Vibrationen liefern Energie für Tunnelmonitoring

Vibrationen des Schienenverkehrs liefern Energie für Monitoring-Systeme in Bahntunneln und verraten auch Daten über die Züge selbst. Ein entsprechendes System dafür haben Forscher vom Institut für Mikrosystemtechnik (Imtek) und an der Uni Freiburg nun präsentiert. Die Technik ist günstig und einfach installierbar. Zudem dürfte sie eine lange Lebensdauer besitzen, erklärt Forscher Martin Wischke im Gespräch mit pressetext.

390 Mikro-Joule pro Zug
Da eine Befestigung an den Schienen selbst nicht möglich ist, wurde der aktuelle Testgenerator im Schweizer Lotschbergbasistunnel an den Gleisschwellen befestigt. Die dort erfassten Vibrationen liefern auch Informationen über den durchfahrenden Zug – etwa die Größe der Waggons, die Qualität der Räder und ob es sich um einen Fracht- oder Personenzug handelt. Dies könnte in Zukunft auch eine sinnvolle Einbindung in Verkehrsüberwachungsanlagen ermöglichen.

Mit einem Prototypen konnten bei 580 Zug-Durchfahrten im Mittel rund 390 Mikro-Joule pro Zug gewonnen werden, erklärt Imtek-Wissenschafter Wischke im pressetext-Interview. „Eine Steigerung der Ausbeute wäre durch größere Balken oder einen größeren Generator möglich. Das eingesetzte System umfasste vier mal vier Zentimeter, das könnte man aber deutlich steigern“, so der Experte.

Sparsames System
Die gewonnene Energie speichert das System in einem Kondensator. Über einen extrem energiearmen Kontrollschaltkreis, der einen Betrieb mit lediglich 70 Nano-Ampere ermöglicht, könnten schließlich die Sensoren für die Zustandsüberwachung nach Bedarf angeschlossen und mit Energie gespeist werden. Da die Überwachung nur sequentiell notwendig ist – für eine periodische Rückmeldung und bei Ereignissen, wie der Durchfahrt eines Zuges – arbeitet das System insgesamt sehr sparsam.

Über die Beschaffenheit des Tunnels liefert die Vibrationsanalyse jedoch keine Informationen, denn das Gleisbett verhindert zum Schutze der Tunnelwand als auch Anrainern in Streckennähe die Übertragung von Vibrationen über die Schienen hinaus.

Industriereife in Aussicht
Wischke rechnet damit, dass das System eine große Lebensdauer besitzt. Im Labor bestand es einer Belastung von mehreren Mio. Schwingungszyklen, was einer Laufzeit von mehreren Jahren bei einem Betrieb von einigen Minuten pro Stunde entspricht, ohne Probleme. Der Forscher erinnert aber daran, dass dieser Test nicht mit den Verhältnissen unter Realbedingungen im Zugverkehr verglichen werden kann. Die Langzeittests unter Einsatzbedingungen stehen noch aus.

Nun wollen die Wissenschafter ihre Erfindung weiter verbessern und zur Industriereife bringen.

Die Entwicklung ist Teil des Forschungsprojekts „Automatisierte Informationsgewinnung und Schutz kritischer Infrastruktur im Katastrophenfall“ (AISIS) http://aisis-innovation.org/ des Deutschen Bundesministeriums für Bildung und Forschung.