Funk-Sensornetz vereinfacht Inbetriebnahme von Schienenfahrzeugen

Experten von Siemens haben ein drahtloses Sensorsystem entwickelt, das die mechanische Belastung eines Fahrzeuges ermittelt.

Mit möglichst wenig Energieaufwand erfassen die Sensoren beispielsweise Vibrationsdaten an unterschiedlichen Stellen, ohne dass Aufwand durch Kabelverlegen entsteht, wie das Forschungsmagazin Pictures of the Future in seiner jüngsten Ausgabe berichtet.

Wenn die mechanischen Belastungen der Bauteile genauer bekannt sind, können Schienenfahrzeuge energieeffizienter werden. Nur wenn die statische und dynamische Sicherheit garantiert ist, kann über Materialeinsparungen nachgedacht werden. Außerdem bestehen moderne Triebfahrzeuge aus immer mehr Komponenten unterschiedlicher Zulieferer.

Um ein fehlerfreies Zusammenspiel dieser Teilevielfalt zu gewährleisten, müssen die mechanischen Belastungen bei der Definition der Auslegungsanforderungen genau definiert werden. Um Aussagenüber die Lebensdauer und Instandhaltungsvorschriften ableiten zu können sind die genauen mechanischen Belastungen ebenfalls notwendig.

Bisher sind Sensoren, die mechanische Stoß- und Zugbelastungen während der Fahrt messen, mit Kabeln an die Messwerterfassung angeschlossen. Auch bei Windkraftturbinen, Autos oder Flugzeugen werden verkabelte Sensoren verwendet. Gerade bei Schienenfahrzeugen ist dies aber ein Problem.

Sensoren im Fahrzeuginnern miteinander zu verkabeln, ist aufwändig, und sie sind vielen elektromagnetischen Störfeldern ausgesetzt. Die außen verlegten Kabel sind aber Sonne, Regen oder Kälte ausgesetzt und am Unterboden sind sie durch Steinschlag aus dem Gleisbett gefährdet.

Die Sensor- und Funkexperten der globalen Siemens-Forschung Corporate Technology entwickelten das drahtlose Sensorsystem in dem Förderprojekt Akusens. Bis zu 20 Sensorknoten können gleichzeitig betrieben werden und Daten synchron aufzeichnen. An jedem Sensorknoten wurde ein dreiachsiger Beschleunigungssensor befestigt, der kontinuierlich misst.

So wird ein Belastungs- und Schwingungsprofil erstellt, das die dauerhafte Beanspruchung der einzelnen Bauteile beschreibt. Es zeigt anhand der Vibrationsdaten, wie sehr Wagenkasten und Fahrwerk durch die Verwindung beansprucht werden. Für das menschliche Auge bleiben diese Bewegungen unsichtbar, weil sich die Bauteile nur um wenige Millimeter bewegen.

Das System kam neun Monate lang auf der Bahnstrecke zwischen Rotterdam und der Schweizer Gemeinde Muttenz im Alltagsbetrieb einer Güterzuglokomotive zum Einsatz. Zwischen minus 20 Grad und bis 85 Grad Celsius funktionierten die kabellosen Sensoren exakt und zuverlässig. In Zukunft sollen ihre Vorteile auch für andere Anwendungen getestet werden. (2013.11.3)