Siemens Industry Software Solid Edge Plasser & Theurer Siemens: Gleisbau und -instandhaltung perfekt auf Schiene

Die Unimat 09-4x4/4S E³ von Plasser & Theurer ist die weltweit erste Universal-Gleisstopfmaschine mit Hybridantrieb. Gegenüber ihren Dieselbetriebenen Vorgängermodellen reduziert dieser wesentlich sowohl Lärm als auch Kosten von Erneuerungsarbeiten. Alle Bilder: Plasser & Theurer.

Smarte Schieneninfrastruktur-Instandhaltung

Eisenbahnen dienen dem effizienten, zuverlässigen und umweltfreundlichen Gütertransport und bieten Passagieren eine sichere, komfortable und oft sehr schnelle Art zu reisen. Güterzüge können mehrere tausend Tonnen Fracht befördern und moderne Hochgeschwindigkeitszüge fahren mit Geschwindigkeiten bis 350 km/h.

Der Schienenverkehr ist besonders energieeffizient, denn beim Abrollen der Stahlräder auf den sie führenden Stahlschienen entsteht wenig Reibung. Ein Gleis besteht aus je zwei meist auf Schwellen montierten Schienen und dem Gleisschotter. Da sich dieser unter dem Gewicht darüber fahrender Züge verschieben kann, müssen gelegentlich Schwellen ausgetauscht und der Gleisschotter neu gestopft werden. Bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts waren Bau und Instandhaltung von Gleisen schwerste körperliche Arbeit und extrem personalintensiv.

Im Jahr 1953 stellte Plasser & Theurer die weltweit erste hydraulische Gleisstopfmaschine vor und ermöglichte damit einen mechanisierten, schnellen und effizienten Gleisbau. Das Unternehmen entwickelte sich seitdem zum Weltmarktführer. Es bietet Maschinen für praktisch alle bei Bau und Instandhaltung von Gleisen und Oberleitungen vorkommenden Arbeitsprozesse. Das umfassende Produktspektrum reicht von kompakten Einzelmaschinen bis zu kompletten Gleisumbauzügen mit bis zu 2,7 km Länge. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Wien bedient Kunden in mehr als 100 Ländern. Gleisbaumaschinen von Plasser & Theurer wurden beim Bau der Strecke eingesetzt, auf der ein französischer Hochgeschwindigkeitszug mit 574,8 km/h den aktuellen Weltrekord aufstellte.

Plasser & Theurer hält mehr als 2.000 Patente und bietet höchste Effizienz und Zuverlässigkeit durch Kombination bahnbrechender Innovationen mit bewährten Komponenten. Das Flaggschiff unter den Gleis- und Weichenstopfmaschinen ist die Unimat 09-4x4/4S. Neben einer Diesel-Variante auch als hybride oder vollelektrische Version lieferbar, kann sie zur Senkung von Instandhaltungsbudgets sowie Schadstoff- und Lärmemissionen beitragen.

Die Konstrukteure bei Plasser & Theurer schufen mit Solid Edge den digitalen Zwilling der Gleisstopfmaschine Unimat 09-4x4/4S E³.

Mit Solid Edge zu hoch komplexen Maschinen

Um seine Kunden zeitnah zu versorgen, betreibt Plasser & Theurer ein weltweites Netz von Service-Stützpunkten, Reparaturwerken und Ersatzteillagern. Zur Erfüllung der oft unkonventionellen Anforderungen ohne Kompromisse bei der Qualität entwickelt und produziert das Unternehmen die meisten Komponenten in seinem Hauptwerk in Linz. Diese umfassen neben den tragenden Teilen und den patentierten Mechanismen und Werkzeuge für die Geisbearbeitung auch Getriebe und elektronische Steuerungssysteme.

Bahnbaumaschinen von Plasser & Theurer sind mechanisch hoch komplex. Meist handelt es sich um maßgeschneiderte Lösungen, die neben spezifischen Kundenanforderungen von Land zu Land unterschiedliche behördliche Auflagen erfüllen müssen. Um das zu darstellbaren Kosten zu ermöglichen, schaffen die 140 Entwicklungsingenieure modulare Konstruktionen. Für computergestützte Konstruktion (CAD) und Simulation nutzen sie die Software Solid Edge® von Siemens Digital Industries Software.

„Nach Tests ab 1995 ist Solid Edge seit 2005 ist es unser einziges CAD-System für die mechanische Konstruktion“, sagt Gerald Gürtler, der bei Plasser & Theurer viele Jahre lang als Konstrukteur arbeitete, ehe er die Leitung der CAD-Administration übernahm. „Die 2D/3D CAD Software unterstützte unser Wachstum sowohl in Bezug auf die Produktvielfalt als auch auf die Größe der Konstruktionsabteilung.“

Vertriebsingenieure erstellen mit der leicht zu erlernenden Software Produktblätter für die Kundenberatung. Konstrukteure erzeugen mit Solid Edge 3D-Modelle der Teile, Baugruppen und Maschinen. Sie nutzen die Fähigkeiten der Software zu Analysen nach dem Finiten Elemente Methode (FEM) für vorläufige Dimensionierungen. Zusätzlich exportieren sie die erzeugten Modelle für die Analyse in einer eigenen Berechnungsabteilung bei Plasser & Theurer.

Die Verwendung von Solid Edge beschränkt sich bei Plasser & Theurer nicht auf die Entwicklung der eigenen Produkte, sondern erstreckt sich auch auf die Konstruktion von Werkzeugen und Vorrichtungen für deren Produktion.

Kern der Gleisstopfmaschine sind vibrierende Stopfpickel, die nach einem von Plasser & Theurer 1953 erfundenen Verfahren den Gleisschotter unter die Schwellen stopfen und so ein stabiles Gleisbett schaffen.

Leicht zu erlernende Software für künftige Herausforderungen

Mit 140 Lizenzen gehört Plasser & Theurer in Österreich zu den größten Nutzern von Solid Edge. Die leicht zu erlernende Software unterstützt das Wachstum des eigentümergeführten Familienunternehmens dadurch, dass neue Konstrukteure nach nur kurzer Einschulung produktiv arbeiten können. „Wir profitieren auch davon, dass Fachhochschulen und Universitäten Solid Edge in der Ausbildung verwenden“, sagt Gürtler. „Wir beschäftigen jeden Sommer dutzende Ferialpraktikanten, die wir nicht eigens einzuschulen brauchen.“

Da Fahrzeuge und Maschinen von Plasser & Theurer überwiegend aus Blechteilen bestehen, profitiert das Unternehmen auch von den umfassenden Funktionen für die automatisierte Blechkonstruktion in Solid Edge. „Mit seinen einzigartigen Blechfunktionen sorgt Solid Edge für eine effiziente Blechteileentwicklung“, sagt Gürtler. „Dadurch können wir ohne Kompromisse bei der Qualität Entwicklungszeit und Kosten sparen.“

Eine Entwicklungsabteilung dieser Größe ist auch in Bezug auf Updates und Upgrades eine Herausforderung. „Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Ingenieuren in unseren acht Konstruktionsbüros erfordert eine parametrische, historienbasierte Konstruktion“, sagt Gürtler. „Da wir nicht vor hatten, die Synchronous Technology zu nutzen und mit dem damaligen Stand von Solid Edge sehr zufrieden waren, froren wir diesen 2009 ein.“

Mit Solid Edge für Konstruktion und Simulation schaffen die Konstrukteure bei Plasser & Theurer modulare Konstruktionen mit mehr als 100 Konfigurationsmöglichkeiten und über 35.000 Teilen pro Maschine.

Upgrade erhöht Produktivität im Engineering

Obwohl die Software viele Jahre lang sehr gut ihren Zweck erfüllte, hatte das auch Nachteile. Bei den komplexer werdender Konstruktionen konnten die Konstrukteure die Performanceverbesserungen neuerer Versionen von Solid Edge nicht lukrieren. Zudem nutzte die bestehende Software viele Möglichkeiten heutiger Betriebssysteme nicht aus. „Stopfmaschinen haben üblicherweise rund 35.000 CAD-Baugruppenteile, ein Gleisumbauzug kann bis zu 200.000 haben“, sagt Gürtler. „Das führte mit der Zeit zu Performance-Problemen bei der Zeichnungsableitung oder beim Import von CAD-Daten komplexer Zukaufteile aus Fremdsystemen.“

Die Geschäftsleitung von Plasser & Theurer beschloss daher zehn Jahre später, auf die aktuelle Version von Solid Edge umzusteigen und mit Siemens Digital Industries Software einen Wartungsvertrag abzuschließen. „Aktuelle Versionen von Solid Edge sind zum Beispiel durch Ausnutzung von Mehrkernprozessoren geschwindigkeits- und leistungsoptimiert“, sagt Wolfgang Hackl, Geschäftsführer des Siemens Digital Industries Software Implementierungsartners Ing. Wolfgang Hackl CAD/CAM, der Plasser & Theurer in der Umstellungsphase unterstützte. „Bei der Arbeit mit großen Baugruppen in Solid Edge können Anwender Zeichnungsansichten festlegen und alle für die Betrachtung nicht relevanten Komponenten ausblenden.“

Angesichts voller Auftragsbücher kamen für Plasser & Theurer Unterbrechungen der Arbeitsabläufe nicht infrage. Ziel war ein Umstieg auf die neue Konfiguration mit einer aktualisierten Version des bestehenden Produktdatenmanagementsystems (PDM) für 240 Mitarbeiter innerhalb eines Wochenendes. Obwohl ein manueller Upgrade nach internen Recherchen pro Rechner eineinhalb Stunden dauert, konnte die CAD und IT Administration die Umstellung in weniger als drei Stunden durchführen.

„Der Performance-Gewinn ist spektakulär“, sagt Gürtler. „Wir können nun in weniger als 20 Minuten eine Zeichnung mit drei Ansichten erzeugen, was zuvor beinahe zweieinhalb Stunden gedauert hat (um den Faktor 7,5 kürzer) und der Zeitbedarf für den Import eines kompletten Dieselmotors ging von zwei Stunden auf 15 Minuten zurück (eine achtfache Beschleunigung).“ Die Reduktion der für unproduktive Tätigkeiten aufgewendeten Zeit erhöht die Produktivität der Konstrukteure und hilft Plasser & Theurer, seine Stellung als Weltmarktführer zu erhalten.

Weiter mit dem digitalen Zwilling

Plasser & Theurer nutzt den digitalen Zwilling für Mixed-Reality-Bedienerschulungen. Im lebensgroßen Nachbau der Bedienerkabine einer Gleisbaumaschine bearbeiten die Benutzer dabei virtuelle Gleise mit dem digitalen Zwilling des Stopfmechanismus, angesteuert von echten Steuerungssystemen. Das ermöglicht Kunden, ihr Personal einzuschulen, ohne dafür echte Maschinen oder verkehrsfreie Zeiten auf echten Gleisen zu benötigen oder Beschädigungen an Maschinen oder Gleisen befürchten zu müssen. Es ermöglicht auch das Ausprobieren unterschiedlicher Konfigurationen vor der Investitionsentscheidung.

Das ist jedoch noch nicht das Ende der Digitalisierungsanstrengungen von Plasser & Theurer. „Mit Gleismessdaten aus unseren Maschinen und den Diensten unserer Digitalisierungstochter P&T Research können Infrastrukturbetreiber den digitalen Zwilling ihrer Gleise erstellen“, sagt Gürtler. „So können sie die Erhaltungsarbeiten für bestimmte Gleisabschnitte in Virtual Reality ausprobieren und optimieren, bevor sie diese tatsächlich durchführen.“