Funksensoren checken Räder von Zügen während der Fahrt
Ein Zugunglück wie die Katastrophe von Eschede wäre mit diesen Sensoren nicht passiert: Forscher des Berliner Fraunhofer-Instituts haben Funksensoren für Zugräder entwickelt, die auch kleinste Schwingungsänderungen und Materialermüdungen erkennen und sofort den Lokführer alarmieren.
Ein neuer ICE 3 der Baureihe 407 fährt im Februar 2014 in den Hauptbahnhof in Frankfurt am Main ein. Falls das Sensorsystem seinen Praxistests in Brandenburger Straßenbahnen besteht, könnte es zukünftig auch Zugfahrten sicherer machen.
Foto: dpa
Defekte Radreifen eines Zugs können dramatische Folgen haben. Deshalb setzt die Deutsche Bahn auf eine engmaschige Kontrolle der ICE-Radsätze. Die ist allerdings sehr zeit- und kostenaufwändig und bei einer reinen Sichtkontrolle auch nicht immer zuverlässig. Im Berliner Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) haben Forscher jetzt eine zeitgemäße Alternative entwickelt. Sie soll die Sicherheit erhöhen und gleichzeitig den Aufwand reduzieren.
Tiefendiagnose entdeckt auch kleinste Schäden
Das Projekt heißt „Mobile Sensorsysteme für zustandsbasierte Instandhaltung“, kurz MoSe. Das Ziel: Züge sollen nicht mehr nach festgelegten Intervallen gewartet, sondern immer dann instandgesetzt werden, wenn tatsächlich ein drohender Schaden aufgespürt wurde. Damit auch winzige Schäden sehr frühzeitig auffallen, werden alle Achsen und Fahrgestelle eines Zuges mit kleinen Funksensoren bestückt.
Das Unglück in Eschede war das schwerste Bahnunglück der Nachkriegsgeschichte: Am 3. Juni 1998 raste der Intercity-Express 884 dort mit 200 km/h gegen eine Betonbrücke und entgleiste. 101 Menschen kamen ums Leben. Unfallursache war ein gebrochenes Rad.
Quelle: dpa
Die Sensoren erfassen die für den Zustand der Verschleißteile relevanten Daten und leiten sie weiter an die sogenannte Maintenance-Cloud im Internet. Dort werden die Mess- und Analysedaten verschlüsselt für die Nutzer abgelegt. Projektleiter Michael Niedermayer nennt das Tiefendiagnose, denn die Sensoren könnten auch kleinste Schwingungsänderungen erkennen, wie sie etwa bei feinen Rissen einer Kugel in einem Lager auftreten. Dann kann repariert werden, bevor der Schaden größer wird.
Räder können frühzeitig gewartet werden
„Das Besondere an dem Ansatz ist, dass er eine lückenlose Kontrolle während der Fahrt erlaubt und Züge nicht ins Depot müssen“, sagt Manfred Deutzer vom Projektpartner Deutzer Technische Kohle. Zwar gibt es auch drahtgebundene Sensoren, mit denen Fahrwerke der Schienenfahrzeuge auf Verschleiß überprüft werden, doch sie erreichen nicht die hohe Diagnosequalität, die die MoSe-Entwickler anstreben.
Funktionsweise des Sensorsystems: Die Sensoren an den Rädern schicken kontinuierlich Daten über den Zustand der Räder und Achsen an einen Server. Wartungsarbeiter können dann drohende Materialschwächen gezielt und schnell beheben, Entwickler Bauteile kontinuierlich verbessern.
Quelle: Fraunhofer IZM
Mit dem neuen Verfahren sind exakte Angaben etwa darüber möglich, ob ein Achslager in drei Monaten ausgetauscht werden muss – und nicht auf Verdacht deutlich eher. Wenig wirtschaftlich ist auch die bislang übliche Wartung von Rädern, die nach starren Intervallen abgedreht werden, um Flachstellen zu beseitigen, die auch Schienen verschleißen lassen. „Das ist dreimal möglich, dann wandern die Räder auf den Schrott“, sagt Deutzer. „Sinnvoller und kostensparender wäre es, nur schlecht laufende Räder zu schleifen. Doch für Flachstellen gibt es bisher noch keine gute Analyseanwendung.“
MoSe soll bald in einer Straßenbahn in Brandenburg getestet werden
Mit MoSe wollen die Berliner Wissenschaftler nicht nur die Diagnostik verbessern, sondern die erfassten Daten detailliert und passgenau aufbereiten. So soll der Zugführer die für ihn wichtigen Informationen, etwa über einen kritischen Radschaden, erhalten. Dem Diagnosetechniker sollen die detaillierten Messdaten bei der Beurteilung helfen, wie schnell etwa ein Getriebeschaden voranschreitet. Und schließlich soll auch der Entwickler von den statistisch aufbereiteten Messwerten zum Verschleiß aller Teile profitieren und mit den Informationen das technische Design der nächsten Produktgeneration verbessern.
Allerdings ist die Entwicklung der Analyse-Algorithmen eine Gratwanderung. „Sie dürfen nicht zu viel Rechenpower und damit Energie für sich beanspruchen, weil das System batterielos funktionieren soll“, erklärt Niedermayer. MoSe setzt auf Energy Harvesting, nutzt also Energie aus Vibrationen oder Wärme, die beim Rotieren der Teile entsteht. In den kommenden beiden Jahren wird 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.
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