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Der Schienengüterverkehr steht vor einer Renaissance, da er die einzige realistische Chance zu einem klima­gerechten Gütertransport auf längeren Distanzen darstellt. Die deutsche Politik hat mit dem Masterplan Güterverkehr ein umfassendes Programm zum Erreichen dieses Zieles vorgelegt. Dieser muss nun umgesetzt und weiterentwickelt werden. Die Dynamik des technischen Fortschritts der Güterbahnen war in den letzten Jahrzehnten gering. Dies muss sich jetzt ändern, wenn der Sektor den zukünftigen Anforderungen gerecht werden will. Die Schwerpunkte der Weiterentwicklung des Systems „Güterbahn“ liegen eindeutig bei der Digitalisierung als Mittel zur Steigerung der Produktivität und zum Zweck größtmöglicher Transparenz bei Netz und Betrieb über die Grenzen einzelner Unternehmen hinweg. Aber auch die klassischen Ingenieur­wissenschaften sind bei längeren und leiseren Zügen, Automatisierung des Kuppelvorganges, neuen Elektrifizierungsstandards, Hybridtechnologie beim Antrieb, bei der Ermöglichung längerer Zügen und bei der Modernisierung des Kombinierten Verkehrs gefragt.

Mit Hilfe der vorgestellten physikalischen Analysen kann das Systemverhalten bei Torsionsschwingungen lückenlos untersucht werden. Die Betriebs- und Unterhaltszustände des Fahrzeugs, welche zu den höchsten Torsionsmomenten führen, werden ausgewiesen, wie auch das maximal zu erwartende Torsionsmoment. Auf Grundlage der Beanspruchbarkeit von Radsatzwelle und Presssitz werden Vorschläge für die qualitative und quantitative Gestaltung bzw. Optimierung der Traktionsregelung ermittelt. Die Qualität der Erkennung von Torsionsschwingungen mittels der fahrzeugseitigen Sensorik wird aufgezeigt und ein neues Verfahren zur Überwachung des Systems vorgestellt. Mittels Analyse der Ausfall- und Fehlfunktionen sowie einer Gefährdungs- und Fehlerbaumanalyse werden wichtige Elemente der Sicherheitsbetrachtung vorgestellt.

Die Funktionsentwicklung für moderne Schienenfahrzeuge ist ein sehr komplexer Prozess. Durch die im Rahmen der Digitalisierung zunehmende Vernetzung verschiedener Teilsysteme steigt neben der Funktionalität auch die Abhängigkeit der Teilsysteme untereinander. Gleichzeitig muss die funktionale Sicherheit des Fahrzeugs zuverlässig und nachvollziehbar sichergestellt werden, auch bestimmt durch die Security der beteiligten IT-Systeme. Enge Vorgaben zum Kosten- und Zeitrahmen erhöhen die Anforderungen und Projektrisiken zusätzlich. Es wird eine erprobte Methodik vorgestellt, wie mit modellbasierter Entwicklung die effiziente, erfolgreiche und zeitgerechte Funktionsentwicklung für moderne Schienenfahrzeuge sichergestellt werden kann. Die Modellierung kann dabei vom „Digitalen Pflichtenheft“ zur Beschreibung der Funktions- und Bauteilesicht über den „Digitalen Prototypen“ mit dem dynamischen ausführbaren Modell der Anforderungen bis hin zur „Digitalen Inbetriebnahme“ und zum „Digitalen Teststand“ für den Funktionsnachweis durchgängig, integriert und für alle Beteiligten transparent nachvollziehbar eingesetzt werden.