Die Herausforderung bei der Gleisüberwachung
Spezielle Messzüge erfordern eine eigene Einsatzplanung und überprüfen einzelne Streckenabschnitte in der Regel in festgelegten Intervallen. Veränderungen, die sich zwischen diesen Inspektionen entwickeln, können deshalb über einen gewissen Zeitraum unentdeckt bleiben.
Das neue Messkonzept erforderte Sensoren, die kontinuierlich in Personenzügen eingesetzt werden können. Sie mussten Vibrationen, Stößen, Temperaturschwankungen und elektromagnetischen Störungen standhalten und gleichzeitig über lange Zeiträume stabile Messwerte liefern.
Auch kompakte Abmessungen und eine robuste Konstruktion waren entscheidend, da die Sensoren an den Drehgestellen der Züge montiert werden.
Unsere Sensorlösung
Althen lieferte triaxiale ASC RAIL Beschleunigungssensoren und triaxiale ASC RAIL Gyroskopsensoren.
Die Beschleunigungssensoren messen lineare Bewegungen in drei Raumrichtungen. Die Gyroskopsensoren erfassen Rotationsbewegungen um drei Achsen. Gemeinsam zeichnen sie das dynamische Verhalten des Drehgestells auf, während sich der Zug über das Schienennetz bewegt.
Die Sensoren sind in ein bordeigenes Messsystem integriert, das zusätzlich Positionsdaten nutzt. Dadurch lässt sich jeder Messwert einer konkreten Position im Schienennetz zuordnen.
Was die Messdaten über die Gleisgeometrie aussagen
Das Messsystem kombiniert Beschleunigungs-, Drehraten- und Positionsdaten, um die Geometrie des Gleises zu bewerten.
Dazu gehören:
- Längshöhe: vertikale Unregelmäßigkeiten entlang des Gleises
- Gleislage: seitliche Abweichungen vom vorgesehenen Gleisverlauf
- Gleisverwindung: Unterschiede in der Schienenhöhe über eine definierte Strecke
Durch wiederholte Messungen lassen sich Streckenabschnitte identifizieren, in denen sich die Gleisgeometrie verändert oder zunehmend vom gewünschten Zustand abweicht.
Die Ergebnisse können auf Probleme wie ungleichmäßige Setzungen, Veränderungen der Gleisposition oder lokale Verformungen hinweisen. So können Instandhaltungsteams besser bestimmen, wo weitere Inspektionen oder Korrekturmaßnahmen erforderlich sind.
Das System dient der Überwachung der Gleisgeometrie. Schäden an Schienen, Schwellen oder Befestigungselementen werden damit nicht direkt erkannt. ASCs Beschleunigungs- und Gyroskopsensoren kommen in individuell abgestimmten Messsystemen zum Einsatz, um Veränderungen von Längshöhe, Gleislage und Gleisverwindung zu berechnen.
Entwickelt für den Einsatz im Eisenbahnbereich
Die ausgewählten ASC RAIL-Sensoren sind für den Einsatz in Schienenfahrzeugen konzipiert und erfüllen die geltenden Anforderungen der Norm EN 50155.
Sie verfügen über robuste Edelstahlgehäuse mit Schutzart IP68 sowie für den Eisenbahnbereich geeignete Kabel und Kabelverschraubungen. Die Sensorserie wurde zudem auf Vibrations- und Stoßfestigkeit, Temperaturbeständigkeit und elektromagnetische Verträglichkeit geprüft.
Die dreiachsigen Beschleunigungssensoren nutzen kapazitive MEMS-Technologie und können sowohl statische als auch dynamische Beschleunigungen messen. Die dreiachsigen Gyroskope basieren auf der MEMS-Schwingringtechnologie und sind so ausgelegt, dass sie auch bei externen Vibrationen und Stößen stabil bleiben.
Häufigere Zustandsinformationen im laufenden Betrieb
Wenn mehrere Personenzüge während des regulären Betriebs dieselben Strecken befahren und vermessen, erhält der Infrastrukturbetreiber deutlich häufiger und reproduzierbar Informationen über Veränderungen der Gleisgeometrie.
Dieselben Streckenabschnitte können von unterschiedlichen Zügen und zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen werden. Dadurch entsteht Redundanz, und Messergebnisse lassen sich über längere Zeiträume miteinander vergleichen.
In der Projektdokumentation werden nahezu in Echtzeit verfügbare Daten, Redundanz und Kosteneinsparungen als wesentliche Vorteile genannt. Darüber hinaus wird angegeben, dass fünf entsprechend ausgerüstete Züge täglich rund zwanzig Stunden Messdaten erzeugen können.
Vorausschauende Instandhaltung
Häufigere Messungen helfen dem Betreiber, Veränderungen zu erkennen, bevor daraus schwerwiegendere Beeinträchtigungen des Gleiszustands entstehen. Instandhaltungsteams können die Daten nutzen, um:
- Veränderungen der Gleisgeometrie früher zu erkennen;
- die Entwicklung von Abweichungen im Zeitverlauf zu überwachen;
- Inspektionen und Instandhaltungsmaßnahmen gezielt zu priorisieren;
- einzugreifen, bevor ein Zustand zu Betriebsstörungen führt;
- die Instandhaltungsplanung und die Verfügbarkeit des Schienennetzes zu verbessern.
Damit unterstützt das System den Übergang von periodischen Inspektionen hin zu einer zustandsbasierten und vorausschauenden Instandhaltung. Eine kontinuierliche Überwachung kann dazu beitragen, Betriebsunterbrechungen zu reduzieren und die Verfügbarkeit des Schienennetzes zu erhöhen.
Eine skalierbare Monitoring-Plattform
Das Messkonzept wurde als skalierbare Plattform entwickelt. Mit wachsendem Umfang des Programms können weitere Züge, zusätzliche Sensortypen und neue Informationsprodukte integriert werden.
Durch den Einsatz von Personenzügen lässt sich die Messabdeckung erhöhen, ohne für jede Inspektion einen speziellen Messzug einsetzen zu müssen. Langfristiges Ziel ist eine breitere Abdeckung des Schienennetzes durch mehrere Züge und unterschiedliche Fahrzeugtypen.
Der eigentliche Mehrwert besteht nicht einfach darin, mehr Daten zu erfassen, sondern ein kontinuierlicheres Bild davon zu erhalten, wie sich der Gleiszustand im Laufe der Zeit entwickelt. Althen hat uns bei der Auswahl und Integration von Sensoren unterstützt, die auch unter den anspruchsvollen Bedingungen in einem Personenzug stabile Messwerte liefern.
Projektübersicht
- Anwendung
Kontinuierliche Überwachung der Gleisgeometrie - Messplattform
Personenzüge im regulären Linienbetrieb - Sensorlösung
Triaxiale ASC RAIL Beschleunigungssensoren und triaxiale ASC RAIL Gyroskopsensoren - Sensorposition
Montage an den Drehgestellen der Züge - Direkt gemessene Größen
Lineare Beschleunigung und Drehrate - Berechnete Gleisparameter
Längshöhe, Gleislage und Gleisverwindung - Mögliche Zustandsindikatoren
Ungleichmäßige Setzungen, Veränderungen der Gleisposition und lokale Verformungen - Bahnnormen
Anwendbare Anforderungen gemäß EN 50155 sowie Messung der Gleisgeometrie gemäß EN 13848 - Wichtigste Vorteile
Höhere Messfrequenz, wiederholte Streckenabdeckung, frühere Erkennung von Veränderungen und Unterstützung der vorausschauenden Instandhaltung
Unterstützung bei der Überwachung des Schienennetzes
Durch die Integration von ASC RAIL Beschleunigungs- und Gyroskopsensoren in reguläre Personenzüge hat der Infrastrukturbetreiber eine skalierbare Methode zur Überwachung der Gleisgeometrie im laufenden Betrieb geschaffen.
Die Lösung kombiniert für den Bahneinsatz geeignete Sensoren mit einer häufigen Abdeckung des Schienennetzes. Dadurch lassen sich Veränderungen der Gleisgeometrie früher erkennen, und Instandhaltungsteams können Inspektionen und Eingriffe gezielt dort durchführen, wo sie am dringendsten erforderlich sind.
Reguläre Personenzüge transportieren damit nicht nur Fahrgäste. Sie tragen gleichzeitig dazu bei, das Schienennetz unter ihnen kontinuierlich zu überwachen.
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