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Inertial-Sensoren für den Zugbetrieb

Auf dem Weg zum sicheren Schienenverkehr

4. Juli 2022, 13:57 Uhr | Nicole Wörner

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Schäden an Gleisen werden frühzeitig erkannt

Für die Zustandsüberwachung des Streckennetzes im Rahmen eines Continuous Track Monitoring (CTM) sind kapazitive und piezoelektrische Beschleunigungssensoren ebenfalls unentbehrlich. Die Deutsche Bahn AG setzt ASC-Sensoren bereits seit einigen Jahren zur Gleislagedatenerfassung an ihren Fernzügen ein, wo sie im Regelbetrieb die vertikale Beschleunigung an den Radsatzlagern und die Beschleunigung im Inneren der Wagenkästen messen (nach EN 13848).

Anhand der ermittelten Daten kann die DB Systemtechnik GmbH Unregelmäßigkeiten in der Längshöhe des Gleiskörpers erkennen. Abweichungen in der Längshöhe haben einen großen Einfluss auf die Betriebsqualität: Liegen Fehler in der Geometrie vor, müssen umgehend Instandhaltungsmaßnahmen ergriffen werden. Im Extremfall sind sogar Streckensperrungen nötig. Durch eine ständige Zustandsüberwachung mithilfe von Sensoren können potenzielle Schäden frühzeitig erkannt und behoben werden. So kommt es erst gar nicht zu Beeinträchtigungen des Fahrbetriebs.

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Funktionsbaukasten für maximale Flexibilität

Das Fahrgastaufkommen im Schienenverkehr wächst allerdings ständig und damit steigen die Belastungen für das Streckennetz und die Züge. Um den hohen Anforderungen gerecht zu werden, kommen auch im Bahnbereich immer häufiger digitale Technologien zum Einsatz. Diese erfordern aber immer kompaktere und intelligentere Sensorlösungen. Mit seinen smarten Sensorsystemen ASC AiSys und seinem modularen Funktionsbaukasten bietet ASC die passende Antwort auf diese Herausforderungen. Der Funktionsbaukasten umfasst dabei zum einen die eingesetzte Hardware – also zuverlässige und bewährte Sensorelemente für die Bestimmung der physikalischen Größen Beschleunigung und/oder Winkelgeschwindigkeit, das an die rauen Umgebungsbedingungen angepasste Housing sowie die kabellose oder kabelgebundene Datenübertragung mit einer Vielzahl standardisierter Schnittstellen. Der Funktionsbaukasten beinhaltet zum anderen aber auch die flexibel kombinierbaren Softwarekomponenten zur Signalverarbeitung, die lokal auf dem Sensor stattfindet.

Die smarten Sensorsysteme ASC AiSys verfügen dabei über Rechenleistung, die frei verwendet werden kann, um die Algorithmen für die Merkmalsextraktion an die eigenen Bedürfnisse anzupassen. Mittels pre-processing wird in der ersten Stufe eine Datenreduktion durchgeführt. Auf deren Basis werden bspw. durch die Anwendung von FFTs (Fast Fourier Transformation), Wavelets oder Time Series Merkmalsvektoren extrahiert. Die nachfolgende Trendanalyse und/oder das Clustering der Ergebnisse führt somit gezielt zur Statusinformation der Komponente oder des Systems. Die Datenhoheit obliegt dabei immer dem Anwender und APIs (Programmierschnittstellen) bilden die Grundlage zur Einbindung kundenspezifischer Algorithmen.

Smarte Inertialsensoren von ASC können als offenes System in beliebige andere Systeme integriert werden. Sie sind für jede Applikation auf Basis der Beschleunigungs-, Schwingungs- oder Winkelgeschwindigkeitsmessung einsetzbar und werden gemäß der Kundenanforderungen erstellt.

Datenübermittlung in Echtzeit

Bisher wurden die Daten noch extern erfasst und in zeitlichen Abständen ausgewertet. Bei den neuen smarten Sensorsystemen ASC AiSys erfolgt die Verarbeitung dagegen direkt auf dem Sensor, der dann eine Statusmeldung nach dem Ampelprinzip ausgibt. Schienennetz-Betreiber können den Zustand der Fahrzeuge und Infrastruktur deshalb jetzt auch in Echtzeit überwachen und Unregelmäßigkeiten noch schneller erkennen. Die Anzahl der Störungen wird dadurch auf ein Minimum reduziert.

Ein störungsfreier Betrieb ist wiederum die Grundvoraussetzung für eine höhere Auslastung der Strecken. Die Deutsche Bahn strebt diese in ihrer Dachstrategie „Starke Schiene“ an, mit der die verkehrs- und klimapolitischen Ziele der Bundesregierung erreicht werden sollen. ASC-Sensoren können also indirekt einen Beitrag für die Verlagerung des Verkehrs von der Straße auf die Schiene leisten.