Datenlogger Auf Fehlersuche im Führerstand – Wie Datenlogger Störungen an E-Loks analysieren

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Wenn es plötzlich raucht in der Lok…. Überspannungen können auch im Eisenbahnbetrieb passieren. Überspannungsableiter schützen die Instrumente vor Schäden. Um mögliche Fehlerursachen aufzudecken, bietet Meinke Energy Messdienstleistungen an und verlässt sich dabei auf die Datenerfassung mit Datenloggern von Althen.

Lokomotiven sind langlebig. 30 oder auch 50 Jahre sind für E-Loks keine ungewöhnliche Lebensdauer. Dies gilt allerdings nicht zwangsläufig gleichermaßen für alle verbauten Komponenten. Um die Instrumente vor Überspannungen zu schützen, die auf den Stromschienen jedes Eisenbahnnetzes regelmäßig auftreten, ist jede Lok mit mehreren Überspannungsableitern ausgestattet, die wie Blitzableiter funktionieren.

Wenn die Komponenten des ursprünglichen Herstellers nicht mehr verfügbar sind, kommen nach Originaldokumenten gebaute Komponenten eines anderen Herstellers zum Einsatz, die anhand der technischen Vorgaben gefertigt werden, und im Normalfall ihre Aufgaben ebenso erfüllen wie die Originalteile.

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Bei einem Industriebetrieb mit eigenem Bahnwerksverkehr fielen im laufenden Betrieb häufig solche nachgebauten Überspannungsleiter aus. Eine Vermutung zur Fehlerursache war, dass die Ableiter der hohen thermischen Entwicklung im Betrieb nicht standhielten, also umgangssprachlich überhitzten.

Um das sicher feststellen zu können, mussten die Rahmendaten im Betrieb zuverlässig erfasst werden. Wenn im laufenden Betrieb ein Fehler auftritt, muss in der Regel auch im laufenden Betrieb nach der Ursache gesucht werden. Werkstatt- oder Laborbedingungen geben ein unvollständiges oder verzerrtes Bild von der Funktionsweise aller Komponenten ab.

Die Messaufgabe

Wenn die Frage nach der Ursache einer Störung unbeantwortet bleibt, kommen Spezialisten wie Meinke Energy zum Einsatz, die Klarheit in die Situation bringen. Das Unternehmen benötigt für die Datenerfassung vor Ort kompakte und gleichzeitig leistungsfähige Geräte, die alle nötigen Informationen für eine spätere gründliche Analyse aufnehmen. Die Graphtec-Datenlogger von Althen haben sich hier im Einsatz bewährt.

Die Messaufgabe bestand darin, das Verhalten der Spannung zu überprüfen. Dazu wird die Fahrspannung auf den Freileitungen mit Umrichtern auf maximal 1.100 V in der Lokomotive heruntergespeist. Die Umrichter sind mit den Überspannungsableitern verbunden und sollten im laufenden Betrieb gemessen werden. Eine Tour der Lok dauert bei diesem Unternehmen drei bis vier Stunden, sodass es gut möglich ist, zu Schichtbeginn die Datenaufzeichnung zu starten und „mitlaufen“ zu lassen.

In einer E-Lok ist der Platz begrenzt und durch deren Bewegung muss jede Lösung zur Datenerfassung nicht nur besonders kompakt und tragbar sein, sondern die Daten auch zuverlässig übertragen und speichern. Gleichzeitig ist es nötig, viele verschiedene Daten zu erfassen, die später dann die Grundlage für die ausführliche Auswertung liefern. Datenlogger vom Hersteller Graphtec aus dem Lieferprogramm von Althen erfüllen diese Anforderungen.

Messsystem

Den Neigungswinkel stets im Blick

Zuverlässige Aufzeichnung

Die Anforderung an die Messaufgabe war komplex, nicht nur wegen der sensiblen Situation, falls die Lok im öffentlichen Schienennetz sichtbar Probleme hat. Auch die Rahmendaten erforderten den Einsatz von zwei Geräten, weil zum einen die hohe Spannungsfestigkeit gegeben sein musste, die der Datenlogger GL 980 bietet. Zum anderen sind im Fahrtbetrieb mit Start- und Stoppsignalen, Geschwindigkeit und der entstehenden Temperaturen viele unterschiedliche Parameter gegeben, für deren Aufzeichnung sich der GL 840 eignet.

Für Markus Meinke, den Geschäftsführer von Meinke Energy, war wichtig, dass er beide Datenlogger vom selben Anbieter bezieht, „weil wir beide Geräte zusammen mit einem Laptop über ein Netzwerk betreiben, die Daten über einen Router übertragen und uns mit der Fernwartungssoftware Teamviewer mit dem Laptop und damit wiederum mit den beiden Geräten verbinden können. Da wir nicht permanent vor Ort sein können und auch auf der Lok nicht immer ein Datenspezialist mitfährt, ist es umso wichtiger, dass die Datenerfassung zuverlässig funktioniert und wir gegebenenfalls jederzeit einschreiten können, falls ein Ereignis dies während der Messung notwendig macht.“ Fast eine Woche lang erfolgten die Messungen auf der Lokomotive.

Wiegesystem

Gewicht von Güterzügen dynamisch messen

Datenlogger ist nicht gleich Datenlogger

Althen ist Anbieter von industrieller Sensor- und Messtechnik. Zum Produktprogramm gehören verschiedene Datenlogger, die eine große Bandbreite von Anwendungen abdecken.

Grundsätzlich besteht ein Datenlogger aus einem programmierbaren Mikroprozessor, einem Speichermedium, mindestens einer Schnittstelle und einem oder mehreren Kanälen zum Anschluss der Datenquelle wie zum Beispiel Sensoren. Sie dienen der Überwachung verschiedener Umweltparameter wie z. B. Feuchte, Temperatur, Spannung, CO2 oder Stromverbrauch über längere Zeiträume.

Ein Sensor erfasst die entsprechenden Messdaten, die ein Analog-Digital-Umsetzer in „speichergerechte“ Daten umwandelt. Im Anschluss schreibt der Datenlogger diese auf den eingebauten Speicher, eine SD-Karte oder einen USB-Stick. Der Anwender analysiert die aufgezeichneten Daten direkt am Gerät oder überträgt sie zur Auswertung auf einen Computer. Für die Auswertung vor Ort verfügen die Datenlogger über ein Farbdisplay und die passende Visualisierungssoftware.

Es gibt Ausführungen wie den auch bei Meinke Energy eingesetzten GL 840 mit bis zu 200 Kanälen, die in Fertigungsumgebungen mit vielen Sensorinformationen eingesetzt werden. Er misst mit 16 bit Auflösung und verfügt über eine Abtastrate von 10 ms bis 1h, abhängig von der Anzahl der Kanäle. Die analogen Signaleingänge sind isoliert, um die verschiedenen Signaltypen sauber zu trennen. Der GL 840 besitzt vier zusätzliche Kanäle für Logik- und Impulseingänge. Für die Signale sind verschiedene Triggerfunktionen wählbar, die die Datenaufzeichnung aktivieren, z. B. zeitgesteuert oder bei Erreichen eines eingestellten Wertes. Es ist bei bestimmten Abtastraten auch möglich, das Speichermedium im laufenden Betrieb auszutauschen.

Für Anwendungen im höheren Spannungsbereich bis 1.000 V und für sehr hohe Abtastraten zwischen einer 1 µs und 1 s ist der GL 980 die richtige Wahl. Er verfügt über acht analoge Eingangskanäle und misst ebenfalls mit einer Auflösung von 16 bit. USB-Speicher und SD-Karte zeichnen die Daten auf, für die Echtzeit-Übertragung stehen E-Mail, Webserver oder ftp-Funktionen zur Verfügung. Der GL 980 ist mit einem geräteinternen RAM-Speicher für bis zu vier Mio. Messungen pro Kanal ausgestattet. Um die kontinuierliche schnelle Aufzeichnung und die automatische Datensicherung zu gewährleisten, kann der RAM in bis zu acht Blöcke aufgeteilt werden.

Daten sind überall gefragt

Datenlogger kommen in der Qualitätssicherung in der Fertigung zum Einsatz, aber auch in Forschungseinrichtungen oder in der gezielten Fehlersuche bei Wartungen. Sie zeichnen prinzipiell alle Daten auf, die ein Sensor messen kann, etwa Spannung, Vibration, Dehnung, Temperatur, Feuchtigkeit oder Durchfluss. Passend zur Anforderung in der jeweiligen Applikation empfiehlt Althen den bestmöglichen geeigneten Datenlogger.

Für die Fehlersuche, die Meinke Energy in der E-Lok vorgenommen hat, wurden die Modelle GL 840 M und GL 980 ausgewählt, jeweils als Kit-Ausführung im Messkoffer und mit Batteriebetrieb für den mobilen Einsatz. Zur Aufzeichnung der Daten verwendet Meinke in beiden Fällen die SD-Speicherkarte. Alternativ bietet Althen die Datenlogger auch mit einem USB-Speicher an. Zur Fernüberwachung besteht die Möglichkeit, die Daten per E-Mail zu versenden oder mit einem ftp-Client in eine Cloud zu übertragen. Eine E-Mail-Benachrichtigung gibt das Gerät auch aus, wenn das Speichermedium voll ist und ausgetauscht werden muss.

Meinke Energy bietet mit seinem langjährigen Know-how Messdienstleistungen für anspruchsvolle Aufgaben in der ganzen Welt an. Hierbei fungiert das Unternehmen laut Geschäftsführer Markus Meinke wie ein unabhängiger Gutachter. Markus Meinke ist seit 34 Jahren im technischen Vertrieb tätig und weiß um die vielen kleinen Störungen und Pannen, die auftreten können, von echten Produktfehlern bis hin zu versehentlich gezogenen Netzsteckern hat er schon alles erlebt. Deshalb ist für ihn die Möglichkeit der Fernüberwachung umso wichtiger, wenn er Messungen anbietet, damit der Einsatz vor Ort nicht durch unentdeckte Pannen wertlos wird.

Anwendungen wie die Fehlersuche bei den Überspannungsableitern können auch für andere Betreiber von Werksbahnen interessant sein. Markus Meinke legt bei seinen Messgeräten grundsätzlich Wert auf papierlosen Betrieb und kompakte, robuste Geräte, die er zu seinen Einsätzen in der ganzen Welt problemlos mitnehmen kann. Er mag Komponenten „mit möglichst wenig mechanischen Teilen, die beim Transport oder durch Verschleiß kaputtgehen könnten. Diese zentralen Punkte haben uns bei den Geräten von Althen überzeugt.“ (xx)

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