „Die Gestaltung der Kabine prägt das Erscheinungsbild des Fahrzeuges und ist gleichzeitig Sicherheitsstruktur für die Fahrgäste. Außerdem soll die Kabine möglichst leicht sein, damit der Fahrzeugschwerpunkt niedrig bleibt und dadurch die Stabilisierung auch wesentlich besser funktioniert. Die Herausforderung ist dabei, eine Materialkombination zu finden, die allen Sicherheitsanforderungen genügt, aber auch für Prototypen mit geringen Werkzeug- und Vorrichtungskosten ästhetisch gestaltet werden kann.“
Spurwechsel mit Hilfe „von unten“
Das MONOCAB ist asymmetrisch: Wenn man hinter der Kabine steht, ist es zur rechten Seite hin ca. 70 cm breit, zur linken aber nur 50 cm. So wird gewährleistet, dass zwei Bahnen auf dem Gleis aneinander vorbeifahren können. Die Asymmetrie bietet zudem in den Kabinen die nötige Breite, sodass unter anderem auch ein (Elektro-) Rollstuhl darin Platz hat, aber auch ein Fahrrad mitgenommen werden kann.
Da es bei dem vorhandenen Schienennetz keine Wendeschleifen oder ähnliches gibt, lautet die Lösung für den Richtungswechsel des MONOCAB: Einmal umdrehen und aufs andere Gleis heben bitte! An der entsprechenden Umsetzvorrichtung arbeitet ebenfalls die HSBI. Der wissenschaftliche Mitarbeiter Murat Ayvali erklärt, wie das aussehen kann: „Die Vorrichtung befindet sich an den Endpunkten der Strecke in einem Schacht im Gleis. Hier wird die Kabine angehoben, um 180 Grad gedreht und auf das andere Gleis gesetzt.“ Was zunächst relativ einfach klingt, ist in der Praxis sehr anspruchsvoll. Aktuell arbeiten die Ingenieure der HSBI und des Unternehmens Remmert an der Umsetzvorrichtung und der Schnittstelle zur Rahmenkonstruktion.
Fahrzeugintegration und Erprobung
Parallel zu den einzelnen Themen im Projekt arbeitet die HSBI an der Integration aller Komponenten in die Fahrzeuge der 2. Generation. Diese sollen ab Juli 2026 auf der Teststrecke in Extertal erprobt werden. Das MONOCAB wird 2027 Teil der Zukunftsgärten bei der Internationalen Gartenausstellung in Dortmund (IGA) sein. Ab 2028 soll das Fahrzeug in einen größer angelegten Testregelbetrieb in Lippe gehen und auf dem Innovation Campus in Lemgo als Campusbahn fahren.
Weitere Informationen
Das Forschungsprojekt MONOCAB ist ein Verbund der Technischen Hochschule OWL, der HSBI und des Fraunhofer IOSB-INA. Unter der Gesamtprojektleitung von Prof. Dr.-Ing. Thomas Schulte von der TH OWL besteht die aktuelle Herausforderung darin, den Nachweis zu erbringen, dass solche Schienenfahrzeuge sicher, zuverlässig und wirtschaftlich realisierbar sind.
Das Institut für Energieforschung (iFE) der TH OWL ist Konsortialführer des Projektes und arbeitet mit bis zu sechs Mitarbeitern interdisziplinär in Konstruktion, Aerodynamik, Regelungstechnik, Simulation, Antriebstechnik, Leistungselektronik und Steuerungssoftware. Die aktive Einbindung von Studierenden in zahlreichen Teilbereichen ermöglicht praxisnahe Erfahrungen und fördert deren wissenschaftliche Entwicklung.
An der HSBI leitet Prof. Dr. Rolf Naumann das Vorhaben. Das Forschungsprojekt MONOCAB ist im Institut für Systemdynamik und Mechatronik (ISyM) der HSBI angesiedelt. Hier arbeiten aktuell sechs wissenschaftliche Mitarbeiter an der Weiterentwicklung des Fahrwerks, am Fahrzeugrahmen, an der Umsetzvorrichtung sowie an der Kabinenkonstruktion.
Die Forschungsthemen des ISyM orientieren sich grundsätzlich an der Entwicklung von Systemen, die aufgrund ihrer Interaktions-, Adaptations- und Kooperationsfähigkeit in der Lage sind, komplexe Aufgaben effizient und ggf. autonom auszuführen. Interdisziplinäre Ansätze liefern den zentralen Mehrwert bei der Gestaltung nachhaltiger mechatronischer Systeme. Mit den Institutsschwerpunkten Intelligent Systems, Human Mechatronics & Medical Technology sowie Connected Mobility beteiligt sich das ISyM an der Gestaltung zukunftsorientierter Lösungen für Anwendungen im Industrie-, Gesundheits-, und Mobilitätssektor.
MONOCAB ready: Laufzeit November 2024 bis Dezember 2026, finanziert durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr mit 1.513.086€ (Fördersumme HSBI).
MONOCAB Schlüsseltechnologien: Laufzeit Juni 2024 bis November 2026, finanziert durch Zuwendungen des Landes Nordrhein-Westfalen aus Mitteln des EFRE/JTF-Programms NRW, kofinanziert von der Europäischen Union, mit 714.718€ (Fördersumme HSBI).
https://www.hsbi.de/presse/pressemitteilungen/auf-einer-schiene-zum-individuelle... Pressemitteilung auf www.hsbi.de
Das MONOCAB ist asymmetrisch: es ist zur rechten Seite hin ca. 70 cm breit, zur linken aber nur 50 c ...
F. Hüffelmann/HSBI
Prof. Dr. Rolf Naumann ist Experte für Bahnverkehr und leitet das MONOCAB-Projekt an der Hochschule ...
F. Hüffelmann/HSBI
Criteria of this press release:
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Traffic / transport
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Cooperation agreements, Research projects
German
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