Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sensoren für mehr Sicherheit im Schienenverkehr

30.07.2014

Schäden an Schienenfahrzeugen erkennen, bevor es zu spät ist, und Züge erst dann warten, wenn es wirklich nötig wird: Das soll dank neuartiger Mensch-Maschine-Kommunikation über ein cloud-gestütztes drahtloses Sensornetzwerk möglich werden.

Defekte Radreifen eines Zugs können dramatische Folgen haben. Deshalb setzt die Deutsche Bahn auf eine engmaschige Kontrolle der ICE-Radsätze. Das ist sehr zeit- und kostenaufwändig.


Cloud-gestütztes Sensornetzwerk zur zustandsbasierten Instandhaltung von Schienenfahrzeugen.

© Fraunhofer IZM

Forscher des Berliner Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM entwickeln zusammen mit Industriepartnern eine Lösung, durch die hohe Sicherheit bei weniger Aufwand gewährleistet werden kann.

»Wir wollen sehr früh Schäden aufspüren und weg von der intervallbasierten Wartung hin zur zustandsbasierten Instandsetzung«, erklärt Dr. Michael Niedermayer, der am IZM die Arbeitsgruppe Technologieorientierte Designmethoden leitet. Er koordiniert das Projekt »Mobile Sensorsysteme für zustandsbasierte Instandhaltung«, kurz: MoSe.

Lückenlose Kontrolle

Dahinter verbirgt sich ein cloud-gestütztes drahtloses Sensornetzwerk: Alle Achsen und Fahrgestelle eines Zugs sind dazu mit kleinen Funksensoren bestückt. Diese erfassen die für den Zustand der Verschleißteile relevanten Daten und leiten sie weiter in die »Wartungswolke«, die Maintenance-Cloud im Internet.

Dort werden die Mess- und Analysedaten verschlüsselt für die Nutzer abgelegt. Sogar feinste Risse einer Kugel in einem Lager sollen so erkannt werden. Niedermayer beschreibt das System: »Die Sensorknoten können kleinste Schwingungsänderungen erfassen. Wir nennen das Tiefendiagnose.« Das ermöglicht eine Reparatur, bevor es scheppert und sich ein Schaden auswächst.

»Das Besondere an dem Ansatz ist, dass er eine lückenlose Kontrolle während der Fahrt erlaubt und Züge nicht ins Depot müssen – wobei eine Sichtprüfung auch nicht zu hundert Prozent zuverlässig ist«, sagt Manfred Deutzer vom Projektpartner Deutzer Technische Kohle GmbH.

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

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. »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.« Die soll MoSe liefern.

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 kann anhand detaillierter Messdaten beurteilen, wie schnell etwa ein Getriebeschaden voranschreitet.

Der Entwickler verbessert das technische Design der nächsten Produktgeneration mit Hilfe von statistisch aufbereiteten Messwerten zum Verschleiß aller Teile. Alle Beteiligten bekommen die Daten so geliefert, 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 ist 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 kann. Bislang sind Sensoren nur auf die konstante Drehzahl ausgelegt.

Das ist zwar einfacher handhabbar, aber die Diagnosequalität leidet. Möglich wird 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 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.

Dr.-Ing. Dr. rer. oec. Michael Niedermayer | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2014/August/sensoren-fuer-mehr-sicherheit-im-schienenverkehr---forschung-kom.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Intelligente Videoüberwachung für mehr Privatsphäre und Datenschutz
16.01.2018 | Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

nachricht Ein „intelligentes Fieberthermometer“ für Mikrochips
16.01.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Im Focus: The first precise measurement of a single molecule's effective charge

For the first time, scientists have precisely measured the effective electrical charge of a single molecule in solution. This fundamental insight of an SNSF Professor could also pave the way for future medical diagnostics.

Electrical charge is one of the key properties that allows molecules to interact. Life itself depends on this phenomenon: many biological processes involve...

Im Focus: Wie Metallstrukturen effektiv helfen, Knochen zu heilen

Forscher schaffen neue Generation von Knochenimplantaten

Wissenschaftler am Julius Wolff Institut, dem Berlin-Brandenburger Centrum für Regenerative Therapien und dem Centrum für Muskuloskeletale Chirurgie der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

2. Hannoverscher Datenschutztag: Neuer Datenschutz im Mai – Viele Unternehmen nicht vorbereitet!

16.01.2018 | Veranstaltungen

Fachtagung analytica conference 2018

15.01.2018 | Veranstaltungen

Tagung „Elektronikkühlung - Wärmemanagement“ vom 06. - 07.03.2018 in Essen

11.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal mit neuem Onlineauftritt - Lösungskompetenz für alle IT-Szenarien

16.01.2018 | Unternehmensmeldung

Die „dunkle“ Seite der Spin-Physik

16.01.2018 | Physik Astronomie

Wetteranomalien verstärken Meereisschwund

16.01.2018 | Geowissenschaften