Hogeschool Luzern wil spoorvrachtvervoer revolutioneren

Gegevens verzenden via stroomkabel: HSLU-onderzoekers hebben deze methode bruikbaar gemaakt voor de koppeling van goederentreinen. Hiermee moet het goederenvervoer per spoor sneller en veiliger worden. Momenteel loopt er een pilotproject dat in heel Europa aandacht krijgt.

(Luzern/Wildegg) Maandagochtend in het kanton Aargau. De gasten in het stationbuffet van Wildegg vermoeden niet dat er net een futuristische trein voorbijrijdt. Want op het eerste gezicht is het een onopvallende goederentrein. Je ziet niet dat hij bij vakgenoten in heel Europa interesse wekt. Op de eerste wagon prijkt groot het logo «DAC+». De treincompositie rijdt langzaam naar een opstelspoor, direct naast het imposante industriegebied van de bouwmaterialenfabrikant Jura Cement. Hier wil een internationaal onderzoeksteam met de trein enkele testmanoeuvres uitvoeren, want de zes wagons zijn uitgerust met een nieuw koppelsysteem dat ooit het goederenvervoer per spoor zou kunnen revolutioneren.

Digitale koppeling in plaats van verouderde techniek

Technisch gezien heeft het spoorweggoederenvervoer in de afgelopen honderd jaar nauwelijks vooruitgang geboekt. Tot op heden verlopen de werkprocessen grotendeels handmatig. Het koppelen van de goederenwagons is zwaar lichamelijk werk dat bij weer en wind buiten plaatsvindt. En dat is nog niet alles: Voor elke vertrek van een goederentrein moeten een of twee medewerkers elke enkele rem met de hand controleren, omdat er geen digitaal informatiesysteem is. Afhankelijk van de lengte van de trein betekent dit een lange wandeling. Vanuit zakelijk oogpunt kost dit tijd en geld.

Maar niet alleen bij de ritvoorbereiding maakt dit ontbrekende informatiesysteem zich nadelig bemerkbaar. Ook tijdens de rit zou het nuttige functies mogelijk maken. Zo kan men bijvoorbeeld vanuit de cabine niet controleren of de trein nog compleet is. Daarom moeten volgende treinen een grote veiligheidsafstand aanhouden, wat gevolgen heeft voor het gehele treinverkeer. In heel Europa zijn er daarom inspanningen gaande om het spoorweggoederenvervoer te moderniseren. SBB-Cargo behoort met de «DAC+» tot de pioniers. Het pilotproject loopt sinds februari 2023. De afkorting staat voor Digitale Automatische Koppeling. Deze moet zonder handmatige arbeid van rangeerpersoneel een mechanische verbinding tussen de wagons tot stand brengen. Tegelijkertijd moet de DAC+ ook de luchtleiding voor het persluchtrem systeem en een stroomleiding aan elkaar koppelen; ook dit gebeurt automatisch.

Nationaal project met Europese impact

Vereenvoudigd gezegd bestaat de koppeling van de toekomst uit twee basiscomponenten: De basis vormt de massieve koppelingkop, waarmee de wagons verbonden en getrokken worden. Daarbovenop wordt een elektronische koppeling geïnstalleerd. Deze kan verschillende informatie over de toestand van de wagons en de remmen naar de cabine van de trein verzenden, in de toekomst kunnen er meer applicaties bijkomen. Het nieuwe koppelsysteem moet bovendien zo worden ontworpen dat de treinen grensoverschrijdend kunnen rijden en wagons van verschillende landen aan elkaar gekoppeld kunnen worden.

Een eerste voorbeslissing is op Europees niveau al gevallen: In januari 2021 heeft het «European DAC Delivery Programme» (EDDP) het type van de toekomstige koppelingkop gekozen: het zogenaamde Scharfenberg-systeem. SBB Cargo heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan deze politieke koerswijziging: Het bedrijf heeft de Scharfenberg-koppelingkop in een lange pilotfase samen met het machinebouwbedrijf Voith ontwikkeld, getest en in 2019 als eerste spoorwegoperator in Europa in gebruik genomen.

In de komende maanden gaat het erom op Europees niveau de technologie voor de gegevensoverdracht te definiëren. Experts van het Instituut voor Elektrotechniek van de Hochschule Luzern hebben een methode bruikbaar gemaakt waarbij er voor de communicatiedata geen eigen kabel nodig is, omdat deze via stroomkabels worden verzonden. «Dat betekent: minder kabels, minder contactpunten en daarmee ook minder aanvalsoppervlak voor uitval of storingen», zegt Gerd Dietrich, wetenschappelijk medewerker van de HSLU. In vliegtuigen wordt de techniek al getest, nu moet ze het spoorweggoederenvervoer revolutioneren.

Werkt de gegevensoverdracht in de bocht?

Terug naar Wildegg in Aargau: De wagons van de pilot trein DAC+ zijn al uitgerust met de nieuwe DAC-koppelingkoppen. Daarbovenop zijn de prototypes van de elektrische koppeling geïnstalleerd. De elektronische componenten van deze koppeling zijn op het eerste gezicht niet zichtbaar. Ze bevinden zich goed beschermd onder een zwarte plastic membraan. Gerd Dietrich, wetenschappelijk medewerker van de HSLU, tilt deze kort met de hand op en legt uit: «De gegevensoverdracht via stroomkabel heeft het extra voordeel dat deze zeer robuust is en ook bij korte contactonderbrekingen foutloos functioneert.» In een goederentrein, die tijdens de rit altijd een beetje trilt en zich moet aanpassen aan de bochten, is dit een groot voordeel.

Goed gelabeld wordt de nieuwe koppeling momenteel op verschillende locaties in Zwitserland getest.

Momenteel zijn er in heel Europa nog twee technieken in de race die voor de gegevensoverdracht in goederentreinen kunnen dienen. Welke uiteindelijk de race zal winnen, is op dit moment nog onzeker. Momenteel heeft de Power-Line-Communicatie-techniek van de HSLU de voorsprong, want met het andere systeem – het zogenaamde Single-Pair Ethernet – zijn er tot nu toe slechts enkele voorlopige veldproeven uitgevoerd. De gegevensoverdracht via stroomkabel wordt nu een heel jaar lang op de pilot trein DAC+ op de proef gesteld. In Wildegg staan vandaag onder andere ritten in scherpe bochten, automatisch koppelen en automatische remcontroles op het programma. De weg van prototype naar marktintroductie is echter nog lang en brengt enorme uitdagingen met zich mee. Een lege goederenwagon weegt 20 ton, bij het koppelen wordt dit gewicht tot 12 kilometer per uur versneld. Dit leidt tot hoge belastingkrachten, waaronder de contacten betrouwbaar moeten functioneren.

Procesoptimalisatie en tijdsbesparing

Toch: De hoop die in de digitalisering van het spoorweggoederenvervoer wordt gesteld, is groot. Momenteel staan de spoorwegoperators onder druk door een acuut personeelstekort. Geautomatiseerde treinfuncties zouden de werkprocessen aanzienlijk kunnen vereenvoudigen en bijdragen aan tijdsbesparingen – van op afstand ontkoppelen, betere monitoring tijdens de rit tot gerichter onderhoud, omdat men op basis van de gegevenskwaliteit de slijtage kan vaststellen.

Het rommelt en knalt. Machinist Alexander Gyger heeft de motorwagen van de pilot trein met behulp van een afstandsbediening in beweging gezet en langzaam op twee losgekoppelde goederenwagens laten rijden. Een kort sissen, Gerd Dietrich werpt een blik op de koppeling. Perfect. Het pneumatische remsysteem heeft zich automatisch verbonden, ook de elektronische gegevensoverdracht werkt. Bij elk van de in totaal zes wagons wordt de manoeuvre herhaald. Dan is het tijd om te vertrekken, want de trein moet nog de testritten op langere bochten maken. Het dienstregime in Zwitserland is druk, de sporen zijn slechts voor een kort tijdsvenster beschikbaar. Ondertussen genieten de gasten in het stationbuffet van hun koffie, waarvan de bonen in de toekomst misschien door goederentreinen met PLC-koppeling worden geleverd.

Het internationale consortium dat deze pilot trein heeft ontwikkeld, bestaat uit SBB Cargo en het competentiecentrum Intelligent Sensors and Networks van de Hochschule Luzern, de bedrijven Voith, PJM en plc-tec, een spin-off van de HSLU. Het ambitieuze project wordt ondersteund door het Federaal Bureau voor Vervoer (BAV).

Foto’s: © HSLU