01 Aug Kommunikationssystem der Zukunft für den Schienenverkehr
Das Projekt ‚Digital services connected rail traffic‘, an dem die TU Ilmenau und das Unternehmen Funkwerk Systems beteiligt waren, nahm die Grenzen der Leistungsfähigkeit derzeit auf Lokomotiven verbauter Antennen in den Blick. Mit dem erfolgreichen Abschluss des Projekts ist der Weg für neuartige Antennenentwürfe im Schienenverkehr der Zukunft nun frei. Die 5G-Wende hin zur Digitalisierung im Schienenverkehr heißt FRMCS – Future Railway Mobile Communication System (Kommunikationssystem der Zukunft für den Schienenverkehr). In einem europaweiten Netzwerk soll FRMCS, Nachfolger des bis heute verwendeten GSM-R-Standards, als vollständige Neuentwicklung den Zugfunk sowohl in der Sprachkommunikation als auch in der Datenkommunikation grundlegend verändern. Damit soll der Zugbetrieb weitgehend automatisiert und höchste Sicherheit der drahtlosen Übertragungsnetze gegen Cyber-Attacken und Datendiebstahl gewährleistet werden.
Antennendesign ist entscheidend
Das Herzstück eines flächendeckenden Einsatzes vernetzter und automatisierter Schienenfahrzeuge sind Antennen zur drahtlosen Datenübertragung. Bei Entwurf, Entwicklung und Test neuer Antennen für Schienenfahrzeuge ergeben sich besonders anspruchsvolle Herausforderungen: Um die notwendigen Messungen im Labor vorzunehmen, sind die Loks mit ihren 20 bis 30 Metern Länge und 60 bis 90 Tonnen Masse viel zu groß und zu schwer. Andererseits werden Messungen auf einem Eisenbahnbetriebsgelände durch die Umgebung, etwa Gleisanlagen oder Wartungshallen, verfälscht. Das Thüringer Innovationszentrum Mobilität (ThImo) an der TU Ilmenau und Funkwerk Systems, ein auf Bahntechnik spezialisiertes Industrieunternehmen, arbeiten daher seit zwei Jahren an leistungsfähigen Lösungen dieses Problems.
Tests am Modell und einer echten Lok
Das Lok-Modell in der Virtuellen Straße – Simulations- und Testanlage VISTA. Bild: Michael Reichel / TU Ilmenau
Bevor sie in der Praxis eingesetzt werden können, müssen die neuen Antennen, die künftig im Zugverkehr für eine sichere und robuste Funkkommunikation eingesetzt werden sollen, in ihrem endgültigen Einbauzustand zuverlässig getestet werden. Das Labor, in dem solche Messungen vorgenommen werden können, steht mit der Virtuellen Straße – Simulations- und Testanlage VISTA an der TU Ilmenau bereit. Um Antennen auf Lokomotiven im Labor vermessen zu können, wurde das Modell eines weit verbreiteten Lok-Typs im Maßstab 1:3 exakt nachgebildet.
Nach umfangreichen Messungen am Modell und numerischen Simulationen des digitalen Zwillings fehlten noch Vergleichsmessungen an dessen realem Gegenstück. Diese Messungen wurden gemeinsam von ThImo und Funkwerk auf dem Gelände des ehemaligen Bahnbetriebswerks Weimar mit Unterstützung des Thüringer Eisenbahnvereins durchgeführt. Dazu stand eine Elektrolok vom Typ AEG 12X zur Verfügung, die dem kleinen Modell in den wesentlichen Details sehr genau entspricht. Für die wichtigen Vergleichsmessung an der realen Lok nutzten die Ingenieure eine 25 Meter hohe Arbeitsbühne, um die Funkwellen von den zuvor auf der Lokomotive angebrachten Antennen mit hochgenauen Positionssensoren dreidimensional und zentimetergenau abzutasten, während die 84-Tonnen schwere Lokomotive auf einer Drehscheibe um 360 Grad gedreht wurde.
Innerhalb von nur zwei Tagen schloss das fünfköpfige Forscherteam um den Direktor des ThImo und Leiter des Fachgebiets der TU Ilmenau Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik, Prof. Matthias Hein, und den Entwicklungsleiter von Funkwerk, Dr. Uwe Stöpel, die umfangreichen Messungen ab. Die Ergebnisse dieses Projektes liefern laut den Partnern wichtige Grundlagen für die weitere Produktentwicklung bei Funkwerk Systems in dem neuen Technologiefeld FRMCS.
Quelle und Bild: www.tu-ilmenau.de
Kooperationspartner: funkwerk.com
