Aus Analog wird Digital: Alte Lokomotiven mit moderner Touch-Steuerung

Im Zeitalter von Smartphones und IoT (Internet of Things) wirkt der Führerstand einer deutschen Einheitslok ziemlich antiquiert. Hebel, Schalter, Knöpfe – analog durch und durch. Doch die Loks gehören nicht zum alten Eisen. Noch immer werden sie wirtschaftlich im Güterverkehr eingesetzt, auch wenn sie die typische Lebensdauer einer Lokomotive, man spricht von 30 Jahren, längst überschritten haben.

Auch altes Rollmaterial muss moderne Sicherheitsanforderungen erfüllen. Zudem sind alte Loks für den wirtschaftlichen Betrieb um neue Funktionen zu ergänzen. Alt und Neu zu kombinieren, das ist eine Herausforderung. Ein Unternehmen, das sich damit auskennt, ist das Nürnberger Unternehmen AAIT (Angewandte Anlagen- und Industrietechnik). Dieses hat bei einem aktuellen Projekt moderne Touch-Technologie in den Führerstand von deutschen Einheitsloks integriert und damit deren Lebensdauer um weitere 15 Jahre verlängert.

Vom Forschungsunternehmen zum Gesamtanbieter

Das Unternehmen AAIT wurde 2006 gegründet. Ursprünglich im Forschungsbereich tätig und hauptsächlich in Förderprojekte von Hochschulen involviert, hat sich das Unternehmen schnell zum Gesamtanbieter für Schaltungs- und Steuerungstechnik hauptsächlich im Bahnbereich entwickelt.

Das wichtigste Standbein von AAIT ist die Komplettmodernisierung von Elektro- und Dieselloks. Mögliche Modernisierungen sind die Integration einer Funkfern- oder Doppeltraktionssteuerung. Auch Ferndiagnosesysteme, Zugsicherungssysteme sowie Sicherheits- oder Überwachungssteuerungen rüstet AAIT nach. Der Kundenstamm des Unternehmens setzt sich hauptsächlich aus Eisenbahnverkehrsunternehmen (EVUs) zusammen. Jürgen Weber, Geschäftsführer von AAIT sagt: "Mittlerweile haben wir durch Mund-zu-Mund-Propaganda eine hohe Bekanntheit bei den EVUs erlangt." Entsprechend habe AAIT bereits deutschlandweit Projekte realisiert, so Weber.

AAIT bietet ihren Kunden Komplettsysteme. Neben dem Engineering kümmert sich das Unternehmen auch um den Schaltschrankbau. Zudem entwickelt AAIT die passende Software für ihre Systeme. Für die Steuerungshardware und für den Einbau der Systeme in die Lokomotiven arbeitet AAIT mit Partnerunternehmen zusammen.

Touch Panel hält Einzug in den Führerstand

Zurück zur Modernisierung der deutschen Einheitslok. AAIT hat dazu eine komplett neue Fahrzeug- und Antriebssteuerung entwickelt. Dank dieser lassen sich die Loks beim Rangieren nicht nur über einen Bauchladen fernsteuern, sondern sie lassen sich auch koppeln, im Fachjargon spricht man dabei von Doppeltraktion. Durch das Koppeln zweier Lokomotiven lässt sich die Zugkraft verdoppeln. Dadurch können gegenüber einfacher Traktion schwerere Züge befördert oder stärkere Steigungen bewältigt werden. Als Eingabegerät im Führerstand steht ein moderner Touch Panel Computer zur Verfügung, der als Technik- und Diagnose-Display dient. Darüber werden der Zustand des Fahrzeuges sowie Warnungen oder Störungen angezeigt und Steuerungsfunktionen ausgeführt. So werden über das Panel-Display die Stromabnehmer gehoben oder gesenkt, die Feststellbremse wird bedient oder es werden Zugdaten wie Gewicht und Länge eingegeben. Für die sicherheitsrelevanten Funktionen setzt AAIT ergänzend ihre selbst entwickelte Safety Control Unit (SCU) als Überwachungssteuerung ein.

Sämtliche Umbaumaßnahmen in den Bereichen Elektronik, Mechanik und Pneumatik wurden durch AAIT geplant und durch eine Partnerwerkstätte durchgeführt. Für die Bauüberwachung und die Inbetriebnahme zeichnete AAIT verantwortlich.

Im Rolling-Stock-Einsatz sind robuste Panels gefragt
Als HMI-System im Führerstand setzt AAIT auf einen Touch Panel Computer aus der PCT-Serie (Projektiv Kapazitiv Touch Panel) der Embedded-Spezialistin Syslogic. AAIT Geschäftsführer Jürgen Weber sagt, die Anforderungen an Robustheit und Zuverlässigkeit seien sehr hoch gewesen, und man hätte verschiedene Geräte getestet. Der Touch Panel Computer von Syslogic ist für den erweiterten Temperaturbereich von –40 bis +70 Grad gemäß EN 50155, Klasse TX ausgelegt. Entsprechend hat er bei Tests unter Extremtemperaturen im Vergleich zu den anderen Geräten am besten abgeschnitten. Ebenfalls abheben konnte sich das Syslogic Panel bei der Ablesbarkeit des Displays unter direkter Sonneneinstrahlung.

Ein weiterer Grund warum schließlich Syslogic das Rennen gemacht hat, war die hohe Flexibilität hinsichtlich Anpassungen. Jürgen Weber sagt: "Obwohl es bei unserem Projekt von Anfang an um eher kleine Stückzahlen ging, hat uns Syslogic zugesagt, ihr Standardgerät nach unseren Anforderungen zeit- und kosteneffizient anzupassen." Möglich macht das die Fertigungstiefe von Syslogic. Die meisten Hersteller von HMI-Systemen greifen auf Boards von asiatischen Herstellern zurück. Das führt dazu, dass der Konfigurationsmöglichkeit enge Grenzen gesetzt sind. Syslogic geht einen anderen Weg und setzt eine selbst entwickelte Zwei-Board-Lösung, basierend auf dem E3845-Prozessor von Intel ein. Diese besteht aus einem Core-Board und einem Carrier- oder Main-Board, welches schnell und einfach angepasst wird. Dadurch profitieren Syslogic Kunden von hoher Flexibilität bei attraktivem Preis.

Im Fall von AAIT wurden verschraubbare M12- anstelle von standardmäßigen RJ45-Steckern für Ethernet und Speisung integriert. Für den zuverlässigen Bahnbetrieb unter ständigen Vibrationen sind robuste Schnittstellen unerlässlich. Daher verzichtet Syslogic auf bewegliche Teile. Das heißt, dass die Panel Computer passiv gekühlt werden, und dass anstelle von Harddisks industrielle Flash-Speicher eingesetzt werden. Damit erfüllen die Panel Computer die in der Bahnbranche wichtige Schock- und Vibrationsnorm EN 61373. Weiter lackiert Syslogic die verwendeten CPU-Boards mit einer Schutzlackierung, welche Betauung verhindert. Das ist insofern wichtig, weil der Führerstand der Einheitslok nicht klimatisiert ist und extreme Temperaturen sowie hohe Luftfeuchtigkeit zum Alltag gehören. Außerdem verfügen die Panel Computer über einen galvanisch getrennten Speisungseingang und sie halten den bahntypischen Speisungsschwankungen stand.

Weiter war für AAIT wichtig, dass die Geräte auf einer X86-Plattform aufbauen. Weber sagt: "Wir kommen aus der klassischen Anwendungsentwicklung." Entsprechend würden leistungsfähige Plattformen benötigt, so Weber. Syslogic verfügt über langjährige Erfahrung mit X86-Plattformen. Das zeigte sich auch während der Design-In-Phase, in der die Syslogic Soft- und Hardware-Ingenieure AAIT tatkräftig unterstützten.

Die ersten Lokomotiven wurden mit neuen Steuerungen aufgerüstet
Bereits wurden die ersten Lokomotiven mit dem neuen Steuerungssystem ergänzt. Die ersten Rückmeldungen vom Eisenbahnverkehrsunternehmen, welches die Loks einsetzt, sind durch und durch positiv. Entsprechend werden bereits weitere Systeme für den Einbau vorbereitet. Auch für Folgeprojekte sieht Weber viel Potenzial, denn die Elektronikentwicklung schreite so rasch voran, dass die Nachfrage nach Modernisierungen für Rollmaterial zunehmen werde. Die deutsche Einheitslok sei sicherlich ein Extrembeispiel, doch auch bei wesentlich jüngeren Loks würden sich Modernisierungen auszahlen, zeigt sich Weber überzeugt.