8. August 2014 | pArtikel drucken | kKommentieren

Sensoren sollen Züge sichern

Mobile Sensorsysteme sollen im Schienenverkehr für mehr Sicherheit sorgen. Alle Achsen und Fahrgestelle eines Zugs werden dazu mithilfe kleiner Funksensoren überwacht. 

Das Projekt trägt den Namen „Mobile Sensorsysteme für zustandsbasierte Instandhaltung“ (MoSe). Entwickelt wird das cloud-gestützte drahtlose Sensornetzwerk von Forschern des Berliner Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM zusammen mit Industriepartnern.

Cloud-gestütztes Sensornetzwerk zur zustandsbasierten Instandhaltung von Schienenfahrzeugen.

Funksensoren erfassen die für den Zustand der Verschleißteile relevanten Daten und leiten sie weiter in die „Wartungswolke“, die Maintenance-Cloud im Internet. In dieser werden die Mess- und Analysedaten verschlüsselt für die Nutzer abgelegt. Sogar feinste Risse einer Kugel in einem Lager sollen so erkannt werden. Dr. Michael Niedermayer, der am IZM die Arbeitsgruppe technologieorientierte Designmethoden leitet, beschreibt das System: „Die Sensorknoten können kleinste Schwingungsänderungen erfassen. Wir nennen das Tiefendiagnose.“

Das Besondere an dem Ansatz sei, dass er eine lückenlose Kontrolle während der Fahrt erlaube und Züge nicht ins Depot müssten – „wobei eine Sichtprüfung auch nicht zu hundert Prozent zuverlässig ist“, ergänzt  Manfred Deutzer vom Projektpartner Deutzer Technische Kohle GmbH.

Hohe Diagnosequalität

Zwar gebe es auch drahtgebundene Sensoren, mit denen Fahrwerke von Schienenfahrzeugen auf Verschleiß überprüft werden, doch diese erreichten nicht die hohe Diagnosequalität, die die Entwickler anstreben.

1336555797357

Dr. Michael Niedermayer, Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

Mit dem neuen Verfahren seien exakte Angaben etwa darüber möglich, ob ein Achslager in drei Monaten ausgetauscht werden müsse – und nicht auf Verdacht deutlich eher. Wenig wirtschaftlich sei auch die bislang übliche Wartung von Rädern, die nach starren Intervallen abgedreht würden, um Flachstellen zu beseitigen, die auch Schienen verschleißen lassen.

„Dies ist dreimal möglich, dann wandern die Räder auf den Schrott“, berichtet Deutzer. „Sinnvoller und kostensparender wäre es, nur schlecht laufende Räder zu schleifen. Doch für Flachstellen gibt es bisher noch keine gute Analyseanwendung.“

Mehr noch: „Wir möchten nicht nur die Diagnostik verbessern, sondern vor allem die erfassten Daten möglichst detailliert und passgenau aufbereiten“, sagt Niedermayer. So soll der Zugführer die für ihn wichtigen Informationen, etwa über einen kritischen Radschaden, erhalten.

Der Diagnosetechniker könne anhand detaillierter Messdaten beurteilen, wie schnell etwa ein Getriebeschaden voranschreite. Der Entwickler verbessere das technische Design der nächsten Produktgeneration mit Hilfe von statistisch aufbereiteten Messwerten zum Verschleiß aller Teile.

Alle Beteiligten sollen die Daten so geliefert bekommen, dass sie gleich damit arbeiten können. Dafür werden intelligente Diagnose-Algorithmen entwickelt. „Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die drahtlosen Sensoren leicht nachrüsten lassen“, ergänzt Mikrosystemtechniker Niedermayer.

Neu sei auch, dass sich das System an die unterschiedliche Drehzahl des untersuchten Materials, etwa der Räder von Zügen, anpassen und so äußerst präzise Daten in jedem Betriebszustand liefern könnten. Bislang seien Sensoren nur auf die konstante Drehzahl ausgelegt. Das sei zwar einfacher handhabbar, aber die Diagnosequalität leide.

Möglich werde das durch Analyse-Algorithmen. Allerdings ist deren Entwicklung eine Gratwanderung: „Sie dürfen nicht zu viel Rechenpower und damit Energie für sich beanspruchen, weil das System batterielos funktionieren soll“, erklärt der Forscher. MoSe setze auf Energy Harvesting, nutze also Energie aus Vibrationen oder Wärme, die beim Rotieren der Teile entsteht.

In den kommenden beiden Jahren werde ein Prototyp entwickelt, der sich in einer Straßenbahn der Verkehrsbetriebe Brandenburg an der Havel bewähren soll. Danach könnte das System S-Bahnen und Fernzüge überwachen.

Hier schreibt CANCOM.info Redaktion für Sie

Mehr Artikel vom Autor

Lesen Sie weiter auf CANCOM.info