Moderne Sensoren überwachen in Schienenfahrzeugen die Neigung der Waggons, messen Schwingungen und prüfen Antriebswelle, Bremsscheiben und Radreifen auf Verschleiß sowie Funktion. Dies sorgt für planbare Wartungsintervalle, minimiert Zugausfälle und erhöht die Sicherheit für Fahrgäste.

Moderne Sensoren sind in der Lage, eine Vielzahl von Informationen zu sammeln, beispielsweise Geschwindigkeit, Position, Neigung und Abnutzungsgrad von Bauteilen. Mit diesen Daten wird Verschleiß frühzeitig erkannt, Wartungsintervalle werden planbar und Bremsvorgänge oder die Waggonneigung können überwacht werden. Micro-Epsilon bietet ein breites Technologieportfolio für unterschiedliche Messaufgaben. 

Messung des Neigungswinkels 

Eine dieser Messaufgaben ist die Erfassung der Neigung des Wagenkastens bei Kurvenfahrten. Eingesetzt werden induktive Wegsensoren der Serie InduSensor EDS. Das sind Langwegsensoren, die für den rauen industriellen Einsatz in Hydraulik- und Pneumatikzylindern sowie zur Weg- und Positionsmessung von Kolben oder Ventilen entwickelt wurden. Sie erfassen Verschiebungen, Weg, Position, Spalte, Auslenkung, Bewegung, Hub, Füllstände und Federwege. Ein druckdichtes Edelstahlgehäuse schützt den Sensor. Controller und Signalaufbereitung sind vollständig im Sensorflansch integriert. Ein Aluminiumrohr dient als Target. Dieses wird berührungslos und verschleißfrei über dem Sensorstab geführt. Im Hochgeschwindigkeitszug wird mithilfe eines Hydraulikzylinders beim Durchfahren der Kurven der Wagenkasten des Fahrzeuges zum Kurveninneren geneigt. Diese Neigung überwacht der InduSensor EDS. Er leitet die ermittelten Messwerte an die Steuergeräte weiter, welche sie wiederum an die nachfolgenden Wagen weitergeben, um die entstehende Seitenbeschleunigung zu kompensieren. Für Reisende bedeutet dies mehr Komfort: Die seitlichen Beschleunigungskräfte, die auf die Fahrgäste einwirken, werden deutlich reduziert.

 
Schwingungsmessung in Zügen

Eine weitere Möglichkeit, Schwingungen von Waggons zu kompensieren, ist die Messung mit Inertialsensoren. Verschleiß und Abnutzung im Radsatz sowie im Drehgestell können Eigenschwingungen verursachen, die im Fahrgastbereich wahrnehmbar sind. Beschleunigungssensoren der Reihe InertialSensor messen die Schwingungen an verschiedenen Stellen im Triebwagen, in Lokomotiven und in Waggons. Über die Auswertung der hochpräzisen Ergebnisse ist eine Schwingungskompensation möglich. 

Der Neigungssensor InertialSensor INC5502D von Micro-Epsilon, der mit einer Kombination aus Gyroskop und Beschleunigungssensor arbeitet, eliminiert effektiv Messfehler. Zum Einsatz kommt dabei ein Algorithmus zur Störungskompensation, der sogenannte SensorFusion-Algorithmus. Der Neigungssensor von Micro-Epsilon erreicht dadurch eine sehr gute Signalstabilität und bietet dennoch eine hohe Dynamik. Selbst in sehr dynamischen Anwendungen erzielt der Sensor eine Genauigkeit von bis zu ± 0,3°. Die hohe Signalgüte und eine sehr kurze Reaktionszeit ermöglichen damit genaue Messungen. Der Neigungssensor misst in zwei Achsen. Er deckt einen Winkelbereich von 360 Grad in einer Achse und 85 Grad in der zweiten Achse ab.

Radreifenprofilmessung am Prüfstand

Der Radverschleiß, der bei Schienenfahrzeugen durch die hohe Laufleistung verursacht wird, beeinflusst die Sicherheit und die Fahreigenschaften. Daraus resultieren auch beträchtliche Instandhaltungskosten. Um Profilsätze ganzer Züge vorbeugend erfassen zu können, werden Laser-Sensoren von Micro-Epsilon eingesetzt. Die Sensoren sind direkt im Gleisbett integriert. Sie befinden sich in drei Wannen, die hintereinander quer zur Fahrtrichtung im Gleisbett eingelassen sind. In den Wannen 1 und 3 befinden sich je zwei OptoNCDT-Laser-Abstandssensoren. Diese ermitteln den Raddurchmesser und die Position des Radreifens. In Wanne 2 sind ScanControl-Laser-Profilsensoren zur Messung des Radprofils untergebracht. Die Sensoren messen durch halbseitige Aussparungen in den Schienen auf den Radreifen. Anhand der Profildaten werden die Wartungstermine für die Reprofilierung festgelegt. Laseroptische Wegsensoren messen aus großem Abstand zum Messobjekt mit einem sehr kleinen Lichtfleck, der die Erfassung von kleinen Details ermöglicht. Durch das berührungslose Prinzip sind die Messungen verschleißfrei, die Sensoren haben keinen physischen Kontakt zum Messobjekt. Zudem ist die Methode der Laser-Triangulation ideal für sehr schnelle Messungen mit hoher Genauigkeit und Auflösung. Laserscanner der Reihe ScanControl haben eine sehr gute Signalstabilität und liefern dadurch präzise Messergebnisse. Die hohe Profilrate mit bis zu 10 kHz prädestiniert diese Sensoren für dynamische Messaufgaben, die hohe Profilauflösung mit bis zu 2.048 Punkten/Profil für die Erfassung kleiner Details. Je nach Anwendung stehen verschiedene Messbereiche zur Verfügung. Abhängig vom Messobjekt werden Scanner mit rotem Laserlicht oder mit der patentierten Blue-Laser-Technologie eingesetzt.

Lagerspaltmessung in Achslagern 

Um Wartungen planbar zu machen und damit gleichzeitig ungeplanten Zugausfällen entgegenzuwirken, werden Achslager in Hochgeschwindigkeitszügen permanent überwacht. Der Ölfilm im Lagerspalt verhindert den direkten Kontakt von Lagerfläche und Welle. Die daraus resultierenden Gleiteigenschaften des Lagers erhöhen den Wirkungsgrad und verlängern dadurch die Lebensdauer. Zur Überwachung des Lagerspalts werden EddyNCDT-Wirbelstromwegsensoren eingesetzt, die die Messwerte im laufenden Betrieb erfassen und in die Steuerung eingebunden sind. Durch ihre robuste Bauart sind Messungen bei hohem Öldruck sowie bei hohen Temperaturen möglich. Induktive Wegsensoren, die auf dieser Basis arbeiten, liefern hochpräzise Ergebnisse und zeigen sich unempfindlich gegenüber Druck, Schmutz oder Öl. Durch die unterschiedlichen Messbereiche eröffnen sich vielfältige Einsatzgebiete. Die Sensoren entsprechen der Schutzart IP67 und sind damit universell in der Automatisierung sowie im Maschinen- und Anlagenbau einsetzbar. Des Weiteren sind EddyNCDT-Wirbelstromwegsensoren temperaturkompensiert. Durch einfache Handhabung und Bedienung sowie das ausgewogene Preis-Leistungs-Verhältnis sind sie vor allem für den Serieneinsatz und OEM-Anwendungen geeignet.

Autor
Erich Winkler, Produktmanager Sensorik