Schwerpunkte

Inbetriebnahme-Tests an Fernzügen

Mit höchster Sicherheit auf die Bahngleise

26. Mai 2021, 08:56 Uhr   |  Nicole Wörner

Mit höchster Sicherheit auf die Bahngleise
© Markus Mainka - stock.adobe.com

Alle Personenzüge müssen vor ihrer Zulassung für den Regelbetrieb zahlreiche anspruchsvolle Tests durchlaufen.

Messsysteme für Inbetriebnahmetests von Personenzügen müssen auch unter rauesten Bedingungen hochgenaue Ergebnisse liefern. Bei den Erprobungsfahrten eines neuen Fernverkehrszuges hat sich imc Test & Measurement für die kapazitiven Beschleunigungssensoren von ASC entschieden.

Die Prüfingenieure von imc führen weltweit Messungen in Bahntechnikanwendungen durch. In diesem Fall hatte imc ein englisches Verkehrsunternehmen mit der Durchführung der Sicherheits- und Fahrkomforttests an einem Fernverkehrszug beauftragt. Diese Tests sind zwingend vorgeschrieben, damit ein Personenzug die Erlaubnis für den Betrieb im Regelverkehr erhält. Normalerweise nutzt imc dafür Sensoren eigener Lieferanten. »Der Kunde bestand aber darauf, die Sensoren für die Datenerfassung über seinen Stamm-Distributor zu bestellen«, erinnert sich Torsten Michel, Vertriebsingenieur bei imc. Normalerweise wäre das kein Problem gewesen, aber bis zum Start der Messungen waren es nur noch drei Wochen und der Händler konnte nicht so kurzfristig liefern. Auf der Suche nach einer Alternative stieß imc auf ASC. Während alle anderen angefragten Sensorhersteller und -händler aufgrund der kurzen Zeitspanne und der Sonderwünsche von imc abwinkten, sagten die Sensorspezialisten aus Pfaffenhofen an der Ilm sofort zu.

Das 2006 gegründete, inhabergeführte Unternehmen fertigt in Deutschland und kann daher deutlich flexibler agieren als die Wettbewerber. Zusammen mit den Projektverantwortlichen definierten die ASC-Experten die gewünschten Parameter und wählten die passenden Sensoren aus. Für den Einsatz am Testzug fiel die Wahl auf die uniaxialen Beschleunigungssensoren ASC OS-115LN und die triaxialen Beschleunigungssensoren ASC 5411LN, jeweils von ASC mit kundenspezifischen Steckern beziehungsweise Kabeln eines Schweizer Herstellers ausgestattet.

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Beschleunigungs- und Drehratensensoren von ASC messen zahlreiche Parameter an den Drehgestellen und in den Wagenkästen von Zügen

Mit Hilfe der kapazitiven Beschleunigungssensoren von ASC sollte zum einen die dynamische Stabilität des Drehgestells des Testzuges gemessen werden. Zum anderen wollte man ermitteln, wie sich die Beschleunigung des Drehgestells auf die Fahrgäste auswirkt. Nur wenn die bei diesen Tests gewonnenen Werte innerhalb der in den einschlägigen Normen DIN EN 14363 und UIC 518 genannten Toleranzgrenzen liegen, sind die Voraussetzungen für die Erteilung der Betriebserlaubnis gegeben.

Die imc-Ingenieure entschieden sich für die Low-Noise-Sensoren ASC OS-115LN und ASC 5411LN, »weil sie ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen und deshalb selbst niedrigste Frequenzen messen können«, so Torsten Michel. In Verbindung mit einer hohen Abtastrate lassen sich so sehr feine Messungen durchführen, deren Werte eine hohe Aussagekraft haben.

Robust und empfindlich zugleich

Die Sensoren vom Typ ASC OS-115LN bieten einen breiten Messbereich von ±2 bis ±400 g und weisen das geringste spektrale und Breitbandrauschen aller Beschleunigungssensoren der OS-Serie auf (7 bis 400 μg/√Hz). Sie halten darüber hinaus Schwingungen beziehungsweise Vibrationen bis zu einer Stärke von 4000 gpk problemlos stand und sind hermetisch versiegelt (IP 68). Weil der Sensor am Drehgestellt des Testzuges befestigt werden sollte, wo raue Bedingungen herrschen, war diese Eigenschaft ein weiterer Pluspunkt.

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Hochgenaue Beschleunigungssensoren von ASC messen unter anderem die mechanische Stabilität des Drehgestells von Zügen.

Der ASC 5411LN arbeitet ebenfalls mit einem sehr guten Signal-Rausch-Verhältnis und eignet sich deshalb ideal für die Erfassung niedriger Frequenzen und Amplituden. Der Sensor bietet denselben Messbereich wie der OS-115LN und ist ebenso empfindlich (2000 bis 10 mV/g). Da der ASC 5411LN für Temperaturen von -40 bis +100 °C ausgelegt ist, kann der Sensor in nahezu allen Klimazonen eingesetzt werden.

Messdatenerfassung aus tausenden Kanälen

Neben der Qualität der Sensoren spielte die Länge der verwendeten Kabel eine große Rolle, denn die Sensoren sollten an das Messsystem imc CRONOSflex angeschlossen werden, das dezentral aufgebaut ist und deshalb verteilte Messungen über den gesamten Zug hinweg ermöglicht. Das imc CRONOSflex ist ein modulares, räumlich verteilbares Messsystem für elektromechanische Tests. Seine Komponenten lassen sich mithilfe eines Klicksystems elektrisch und mechanisch miteinander verbinden.

imc CRONOSflex unterstützt nahezu jeden physikalischen Sensor und Signaltyp und ermöglicht die Erfassung mehrerer tausend Kanäle. Diese Fähigkeit ist besonders bei der Durchführung von Inbetriebnahmetests an Zügen hilfreich, wo Daten aus einer Vielzahl von Kanälen gesammelt und ausgewertet werden müssen. Das Messsystem ist in zwei Ausführungen mit Summenabtastraten von 400 kSamples/s oder 2000 kSample/s lieferbar (bis zu 100 kSamples/s je Kanal) und verfügt über eine TCP/IP-Ethernet-Schnittstelle zum Anschluss eines PCs. Es kann sowohl für zentrale als auch für dezentrale Messungen eingesetzt werden. Letztere haben den Vorteil, dass sich die Baugruppen direkt am Standort des Sensors montieren lassen, sodass eine ausgedehnte, störanfällige Sensorverkabelung nicht nötig ist.

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Der Beschleunigungssensor ASC 5411LN eignet sich für den Einsatz in einem weiten Temperaturbereich und kann deshalb in nahezu allen Klimazonen verwendet werden.

Echtzeitverrechnung informiert über den aktuellen Zug-Status

Mit dem imc CRONOSflex werden analoge Signale, die Werte von Inkrementalgebern, digitale Prozessgrößen oder Feldbusprotokolle zeitsynchron erfasst. Das System ist darüber hinaus in der Lage, Messgrößen direkt aus dem Multifunction-Vehicle-Bus (MVB) zu extrahieren, der Informationen und Befehle innerhalb eines Zuges übermittelt. Diese Daten werden synchron zu den Daten der analogen Messkanäle eingelesen und mit ihnen zusammengeführt. Durch die integrierte Echtzeitplattform imc Online FAMOS können die strömenden Rohdaten online analysiert werden, sodass die Prüfingenieure schon während der Testfahrt einen Überblick über den aktuellen Zustand des Zuges erhalten.

Sensoren an zahlreichen Messpunkten installiert

Bevor die Messungen starten konnten, musste der Testzug jedoch »instrumentiert«, das heißt mit der nötigen Messtechnik ausgestattet werden. Die Beschleunigungssensoren vom Typ ASC OS-115LN wurden von imc-Technikern an verschiedenen Positionen des Drehgestells vertikal und horizontal befestigt. Dazu schraubte man sie auf sogenannte Montageplatten, die wiederum am Drehgestellt festgeklebt wurden. Für die Fahrkomfortmessungen fixierte man die Sensoren ASC 5411LN mit doppelseitigem Klebeband auf dem Boden im Inneren der Wagenkästen und sicherte sie zusätzlich mit Sandsäcken.

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Die uniaxialen Beschleunigungssensoren ASC OS-115LN weisen ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis auf und messen deshalb selbst niedrigste Frequenzen.

Entgleisungstest ist der wichtigste

Die Messungen fanden über mehrere Monate hinweg auf der Teststrecke in Melton Mowbray in England statt. Dazu fuhr der Testzug mit Geschwindigkeiten, die etwa zehn Prozent über der für diesen Zugtyp zulässigen Höchstgeschwindigkeit lagen. »Wir haben eine ganze Reihe von Tests gemacht, wobei die Entgleisungsprüfung die wichtigste von allen war«, erläutert Vertriebsingenieur Torsten Michel das Verfahren. Aus Effizienzgründen wurden die einzelnen Tests allerdings nicht mehr wie früher nacheinander durchgeführt. »Man versucht heute, möglichst viele Prüfungen während einer einzigen Testfahrt zu erledigen«, so Michel. Auf diese Weise werden nicht nur die Kosten reduziert, sondern auch die Beeinträchtigungen bei den vorgeschriebenen Tests im öffentlichen Schienennetz so gering wie möglich gehalten.

ASC-Sensoren überzeugten

Die Erprobungsfahrten wurden vor einiger Zeit erfolgreich abgeschlossen, der Fernverkehrszug verkehrt mittlerweile im Regelbetrieb. Torsten Michel und seine Kollegen sind nicht nur mit der Leistung der ASC-Sensoren sehr zufrieden, auch der Service des Unternehmens hat sie beeindruckt: »Unsere Ansprechpartner waren sehr flexibel und sind auf alle unsere Wünsche eingegangen.« Michel kann sich deshalb gut vorstellen, dass bei einem der nächsten Projekte wieder Sensoren von ASC mit an Bord sind.

Nicole Wörner

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