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 Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten
22.08.2017 | Fraunhofer IPM

nachricht Kieler Wissenschaft entwickelt exzellentes Forschungsdatenmanagement
21.08.2017 | ZBW – Leibniz-Informationszentrum Wirtschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Platz 2 für Helikopter-Designstudie aus Stade - Carbontechnologie-Studenten der PFH erfolgreich

Bereits lange vor dem Studienabschluss haben vier Studenten des PFH Hansecampus Stade ihr ingenieurwissenschaftliches Können eindrucksvoll unter Beweis gestellt: Malte Blask, Hagen Hagens, Nick Neubert und Rouven Weg haben bei einem internationalen Wettbewerb der American Helicopter Society (AHS International) den zweiten Platz belegt. Ihre Aufgabe war es, eine Designstudie für ein helikopterähnliches Fluggerät zu entwickeln, das 24 Stunden an einem Punkt in der Luft fliegen kann.

Die vier Kommilitonen sind im Studiengang Verbundwerkstoffe/Composites am Hansecampus Stade der PFH Private Hochschule Göttingen eingeschrieben. Seit elf...

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

6. Leichtbau-Tagung: Großserienfähiger Leichtbau im Automobil

23.08.2017 | Veranstaltungen

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Turbulente Bewegungen in der Atmosphäre eines fernen Sterns

23.08.2017 | Physik Astronomie

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2017

23.08.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Mit Algen Arthritis behandeln

23.08.2017 | Biowissenschaften Chemie