Wiegesystem Gewicht von Güterzügen dynamisch messen

Redakteur: Sariana Kunze

Das Schienennetz in Deutschland ist stark belastet – besonders durch den Güterverkehr. Ein Messsystem soll nun Schienen sowie Weichen schonen und Maßnahmen für Predictive Maintenance an Waggons und Schienen ermöglichen.

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Acht Sensorpaare erfassen das Gewicht und die Gewichtsverteilung von Lok, Waggon, Achse, Rad und Seite.
Acht Sensorpaare erfassen das Gewicht und die Gewichtsverteilung von Lok, Waggon, Achse, Rad und Seite.
(Bild: Althen Mess- und Sensortechnik)

Das deutsche Schienennetz ist nicht überall in einem guten Zustand. Der eng getaktete Personen- und Güterverkehr sorgt für eine starke Belastung. Das Problem: Streckenabschnitte sanieren und neue Strecken erschließen ist ein langwieriger und kostenintensiver Prozess. Deshalb ist es wichtig, das Netz zu schonen und vor Verschleiß zu bewahren. Aber: Wie kann das ohne lange Streckensperrungen gelingen?

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Das Unternehmen Althen Mess- und Sensortechnik hat hierfür das dynamische Wiegesystem Althen Weighing in Motion, kurz AWIM, entwickelt. Nach erfolgreichen Tests bei der staatliche Eisenbahngesellschaft Frankreichs SNCF ist das System nun auch in Deutschland verfügbar. Es misst das Gewicht von Güterzügen. Mit AWIM sollen nicht nur Güterzüge und Waggon möglichst lange einsatzfähig bleiben, sondern auch die Belastungen für Schienen und Weichen reduzieren. Auch Maßnahmen zur vorausschauenden Wartung, Predictive Maintenance, an Waggons und Schienen können ergriffen werden. Laut Althen soll das Messsystem schnell und einfach zu installieren sein und Betriebs- sowie Wartungskosten gering halten.

Güterzüge bei 140 km/h wiegen

Mit dem AWIM-System werden Lokomotiven und Waggons vor allem von Güterzügen bis 140 km/h beim Überfahren der an den Schienen angebrachten Station gewogen. Acht Wiegepunkte, basierend auf Kraftsensoren, erfassen Gewicht und Verteilung pro Lok, Waggon, Achse, Rad und Seite. Übergewicht oder eine einseitige Beladung sind verantwortlich für den Verschleiß von Schienen und stellen zudem ein Sicherheitsrisiko dar – z. B. an Eisenbahnbrücken. Zertifiziert sind die Sensoren nach OIML, einem internationalen Standard für Gewichtsmessung der Internationalen Organisation für das gesetzliche Messwesen. Für den Bahnbereich gilt OIML R106-1.

Peter Rohrmann, Director New Business Development bei Althen, erläutert: „Die Wiegemethode basiert auf Kraftaufnehmern, die auf dem Schienensteg montiert sind. Der enthaltene patentierte Dehnungsmessstreifen erkennt die mechanischen Bewegungen der Schiene durch den überfahrenden Zug und wandelt diese Informationen in analoge, elektrische Signale um. Jeder Wiegepunkt ist über ein Kabel mit einem Analog-/Digital-Signalwandler verbunden. Diese acht Signalwandler senden das digitale Signal in Echtzeit an eine Auswerteelektronik. Die Signale werden analysiert und durch Algorithmen unter anderem in Gewichte umgewandelt.“ Das Wiegen kann sowohl manuell bei Zugdurchfahrt oder auch automatisiert aktiviert werden.

Die Genauigkeit des Systems wurde von dem Research Institutes of Sweden und dem schwedischen Bergbauunternehmen Luossavaara-Kiirunavaara Aktiebolag LKAB getestet. Je nach Geschwindigkeit beträgt die Genauigkeit 0,5 Prozent bei Geschwindigkeiten unter 10 km/h und bis 1 Prozent bei ca. 100 km/h.

Daten werden direkt an der Strecke übertragen

Die unmittelbar an der Schiene installierten Komponenten werden durch einen Systemschrank sowie einen My-SQL-Datenbankserver in einem lokalen Netzwerk oder in einer Cloud ergänzt. Der Systemschrank kann direkt an einer Wand oder an einem Mast montiert werden. Über ein Signal- und Stromzuführungskabel sind die Kraftaufnehmer mit dem Systemschrank verbunden. Dieser Schrank übertragt die Daten in die Datenbank beziehungsweise Steuerung über eine Ethernet-Verbindung. Im System ist eine Analyse-Software integriert, die die Messdaten interpretiert. Auch entsprechende Schnittstellen zu beliebigen Warenwirtschaftssystemen und IT-Landschaften sind vorhanden.

Das Ziel des Systems ist die Gewichtsmessung, doch können daraus auch viele weitere Erkenntnisse über Waggons und Schienen gewonnen werden. Mithilfe der gesammelten Daten lassen sich beispielsweise Flachstellen an den Rädern detektieren, durch die ein Rad Schläge auf die Schiene ausübt. Ebenso lassen sich mögliche Entgleisungen einzelner Achsen feststellen. Beides kann die Schienen massiv beeinträchtigen. Flachstellen und abgenutzten Komponenten frühzeitig zu erkennen, hilft dabei plötzliche Ausfälle zu vermeiden und Schäden im rechtzeitig zu beheben. „Die Wartung von Waggons lässt sich so besser planen. Mit Weighing in Motion sparen sich Betreiber Wartungs- und Reparaturkosten, indem Waggons dank der Messdaten zum passenden Zeitpunkt in die Fahrzeuginstandhaltung geholt werden“, sagt Rohrmann.

Alle Waggons identifizieren und nachverfolgen

Das Messystem verfügt über eine eingebaute Lokomotiv- und Waggondatenbank. Sie vergleicht die Abstände zwischen den vorbeifahrenden Rädern bzw. Achsen und kann bestimmen, welche Achsen zusammengehören. Dadurch lässt sich eine Lokomotive oder ein Waggon definieren. Über den Lebenszyklus werden die Fahrzeugdaten erfasst und bewertet.

Diese Informationen stellt das System dem Betreiber bereit:

  • Die Identität, das Datum und die Uhrzeit der Wiegestation,
  • die Richtung und Geschwindigkeit des Zuges,
  • das Gewicht jedes einzelnen Rads und das Gewicht des Drehgestells,
  • das individuelle Lok-/Wagen- und Gesamtgewicht des Zuges,
  • die Anzahl der vorbeifahrenden Achsen,
  • eine ungleichmäßige Belastung und Überlastung,
  • den Typ der Lokomotive und/oder des Wagens.

Ausfallzeiten mit Wiegestation reduzieren

Das AWIM-System kompensiert Temperaturschwankungen und Spannungen in den Schienen: Es ist in einem Temperaturbereich von -30 bis 80 Grad Celsius einsetzbar. Insgesamt ist das Messsystem unempfindlich gegenüber Wettereinflüssen. Auch das Überfahren der Wiegestation beeinflusst oder beschädigt die Sensoren nicht. Es gibt daher einen hohen Freiheitsgrad bei der Platzierung der Kraftaufnehmer an der Schiene. Eine einfache und schnelle Montage kann ohne größere Umbauten in nur wenigen Stunden erfolgen, sodass sich Ausfallzeiten reduzieren lassen.

Neben der Deutschen Bahn eignet sich das dynamische Wiegesystem auch für privatwirtschaftliche Schienennetze wie z. B. in der Stahlindustrie, an Häfen oder im Kohleabbau. Betreiber können damit die Wartung und Instandhaltung vorausschauend gestalten und auch die Zuladung von Rohstoffen berechnen.

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