Die Bremsanlagen von Zügen sind hohen Belastungen ausgesetzt. Drohende Schäden durch Verschleiß müssen behoben werden, bevor diese zu einem Sicherheitsrisiko werden. In der Regel findet dies in den Zugdepots statt. Dadurch erhöhen sich allerdings die Stillstandszeiten und die Wartungsintervalle sind meist kürzer als notwendig. Die Dänischen Staatsbahnen (DSB) haben deshalb beschlossen, ein System zu beauftragen, dass automatisch den Zustand der Bremsbacken während des laufenden Betriebs überwacht. Zu diesem Zweck wurden Hochleistungsscansysteme der deutschen ITTH GmbH & Co. KG zur automatischen Inspektion an den Bahnhöfen in Odense und Kolding sowie eines auf freier Strecke im Gleisbett verbaut. Die Datenübertragung erfolgt über Glasfasersteckverbinder von Fischer Connectors.
Automatisierte Verschleißüberwachung
Jeder Halt an einem Bahnhof ist für die Bremsbacken von Zügen eine Belastungsprobe. Daher muss der Zustand der Bremsbacken permanent überwacht werden, um die Funktionsfähigkeit und Sicherheit der Bremsen zu gewährleisten. Daher entschloss sich die DSB, den Vorgang zu automatisieren. „Unsere Expertise liegt ursprünglich im Bereich der Bildverarbeitung. Wir haben uns gemeinsam mit der DSB dazu entschlossen, diese Kenntnisse sozusagen auf die Schiene zu bringen und die Zustandskontrolle der Bremssysteme zu automatisieren“, berichtet Thomas Hartwig, Geschäftsführer ITTH. „Schon seit längerem sind unsere Scananlagen in Wartungshallen der DSB installiert. Dort sind die Bedingungen zum Ermitteln der Daten sehr günstig, da die Züge eine sehr geringe Geschwindigkeit aufweisen. Dementsprechend sind die Ansprüche an die Geschwindigkeit der Technik nicht ganz so hoch“, erklärt Hartwig. Im Laufe der Zeit kam die Idee auf, das System aus der Halle auf die Strecke zu verlagern. Allerdings musste dafür das System einem Upgrade unterzogen werden. „Höhere Geschwindigkeiten der Züge bedeuten auch, dass eine höhere Bildrate und eine schnellere Übertragung notwendig sind, um verlässliche Ergebnisse zu erzielen“, so Hartwig.
Predictive Maintenance auf der Schiene
Bei der Zustandsüberwachung der Bremsbacken ist es unbedingt notwendig, genau zu wissen, welche Bremse an welchem Zug wann überprüft wurde. Um diese Daten zu erhalten, wird jeder Zug anhand mehrerer RFID-Tags eindeutig identifiziert. „Die von uns analysierten Züge vom Typ IC3 und IC4 haben sogenannte achsmontierte Bremssysteme. Jeder Zug hat 40 bis 60 Bremsen, die eindeutig identifiziert werden müssen, um die Daten zuordnen zu können“, erklärt Hartwig. Der Scanner erkennt, welche Bremse an welchem Waggon wann gescannt wurde und ermittelt gleichzeitig den Zustand der Bremsbacke anhand der Aufnahmen. Das System ist für eine präzise Messung bei einer schnellen Überfahrt des Zuges bis zu 60km/h zertifiziert. Die Bilder werden von sechs Kameras gemacht, die bis zu 4.000 Bilder/s mit einer Belichtungszeit von 200µs aufnehmen. 32 High Power IR LEDs mit Spezialgeometrie für Horizontalbeleuchtung sorgen dabei für das benötigte Licht. Die Beleuchtung ist kamerasynchronisiert. „Die für die optimale Beleuchtung benötigten Powertreiber und Synchronisatoren sind Spezialentwicklungen, die wir extra für unser System entwickelt haben“, berichtet Hartwig. Die Bilder werden schließlich über Lichtwellenleiter an ein Rechensystem übertragen. Dabei wird eine eindeutige Abnutzungsregression pro Achse und Bremse ermittelt und Abnormalitäten erkannt. Dadurch ergibt sich eine exakte Bedarfsermittlung aller Bremsbeläge. Der Zustand der Bremsen wird schließlich automatisch in eine Datenbank aufgenommen. Wird bei der Soll/Ist Analyse ein bestimmter Schwellenwert unterschritten, wird über eine automatische Warnmeldung über das SAP oder SMS-Gateway-System auf die Wartungsnotwendigkeit hingewiesen. Dadurch können Wartungsintervalle bedarfsgerechter gestaltet, Zeit eingespart und die Sicherheit erhöht werden.
Datenübertragung mit 10Gbit/s
Damit die Daten schnell und exakt an das Rechensystem übermittelt werden, benötigt man eine entsprechende Verbindungstechnik. Die Wahl fiel auf die Hybrid-Steckverbinder der Fischer FiberOptic Serie. Diese verfügen über zwei optische Kanäle zur Datenübertragung und zwei elektrische Kontakte. Dadurch können Daten mit einer Geschwindigkeit von 10Gbit/s übertragen werden. Da sich das System im Gleisbett befindet, müssen die Steckverbinder entsprechend robust und widerstandsfähig sein und verfügen über Schutzart IP67/68. Sie sind gegenüber äußeren Einflüssen wie Staub, Regen und Schnee resistent. Auch Öl und Benzin können den Steckverbindern nichts anhaben. „Unser System muss von Zeit zu Zeit gewartet werden. Dazu wird es aus dem Gleisbett herausgehoben. Damit dafür nicht die Strecke gesperrt werden muss, ist es wichtig, dass die Steckverbinder schnell gesteckt werden können. Auch hier haben uns die Fischer Steckverbinder voll überzeugt“, erklärt Hartwig. ITTH arbeitet bereits an einer hochmobilen Version des Systems, die auf Straßen eingesetzt werden kann, beispielsweise von Sicherheitsbehörden oder der Polizei zur Gefahrenabwehr.