Wabtecs lebendiges Erbe der technischen Innovation
Wabtecs 155 Jahre Innovation, ein genauerer Blick auf die jüngsten Durchbrüche, die die Güterbahnbranche geprägt haben.
Im Jahr 2024 feiert Wabtec sein 155-jähriges Bestehen und die Versuchung, die hervorragende technische Ahnenforschung des Unternehmens auf das Gründungstriumvirat George Westinghouse, Thomas Edison und Louis Faiveley zurückzuführen, ist zugegebenermaßen groß.
Westinghouse — das erste Bremssystem im Schienenverkehr Edison — die erste Elektrolokomotive Faiveley — der erste Stromabnehmer
Jede dieser Technologien ermöglichte es Wabtec, die Bahnindustrie zu revolutionieren.
Wabtec wurde jedoch nicht zu einem weltweit führenden Unternehmen in der Bahntechnik, indem es auf seiner geschichtsträchtigen Vergangenheit verweilte. Vielmehr hat das Unternehmen auf dieser reichen Innovationsbasis aufgebaut, um die Leistung der Schienenfahrzeuge für seine Kunden kontinuierlich zu verbessern und zu transformieren.
Einfach ausgedrückt: Innovation ist bei Wabtec nicht nur ein „Vermächtnis“ — es ist ein lebendiges Vermächtnis, das täglich von einem Ingenieurteam von etwa 5.000 Mitarbeitern weiterentwickelt wird.
Lassen Sie uns vor diesem Hintergrund die jüngste Geschichte von Wabtec betrachten, die bahnbrechende Innovationen und technische Wunder in der Schienengüterverkehrsbranche hervorgebracht hat.
Herausforderung: Erhöhung der Zugkraft von Schwerlastzügen
Innovation: Die Wechselstromlokomotive
In den 1990er Jahren konkurrierte Wabtec auf dem Markt für Güterlokomotiven mit EMD, und große Eisenbahnen auf der ganzen Welt waren durch die Anfahr- und Dauerzugkraft ihrer Gleichstromlokomotiven eingeschränkt.
Das sollte sich bald ändern.
Die Ingenieure von Wabtec unter der Leitung des „Vaters der Wechselstromlokomotive“, AJ Kumar (der 2022 George Westinghouses geschätzte 361 Patente übertraf), verfolgten einen „systemtechnischen“ Ansatz, um einen neuartigen Motor zu entwickeln, der die Effizienz und die Transportfähigkeit moderner Güterlokomotiven neu definiert. Das AC-Traktionssystem war geboren.
„Unsere damaligen Wettbewerber, darunter vor allem EMD, konzentrierten sich alle auf das gleiche Problem, nämlich die Lieferung einer Lokomotive mit höherer Zugkraft für Kunden im Schwerlastverkehr“, erinnert sich Alan Hamilton, VP of Engineering bei Wabtec. „Viele von ihnen haben versucht, die Lösung auszulagern, aber wir haben alles im eigenen Haus behalten. Wir nutzten die Gelegenheit, um die Herausforderung aus der Perspektive der gesamten Lokomotive, der Vernetzung von Motor, Antriebssystem und Steuerungen, die eine Lokomotive zum Laufen bringen, zu betrachten, um die Architektur einer neuen Art von Lokomotive zu entwickeln und sie speziell für die Bedürfnisse unserer Kunden im Schwerlastverkehr zu optimieren.“
Dieser ganzheitliche systemtechnische Ansatz bewirkte Wunder und führte nicht nur zu einer „funktionierenden“ Wechselstromlokomotive, sondern zu einem erstklassigen Kraftpaket, das auf optimierten Komponenten basiert und fortschrittliche thermische Fähigkeiten (Motor), Adhäsionsfähigkeit (Räder) und individuelle Achssteuerung (Leistungselektroniksteuerung) bot, um die Zugkraft zu maximieren.
Die technischen Meisterleistungen hinter den einzelnen Komponenten sind zahlreich, ebenso wie die der „lebenswichtigen Organe“ der Lokomotive, aber die eigentliche Innovation besteht darin, wie diese Teile zusammenarbeiteten, um ein optimiertes Ganzes zu schaffen, ein System, das die Zugkraft plötzlich auf eine Dauerleistung von 166.000 Pfund erhöhte — eine Steigerung von fast 60% gegenüber der vorherigen Gleichstromlokomotive. Plötzlich konnten Kunden mit einer Ladung, für deren Ziehen fünf Gleichstromlokomotiven benötigt wurden, nun stattdessen drei Wechselstromlokomotiven verwenden, wodurch die Regeln für Produktivität, Effizienz sowie Arbeits- und Wartungskosten auf einen Schlag neu geschrieben wurden.
„Ehrlich gesagt haben wir und die Branche nie zurückgeschaut. Die Architektur der AC-Lokomotiven von Wabtec war von Anfang an richtig „, so Hamilton. „Damit waren auch die Voraussetzungen für unser erfolgreiches Geschäft mit der Modernisierung von Lokomotiven geschaffen, das bis heute Gleichstromlokomotiven auf die Wechselstromplattform umstellt.“
Die Fortschritte von Wabtec im Bereich der Wechselstromtechnik fanden auch in der Bergbauindustrie Einzug und führten schließlich zur Entwicklung des erstklassigen Komatsu-Lastwagens 930E, der in den 2000er Jahren aufgrund seines erhöhten Transportvolumens und der geringeren Gesamtlebenszykluskosten zum Industriestandard wurde. Ganz gleich, welche Unternehmen im Bergbau tätig sind, Wabtec und seine Kunden sind mit der AC-Technologie auf eine Goldgrube gestoßen.
Herausforderung: Erfüllung der immer strengeren Treibhausgasemissionsstandards
Innovation: Einhaltung der vorgeschriebenen Vorschriften einhalten + Kraftstoffeinsparungen = Die Motoren der Evolution-Serie
Ab Anfang der 2000er Jahre beeinflussten eine Reihe immer strengerer Emissionsstandards für Treibhausgase (THG) (Tier 2 — Tier 4) die Konstruktion von Triebwerken für Güterlokomotiven. Auch hier entschieden sich die Wettbewerber zwar für einzelne Lösungen, um die Einhaltung der Vorschriften zu gewährleisten, doch Wabtec verfolgte einen ganzheitlichen, systemtechnischen Ansatz.
„Unsere Wettbewerber betrachteten die Lösung der neuen Emissionsvorschriften als ein ‚Motoren'-Problem. Sie haben an ihren bestehenden Motoren herumgebastelt und sie ‚verstimmt', um sie den Vorschriften anzupassen“, sagt Hamilton. „Das Problem bei diesem Ansatz war, dass er zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führte. Die Ingenieure von Wabtec verfolgten einen völlig anderen Ansatz. Sie haben den Motor als „Triebwerk“ für die Lokomotive neu konzipiert und Wege gefunden, die Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig die Anzahl der Meilen pro Gallone zu erhöhen — ein echter Durchbruch.“
Diese Innovation führte den Motor der Evolution-Serie in der Schienenindustrie ein. Die Ingenieure von Wabtec testeten neue Möglichkeiten, den Motor mit Kraftstoff zu versorgen (und dem Kunden einen Mehrwert zu bieten), und landeten schließlich auf einem Hochdruck-Common-Rail-System, mit dem der Kraftstoffeinspritzdruck unabhängig von der Motordrehzahl gesteuert werden konnte. Einfallsreiche und praktische Verbesserungen der gesamten Motorkonstruktion halfen Wabtec dabei, nicht nur die Anforderungen seiner Kunden zu erfüllen, sondern auch einen Mehrwert in Form einer neu entdeckten Kraftstoffeffizienz zu schaffen, einem wichtigen Kostenfaktor im Schienenverkehr.
Und genauso wie die zusätzlichen Compliance-Standards nicht aufhörten, hörte auch die Kreativität der Wabtec-Ingenieure nicht auf. Als die Tier-4-Emissionsstandards herauskamen, die eine stärkere Reduzierung von Feinstaub und NOx vorsahen, entschieden sich die meisten Lokomotivenhersteller für einen „Nachbehandlungsansatz“ und fügten teure und ziemlich klobige Katalysatoren auf Harnstoffbasis in ihren Kraftstoff- und Motormix ein.
Nicht Wabtec. Die Ingenieure des Unternehmens untersuchten zwar die Möglichkeiten der Abgasnachbehandlung, gingen aber bei ihrem systemtechnischen Ansatz bis an die Grenzen und entwickelten innovative Wege, um mit der Tier 4-Lokomotive der Evolution-Serie nicht nur eine vollständig normgerechte, sondern auch eine besser optimierte Lösung für die North American Railroads zu bieten. Für die Ingenieure von Wabtec war die Einhaltung der Tier-4-Vorschriften ein entscheidender Schritt, aber Leistung und Wertschöpfung blieben das Ziel.
Die Tier 4-Lokomotive der Evolution-Serie von Wabtec, die optimale Effizienz und Haftung bietet, ist die unbestrittene Wahl der nordamerikanischen Eisenbahnen, um ihren Bedarf an neuer Zugkraft zu decken. Mit fast 1.200 ausgelieferten Einheiten wird Wabtecs optimierter systemtechnischer Ansatz bei der Produktentwicklung weiterhin vom Markt bestätigt.
Herausforderung: Nutzungsdaten von Lokomotiven in einen Leistungsvorteil für Kunden umwandeln
Innovation: Wabtec-Steuerungstechnik
Der systemtechnische Ansatz von Wabtec hat nicht nur zahllose Innovationen im Bereich Lokomotivhardware vorangetrieben, sondern auch zu einer Software-Revolution geführt, die die Branche immer noch verändert. Angesichts der Fortschritte in den Bereichen Telemetrie und Borddatenerfassung und als Wabtec mit seinen Kunden buchstäblich auf den Schienen fuhr, um deren Bedürfnisse besser zu verstehen und „aus der Nähe“ zu sehen, wie sie arbeiten, fanden die Ingenieure von Wabtec Wege, Daten in verbesserte Leistung umzuwandeln.
An erster Stelle dieser Softwareinnovationen steht Trip Optimizer, ein Energiemanagement- und intelligentes Tempomatsystem für Züge, das Gelände, die Zusammensetzung der Züge, Geschwindigkeitsbeschränkungen und Betriebsbedingungen berücksichtigt, um ein optimales Geschwindigkeitsprofil zu berechnen. Trip Optimizer wurde 2009 auf den Markt gebracht und hat vor Kurzem einen beeindruckenden Meilenstein erreicht: eine Milliarde Meilen im Betrieb, wodurch die großen Eisenbahnen auf der ganzen Welt über 750 Millionen Gallonen Diesel eingespart und gleichzeitig die Emissionen um bis zu 10 Prozent reduziert wurden.
„Unsere vielen Durchbrüche bei Steuerungssystemen, von unserer erstklassigen Traktionskontrolle für Lokomotiven (Adhäsion) über die Motorbetankung/-steuerung und die Hilfssteuerung von Lokomotiven mit variabler Geschwindigkeit (Emissionen/Effizienz), LOCOTROL (dezentrale Stromversorgung) und Air Brake Control (Bremsen) bis hin zum Trip Optimizer, zeigen, dass unsere Ingenieure unseren systemtechnischen Ansatz auf die nächste Stufe heben“, so Hamilton. „Trip Optimizer erforderte zum Beispiel eine Art metaphorischen Sprung, bei dem das gesamte Zugnetz als System betrachtet und die Eingaben dieses Systems verwendet wurden, um den Energieverbrauch eines Zuges zu optimieren.“
Diese Art der Softwareoptimierung, die Fortschritte im maschinellen Lernen und in der prädiktiven Analytik umfasst, ist alles andere als statisch. Heute fügen beispielsweise neue batteriebetriebene Lokomotiven, die beim Bremsen erzeugte Energie speichern können, dem Energiemanagement ein weiteres dynamisches Element hinzu und eröffnen neue Grenzen der Kraftstoffeffizienz.
Wabtec baut auf diesen Innovationen auf und blickt in die Zukunft. Durch wegweisende Fortschritte bei aktuellen Signalsystemen und Netzwerkeffizienzlösungen ist das Unternehmen bestrebt, die Schienenkapazität zu erhöhen, um mehr Güter per Zug transportieren zu können. Wabtec arbeitet daran, die Emissionen der bestehenden Lokomotivenflotte durch Lösungen zur Kraftstoffeffizienz zu reduzieren und erneuerbare Diesel- und Biodieselmotoren zu testen. Es ist auch führend in der Entwicklung alternativer Antriebstechnologien.
Wabtec hat bereits die weltweit erste 100% batterieelektrische Schwerlastlokomotive entwickelt, die FLXDrive TM. Das Unternehmen wird noch in diesem Jahr die erste kommerzielle FLXdrive mit 7 Megawattstunden für den Linienverkehr in der anspruchsvollen Region Pilbara in Westaustralien ausliefern.
Die Ingenieure von Wabtec erforschen auch Wasserstoff als Kraftstoff der Zukunft für die Dekarbonisierung des Schienenverkehrs. Das Unternehmen forscht gemeinsam mit dem Oak Ridge National Laboratory und dem Argonne National Laboratory, um die bahnbrechenden Arbeiten an einem Wasserstoff-Verbrennungsmotor voranzutreiben. Auf einer separaten Forschungsstrecke für eine Wasserstofflokomotive der nächsten Generation arbeitet Wabtec mit Technologiepartnern zusammen, um Lokomotiven zu entwickeln, die Wasserstoffbrennstoffzellen als alternative Energiequelle verwenden können.
„Wenn ich auf die jüngste Innovationsgeschichte bei Wabtec zurückblicke — und mit Blick auf die Zukunft — denke ich, dass unsere legendären Gründer stolz wären“, so Hamilton abschließend. „Wir waren dort erfolgreich, wo es unsere Konkurrenten nicht hatten, indem wir GROSS gedacht, geträumt und gehandelt und eng mit unseren Kunden zusammengearbeitet haben. Unser systemtechnischer Ansatz hat uns geholfen, höhere Ziele zu erreichen und mehr zu erreichen, indem wir dafür gesorgt haben, dass unsere Innovationen harmonisch zusammenarbeiten, so wie ein Orchester zusammenspielen muss, um großartige Musik zu machen.“