Durch kontinuierliche Datenerfassung verbessert die Zustandsüberwachung die Sicherheit, senkt die Wartungskosten und verringert die Lärmbelästigung von Bahnbetreibern weltweit. So funktioniert's.

Von Frans Pienaar, Technischer Vertriebsleiter

Das obige Video ist ziemlich erschreckend, vor allem wenn man bedenkt, wie groß der Schaden war, bevor die Straßenbahn schließlich vom Stromnetz getrennt wurde. Die Schäden an der Infrastruktur waren gravierend, und man kann mit Sicherheit davon ausgehen, dass diese Strecke für einige Zeit wegen Reparaturarbeiten gesperrt war. Das Ausmaß des Schadens hätte mit ziemlicher Sicherheit verhindert werden können, wenn der Bahnbetreiber eine kontinuierliche Zustandsüberwachung eingesetzt hätte.

Bei der ersten Beschädigung des Stromabnehmers hätte das Zustandsüberwachungssystem die Änderung der empfangenen Daten erkannt und die zuständigen Personen zum Handeln aufgefordert (z. B. hätte der Lokführer den Zug angehalten). Ohne ein Überwachungssystem stiegen die Kosten und der Zeitaufwand für die Reparatur der Infrastruktur und des Rollmaterials exponentiell, während der Zug weiterfuhr.

Dies ist einer der Gründe, warum Bahnbetreiber zunehmend auf Lösungen zur kontinuierlichen Zustandsüberwachung zurückgreifen, um die Leistung ihres Schienennetzes und ihrer Fahrzeugflotte zu messen.

Geräusche und Vibrationen: der Kern der Zustandsüberwachung

Schienenlärm ist bekanntlich eine Belastung. Übermäßiger Schienenlärm, wie beispielsweise Schienenquietschen und Spurrillen, führt zu Beschwerden, die auf Kosten des Betreibers untersucht werden müssen. Wichtiger noch: Schienenlärm ist ein Indikator für entstehende Schienenschäden und somit ein zuverlässiger Indikator für den Zustand Ihres Schienensystems.

Durch die kontinuierliche Messung von Lärm und Vibrationen im Schienennetz können Zustandsüberwachungssysteme auftretende Probleme frühzeitig erkennen und so vorbeugende Wartungsarbeiten durchführen, bevor diese zu Problemen werden. Dies bietet Ihnen zahlreiche Vorteile.

• Verbesserte Sicherheit mit geringerer Wahrscheinlichkeit von Unfällen und Entgleisungen
• Geringere Kosten, da die vorbeugende Wartung günstiger und weniger störend ist als der Schienenaustausch oder aufdringliche Wartungsarbeiten wie das Schleifen
• Weniger Lärmbeschwerden, da durch gezieltes Reibungsmanagement der Lärm an identifizierten Lärm-Hotspots reduziert werden kann

Wie helfen Lärm und Vibrationen bei der Erkennung von Schienenschäden?

Jede Art von Schienenschaden hat ihre eigene Geräuschfrequenz. Durch die Kombination von Lärm- und Vibrationsdaten mit Infrastruktur- und Fahrzeugeigenschaften sowie Betriebsparametern können Sie nicht nur Probleme erkennen, sondern auch deren Ursache identifizieren. Dadurch können proaktive Wartungsmaßnahmen geplant werden, um ein Problem zu beheben oder dessen weitere Entwicklung zu verhindern.

Beachten Sie, dass es sich bei den angezeigten Werten um typische Werte handelt. In der Praxis kann es jedoch zu einer Überlappung zwischen den Quietsch- und Bördelfrequenzen kommen, die von anderen Faktoren abhängt, beispielsweise von der Radgröße und dem Schienenprofil.

Die Einschränkungen der jährlichen oder periodischen Datenerfassung

Viele Bahnbetreiber setzen heute auf eine regelmäßige Datenerfassung – meist einmal jährlich oder bei Bedarf aufgrund von Beschwerden. Diese Daten sind jedoch nur für das Fahrzeug, den Standort und die Betriebsbedingungen zum Zeitpunkt der Überprüfung gültig.

Selbst wenn Sie jeden Monat acht Stunden lang Daten erfassen, messen Sie nur 8 % der verfügbaren Zeit im Jahr, was für die Ursachenanalyse einfach nicht ausreicht. Es ist unwahrscheinlich, dass Defekte oder Schäden effektiv erkannt werden und der Verschleiß im Laufe der Zeit nicht dargestellt werden kann. Daher ist es für die Planung vorbeugender Wartung wenig nützlich.

Im Schienennetz können sich Änderungen sehr schnell ergeben. Daher muss man sich fragen: „Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass meine regelmäßigen Lärm- und Vibrationsmessungen ausreichen, um die Ursachen zu analysieren und eine Lösung zu finden?“ (Antwort: „Nicht gut.“)

Wie Bahnbetreiber durch kontinuierliches Condition Monitoring Big Data nutzen können

Deshalb setzen immer mehr Bahnbetreiber auf Lösungen zur kontinuierlichen Zustandsüberwachung. Mithilfe von Vibrations- und Geräuschsensoren sowie optionalen Kameras können kontinuierlich Daten aus dem Schienennetz unter allen Betriebs- und Wetterbedingungen erfasst werden. Die Einsatzmöglichkeiten dieser Daten sind vielfältig.

• Erkennen neu auftretender Lärm- und Vibrationsprobleme
• Identifizieren Sie die Grundursache, z. B. auftretende Wellen oder andere Defekte
• Dokumentieren Sie Trends und Hotspots, um proaktive Wartung und Schadensbegrenzung zu ermöglichen
• Erhalten Sie Echtzeitwarnungen bei Grenzwertüberschreitungen

Der Stadtbahnbetreiber im niederländischen Utrecht konnte durch kontinuierliche Zustandsüberwachung Lärmbeschwerden um 42 % reduzieren. Doch die Vorteile gehen noch weit darüber hinaus, wie die folgenden Beispiele zeigen.

Beispiel 1: Verwendung der Zustandsüberwachung zur Identifizierung von Hotspots und Problemen

Das Balkendiagramm zeigt Daten eines Streckenabschnitts. Hier wurden über 1.5 Millionen Datenpunkte mit dem häufigsten Geräuschpegel erfasst, aber auch Tausende von Datenpunkten mit deutlich höheren Pegeln (rot dargestellt). Die Genauigkeit reicht aus, um zu erkennen, ob das Geräusch von der linken oder rechten Schiene stammt.

Um das Problem zu beheben, könnte der Bediener mit verschiedenen Reibungsmanagementsystemen experimentieren und durch kontinuierliche Zustandsüberwachung sofort erkennen, ob diese wirksam sind.

Beispiel 2: Nutzung der Zustandsüberwachung zur Messung von Minderungseffekten

Diese Grafiken zeigen den maximalen Lärmpegel und den SEL-Wert (Schallbelastungspegel) an einem Punkt im Schienennetz. In diesem Fall wurde der Lärm durch Wellen verursacht, die jährlich abgeschliffen werden mussten. Alternativ entschied sich der Netzbetreiber für das Reibungsmanagement am Schienenoberbau und nutzte eine kontinuierliche Zustandsüberwachung, um die Ergebnisse vor und nach der Messung zu analysieren.

Wie Sie sehen, hatte das Schleifen zwar einen starken, aber nur vorübergehenden Effekt. Durch den Einsatz des Top of Rail Friction Managements konnte die wiederkehrende Wellenbildung jedoch nahezu vollständig eliminiert werden. Für weitere Analysen konnte dasselbe Condition Monitoring-Setup verwendet werden, um die Leistung verschiedener Top of Rail Friction Control Materials ohne zusätzliche Testkosten zu bewerten.

Beispiel 3: Nutzung von Zustandsüberwachung zur Bewertung der Flottenleistung

Dieses einfache Diagramm zeigt den Lärm- bzw. Vibrationspegel auf der vertikalen Achse. Die Fahrzeugflottenzahlen werden auf der horizontalen Achse angezeigt, mit niedrigen Flottenzahlen auf der linken und hohen Flottenzahlen auf der rechten Seite.

In dieser Flotte gibt es drei verschiedene Fahrzeugtypen mit entsprechenden Fahrzeugnummern. (Ein Fahrzeugtyp hat niedrige Nummern, ein anderer mittlere und die letzte Gruppe hohe Nummern.) Die Fahrzeuge mit mittleren Nummern schneiden beim Geräuschpegel deutlich schlechter ab. Dies kann mit den Wartungszyklen zusammenhängen, ist aber eher auf den Fahrzeugtyp zurückzuführen.

Die Informationen können vom Bahnunternehmen bei der Entscheidung über den Kauf neuer Fahrzeugtypen oder bei der Planung von Wartungs-/Upgradearbeiten an der aktuellen Flotte verwendet werden.

Big Data und Condition Monitoring sind die Zukunft

Die Erfassung großer Datenmengen nimmt in allen Branchen zu, nicht nur im Schienenverkehr. Die Systeme zur Datenerfassung werden immer fortschrittlicher und ermöglichen Unternehmen täglich den Zugriff auf Millionen von Datenpunkten. Doch Daten allein reichen nicht aus. Sie benötigen zusätzlich Software und internes Know-how, um diese Daten zu analysieren und für Ihr Unternehmen sinnvoll zu nutzen.

Bei RS Clare arbeiten wir mit Marktführern im Bereich Zustandsüberwachung zusammen, die Überwachungsgeräte entwickeln und herstellen, um nützliche Daten aus Schienennetzen zu gewinnen. Ebenso wichtig ist unser Know-how und unsere Expertise, die Sie bei datenbasierten Entscheidungen unterstützen, um Kosten und Lärm zu senken und die Sicherheit in Ihrem Schienennetz zu verbessern.

Wenn Sie mehr wissen möchten oder eine Beratung wünschen, nehmen Sie Kontakt mit uns auf.