Bedarfsgerechtes Flachrangieren mit einem autonomen Zweiwege-Rangiergerät

Jung, Hyun-Suk; Schindler, Christian; Cichon, Martin Georg

doi:HT031358741

Bedarfsgerechtes Flachrangieren mit einem autonomen Zweiwege-Rangiergerät = Shunting-on-demand with an autonomous road-rail robot

Jung, Hyun-Suk^RWTH*

2025 & 2026

VerantwortlichkeitsangabeHyun-Suk Jung

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

ISBN978-3-98555-321-1

ReiheSchriftenreihe Schienenfahrzeuge und Transportsysteme ; 8

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Druckausgabe: 2025. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Schindler, Christian (Thesis advisor)^RWTH* ; Cichon, Martin Georg (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-10-24

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-10888
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1023968/files/1023968.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Schienenfahrzeuge (414210)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Güterverkehr (frei) ; Schienenfahrzeuge (frei) ; Transportsystem (frei) ; rangieren (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
In Anbetracht der prognostizierten Zunahme von Güterverkehrsleistungen in Deutschland und des klimapolitischen Bestrebens nach einer nachhaltigen Verkehrsverlagerung nimmt der Schienengüterverkehr eine Schlüsselrolle ein. Abseits des effizienten Hauptlaufs und teilautomatisierter Zugbildungsanlagen ist vor allem der zeit- und personalintensive Rangierbetrieb auf privaten Anschlussbahnen ausbaufähig. Die Vorhaltung von teuren Ressourcen wie Gleisinfrastruktur, Rangierlokomotive und -personal stellt für Unternehmen mit geringerem Güterdurchsatz eine wirtschaftliche Hürde zum eigenen Gleisanschluss dar. Dabei sind gerade auf privaten Anschlussbahnen Rahmenbedingungen vorzufinden, die eine Automatisierung begünstigen. Die vorliegende Arbeit widmet sich daher der Automatisierung des Rangierbetriebs, um zur Erhöhung der Attraktivität von privaten Gleisanschlüssen beizutragen. Nach einer Einführung in die Grundlagen des Schienengüterverkehrs und einer Gegenüberstellung verschiedener Automatisierungstechniken wird die These formuliert, dass bedarfsgerechtes Rangieren mit einem autonomen Zweiwege-Rangiergerät eine wirtschaftlichere Alternative gegenüber den klassischen Rangiertechniken darstellt und das Potenzial zur technischen Umsetzung hat. Der Lösungsansatz besteht grundsätzlich darin, diese Problemstellung bahnbetrieblicher Natur mit Methoden und Werkzeugen aus der Robotik anzugehen. Zur Überprüfung der These wurde das autonome Rangiergerät konzipiert und softwaretechnisch auf Basis des Metabetriebssystems Robot Operating System entwickelt. Zur virtuellen Erprobung von roboterähnlichen Schienenfahrzeugen wurde eine Simulationsumgebung mit Gazebo aufgebaut, innerhalb derer das Rangiergerät verschiedenen Funktionstests unterzogen wurde. Darüber hinaus wurden ausgewählte Teilfunktionen im Rahmen der verfügbaren Infrastruktur experimentell validiert. Anschließend wurden die Ergebnisse in Hinblick auf die sowohl für die Simulation als auch für den autonomen Rangierbetrieb allgemein definierten Randbedingungen kritisch diskutiert. Ein abschließender Kostenvergleich bestätigte das wirtschaftliche Potenzial des bedarfsgerechten Rangierens mit einem autonomen Zweiwege-Rangiergerät.

Given the forecast of increasing freight transport volume in Germany and considering the freight and logistics structure effect, rail freight transport plays a key role in meeting these demands sustainably. Besides the efficient main leg operation and semi-automated hump yards, especially the labour-intensive manual shunting proves to be expandable. For enterprises with little freight throughput, provision of expensive resources such as rail infrastructure, shunting locomotive and staff poses an economical hurdle to having their own railway access. However, it is precisely the underlying conditions given in private industrial sidings that are favourable for the automation. Hence, this work is dedicated to automation of shunting operation in order to make private sidings a little more attractive. After introducing the fundamentals of rail freight transport and comparing various automation techniques, it is postulated that shunting-on-demand, i.e. needs-based shunting, with an autonomous road-rail robot offers a more economic solution and has the potential of technical implementation. While the problem of inefficient shunting is of railway operational nature, it is to be approached by implementing methods and tools from robotics. In order to verfiy the hypothesis, an autonomous road-rail robot was conceptualised and developed using the software framework Robot Operating System. For virtual testing of robot-like rail vehicles, a simulation environment based on Gazebo was constituted, in which the shunting robot was subject to various tests regarding its functions. Selected subfunctions were further verified experimentally, provided that the infrastructural conditions of the testing site allowed for it. For the simulation as well as for the autonomous shunting operation in general, boundary conditions were defined and discussed critically after laying out the results of the test series. A cost comparison with traditional shunting operations confirmed the economic potential of shunting-on-demand with an autonomous road-rail robot.

OpenAccess:
PDF
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