Toni Schiffers - Auf den Punkt bremsen
Auf den Punkt bremsen
Viele Innovationen für Schienenfahrzeuge zielen darauf ab, den Energieverbrauch zu reduzieren und das Massentransportmittel damit kostengünstiger und umweltfreundlicher zu machen. Auch die Erfindungen von Toni Schiffers (48) aus Erlangen sollen dazu beitragen. Der Spezialist für Bremsen hat ein selbstverstärkendes hydraulisches Bremssystem für Schienenfahrzeuge entwickelt, das erstens viel Gewicht einspart und zweitens die notwendige Bremskraft exakt einstellen kann.
Technische Systeme sind in der Welt der Schienenfahrzeuge extrem langlebig. „Im Prinzip ist die Druckluftbremse, die George Westinghouse bereits 1869 entwickelte, immer noch die Standardlösung für Züge“, erklärt Schiffers. Der 48-jährige Ingenieur, der innerhalb des Siemens-Sektors Infrastructures & Cities im Bereich Rail Systems in Erlangen arbeitet, hat sich bereits in seinem Maschinenbaustudium auf das Thema Hydraulik spezialisiert. Seine berufliche Laufbahn umfasste Stationen bei allen namhaften Herstellern von Bremssystemen, bevor er 2004 schließlich bei Siemens in Erlangen anfing. „Zu diesem Zeitpunkt begann man im Unternehmen gerade damit, mehr eigene Kompetenz für Bremssysteme aufzubauen“, sagt er.
Seine ersten Forschungen bei Siemens sollten klären, ob die Keilbremse, die damals gerade für Automobile entwickelt wurde, auch für Schienenfahrzeuge geeignet ist. Zusammen mit der RWTH Aachen führte Schiffers einige Studien durch. Die Wissenschaftler kamen zu dem Ergebnis, dass die elektronische Keilbremse bei Zügen keinen Sinn macht, weil die meisten der Komponenten, die für Autos entwickelt wurden, nicht in Züge eingebaut werden können. „Es gab einfach nicht genug Synergieeffekte“, erklärt Schiffers. Die Bremssysteme, die unter den Drehgestellen eingebaut werden, müssen bei Zügen ausgesprochen robust sein, um trotz Schwingungen, Stößen, starken Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit zuverlässig zu funktionieren. Dafür ist die eher filigrane Feinmechanik der Keilbremse nicht geeignet. Doch das Thema energiesparende Bremsen für Züge beschäftigte den Erfinder weiter.
Von Anfang an setzte Schiffers auf ein dezentrales, Verzögerungskraft geregeltes hydraulisches System, das sich selbst verstärkt. „Damit kann man die Bremskraft in Schienenfahrzeugen besonders gut dosieren und erhöht gegenüber der heutigen Druckluftbremse die Bremsweggenauigkeit“, erklärt der Erfinder, der auch hier eng mit der RWTH Aachen zusammengearbeitet hat. Die selbstverstärkende Hydraulikbremse baut den Druck und damit die Bremskraft selbst auf, indem sie sich über einen zwischengeschalteten Hydraulikzylinder am Fahrwerk abstützt. Während bei konventionellen Bremsen der Druck auf die Bremsbeläge von der übergeordneten pneumatischen Bremssteuerung eingestellt wird, regelt die dezentrale Hydraulikbremse die Soll-Bremskraft als Verzögerungsbremskraft selbst ein. „Hydraulischer Druck ist sehr genau messbar. Deswegen können wir die Verzögerungskraft exakt berechnen und auf den Punkt bremsen“, erklärt Schiffers. Seine Erfindung bringt zunächst Metros und Triebzüge große Vorteile: Weil Ventiltafeln, Verrohrungen und Kompressormodule wegfallen können, wird viel Gewicht gespart, bei einigen Schienenfahrzeugen bis zu mehreren Hundert Kilo pro Waggon. Außerdem ist die dezentrale hydraulische Bremse Platz sparend und kann sehr leicht eingebaut werden: „Angeschraubt, Stecker rein und fertig ist das Engineering“, sagt Schiffers, „die Anzahl an Schnittstellen wird auf ein Minimum reduziert, über die Parametrierung kann die Bremse sehr einfach an die projektspezifischen Bedürfnisse angepasst werden. Es gibt keine pneumatische oder hydraulische Schnittstellen zum Fahrzeug!“
Der Erfinder hat während der Entwicklungszeit Durchhaltevermögen bewiesen. „Da Siemens ja eher auf Elektronik ausgerichtet ist, war zunächst unklar, ob ich ein hydraulisches System durchsetzen konnte.“ Schiffers Argumente waren überzeugend: Die Entwicklungszeit war kürzer als bei einer voll elektronischen Bremse, die Technik robuster und die Kosten geringer. Schiffers und sein Team bauten die hydraulische Bremse zunächst als Prototyp. Für den ersten Probebetrieb, der Anfang 2014 in einer Metro geplant ist, entwickelte er zunächst ein System ohne Selbstverstärkung, um die Sicherheitszulassung zu vereinfachen. Denn diese werden für Schienenfahrzeuge immer aufwendiger, insbesondere bei Einführung neuer Techniken.
Schiffers freut sich über den Erfinderpreis und hofft, dass sein Geistesblitz eines Tages zur kommerziellen Anwendung kommt, also ein dezentrales, durch Verzögerungskraft geregeltes, hydraulisches Bremssystem in Schienenfahrzeugprojekten eingebaut wird. „Erst dann ist meine Erfindung auch eine Innovation“, sagt er. Für Siemens lohnt sich allerdings die Entwicklung bereits jetzt. Denn mit dem Know-how, das das Team der Bremsenspezialisten in den vergangenen Jahren aufgebaut hat, wird das Unternehmen unabhängiger von Zulieferern. „Wir verfügen über das Wissen, was Systeme leisten müssen und kosten dürfen und können damit auch den Wettbewerb unter Bremsenherstellern beleben“, erklärt Schiffers. Seine Erfindungen für Siemens wurden in 14 Einzelpatenten in 13 Schutzrechtsfamilien geschützt. „Bei Siemens ist es sehr einfach, gute Ideen als Erfindung zu melden. Und dann muss man eben einen langen Atem haben“, rät er jüngeren Kollegen. Entspannung findet Schiffers beim Fußball. So oft es geht, kickt er mit seinem Verein als offensiver Mittelfeldspieler. Die übrige Zeit gehört seiner Frau und der Tochter.