Autor: Richard Robertson

Mit intelligenter Überwachung Züge am Laufen halten

Unser Experte für die Überwachung von Klimaanlagen, Richard Robertson, Geschäftsführer von Pandrol in Plymouth, teilt sein Fachwissen über den Einsatz der Datenüberwachung zur Vermeidung von Gleissperrzeiten unter Herbstbedingungen

„Blätter auf der Strecke sind ein häufiges Problem, vor allem im Herbst, wenn sie für die Bahnbetreiber eine ernsthafte Herausforderung darstellen können, da sie zu Verspätungen der Züge führen und sogar vorübergehend aus dem Verkehr gezogen werden müssen. Noch schlimmer ist die Situation in Ländern rund um den Globus mit dicht bewaldeten Gebieten wie Nordamerika, Kanada, Teilen Großbritanniens und Europas.

Um das Problem in den Kontext zu stellen: Ein ausgewachsener Baum kann zwischen 10.000 und 50.000 Blätter verlieren, und jeden Herbst fallen buchstäblich Tausende von Tonnen Blätter allein in Großbritannien auf Eisenbahnlinien. Network Rail, Eigentümer und Betreiber des größten Teils der britischen Eisenbahninfrastruktur, versucht, Verspätungen so gering wie möglich zu halten, indem Bäume und Vegetation entlang der Gleisseite zurückgeschnitten werden und „Laubbläser“ eingesetzt werden, die kräftige Wasserstrahlen direkt auf die Zugstrecken sprühen, um das Laub zu entfernen.

Einige Bahnbetreiber gehen sogar so weit, dass sie im Herbst „Blattfahrpläne“ veröffentlichen, die ihren Zügen mehr Zeit geben, um ihre Fahrten durchzuführen und an den Bahnhöfen langsamer zu werden, was ihnen hilft, pünktlich zu bleiben. Aber mal abgesehen von der Zeitplanung, warum sind die Blätter auf der Strecke ein solches Problem für die Bahnbetreiber und welche neuen Innovationen gibt es, die Lösungen bieten?

Das Problem verstehen

Blätter auf der Strecke machen die Schienen rutschig und führen zu einer verminderten Haftung der Züge. Dies kann zu Radschlupf führen, wenn der Zug Strom aufnimmt, und zu Radschlupf, wenn der Zug bremst. Obwohl große Fortschritte bei der Entwicklung besserer Gleitschutzsysteme (Wheel Slide Protection, WSP) für Züge gemacht wurden, können diese nur die bestehende Rad-Schienen-Haftung optimieren. WSP-Systeme versuchen, die Räder des Zuges während eines Stopps zu schützen, aber ein schneller Übergang von einer rutschigen Schiene auf eine trockene Schiene und zurück kann manchmal dazu führen, dass beim Bremsen Flachstellen auf den Rädern entstehen.

Die Flachstellen treten auf, wenn der Radsatz eines Schienenfahrzeugs entlang der Schiene gezogen wird, nachdem das Rad/die Achse aufgehört hat, sich zu drehen. Flachstellen werden in der Regel durch den Einsatz der Notbremse oder durch Schlupf- und Gleitbedingungen verursacht, die ein Blockieren der Räder während der Fahrt verursachen. Flachstellen treten häufiger im Herbst und Winter auf, wenn die Schienen rutschig sind, können aber auch durch fehlerhafte Bremsen oder Radsatzlager verursacht werden. Sind diese Flachstellen erst einmal erstellt, sorgen sie für das charakteristische „Donn-Donn-Donn-Donnern“, das die Bahnreisenden im Herbst hören können, wenn die beschädigten Räder auf die harten Schienen unter ihnen aufschlagen. Der Schall wird erzeugt, wenn die Ränder der Flachstelle auf die Schiene aufschlagen, aber da die scharfen Ecken der Flachstelle mit der Zeit abgenutzt werden, nimmt die Aufprallkraft zu und der Lärm nimmt ab, was die Erkennung durch den Menschen erschwert.

Wenn die Flachstellen sehr klein sind, kann das Schienenfahrzeug weiter eingesetzt werden. Der Fehler wird später beim Radsatzdrehen behoben. Aufgrund der Hitze, die beim Schleifen entlang der Schiene und den danach erlittenen Stößen auftritt, ist die Wahrscheinlichkeit, dass diese Räder aufgrund von Veränderungen in der Legierungsstruktur brechen, jedoch größer. Wenn die Flachstellen sehr groß sind, können auf einer Seite der Flachstellen Stränge aus geschmolzenem Metall hängen geblieben sein, die ein Drehen des Rades aufgrund des unzureichenden Spiels zwischen der Rollfläche und dem Bremsklotz unmöglich machen. In diesem Fall muss der Radsatz sofort ausgetauscht werden. Im Extremfall kann ein Rad mit einer unbehandelten Flachstelle das Gleis beschädigen und eine Entgleisung verursachen. Ansonsten erzeugen glatte, aber „unrunde“ Räder immer mehr Kraft, je schneller der Zug wird, bis die Kräfte sehr schädlich für die Schienen werden. Im Extremfall können diese Kräfte groß genug sein, um Schienen zu brechen, die bereits kleine Risse oder Defekte aufweisen.

Wachsamkeit in Bezug auf Rad- und Achszustand

Ein gutes Beispiel für eine Extremsituation, die durch eine Radflachstelle verursacht wurde, ist die Metro-North Railroad in New York, wo eine Flachstelle so viel „unausgeglichene“ Kraft auf die Achse ausübte, dass diese brach und das Rad in den Hudson River schlug. Die Folge hätte deutlich schlimmer sein können, da die Züge auf ihrem Weg zum Grand Central Terminal auf einem Viadukt durch Manhattan fahren. Die Eidgenössische Eisenbahnverwaltung (FRA) beauftragte daher die Metro-Nord mit regelmässigen Sichtprüfungen ihrer Räder. Dies ist keine leichte Aufgabe, da es sich um insgesamt 13 Meilen Lauffläche handelt, die täglich auf Mängel untersucht werden müssen!

Anstatt den Ansatz der Sichtkontrolle zu implementieren, wählte Metro-North ein wesentlich effizienteres, automatisches Inspektionssystem (AIS) in Form von WheelChex®, das aus 32 Vortok MultiSensors™ in jedem der vier Gleise im Park Avenue Tunnel unter Manhattan besteht; insgesamt 128 Sensoren pro Installation. Im Gegensatz zu herkömmlichen AIS, die geklebte Dehnungsmessstreifen verwenden, die schwierig zu installieren sind und einen hohen Wartungsaufwand erfordern, sind die Vortok-Sensoren in die Schienen eingebettet und bilden ein Array, das das Kraftprofil jedes Rades misst, wenn es über das System läuft. Dieses Kraftprofil wird verwendet, um die Rundheit und Glattheit jedes Rades zu bestimmen, indem das mittlere Gewicht und die Spitzenkraft (aus Stößen) der Räder überwacht werden.

„Vortok-Sensoren sind in die Schienen eingebettet und bilden ein Array, das das Kraftprofil jedes Rades misst, wenn es über das System läuft.

Ein gutes Maß für den Radzustand ist es, das Verhältnis von Mittel- zu Spitzenlast zu berechnen und dies als einfache Zahl auszudrücken. Alles, was über einem Verhältnis von zwei liegt, ist bemerkenswert und wird an die Zugbegleiter weitergegeben, und alles über fünf ist ein Notfall, bei dem der Zug angehalten wird, sobald dies gefahrlos möglich ist. Diese Informationen, kombiniert mit der Analyse der Raddaten, haben es Metro-North ermöglicht, ein Radmanagementsystem zu entwickeln, das es ermöglicht, frühzeitig die Flachstellen von Rädern zu messen und dann den Zustand eines Radschadens über die Zeit zu verfolgen.

Das WheelChex-System, das von Vortok-Sensoren gespeist wird, hat sich für die Metro-North als so zuverlässig erwiesen, dass das Unternehmen in Partnerschaft mit Long-Island Railroad eine Ausschreibung für den Bau und die Lieferung von drei „Train Fault Detector“(TFD)-Häusern ausgeschrieben hat, die auf der ursprünglichen Implementierung aufbauen und die Erkennung von heißen Rädern und Lagern sowie verbesserte Datenanalyse umfassen. Vortok International gewann diesen Auftrag und kombinierte die bestehende WheelChex-Technologie mit den Heißlager- und Raderkennungssystemen von Progress Rail, um durch die Kombination dieser Messungen an einem Standort eine „Premiere“ in der US-Schienenverkehrsbranche vorzustellen.

Dieses innovative TFD-System bietet einen umfassenden Überblick über den Rad- und Achszustand und ermöglicht es den Eisenbahnen, von betrieblichen Informationen in Form von Meldungen und Warnungen zu profitieren, um sie darauf hinzuweisen, wenn ein bestimmtes Fahrzeug ein Risiko für die Infrastruktur darstellt. Mit neuen Trending-Algorithmen wird es möglich sein, vorausschauend zu planen und einen Teil der Panik zu vermeiden, die entsteht, wenn die Blätter im Herbst fallen, wenn die meisten Radschäden auftreten.

Die Innovation in diesem Sektor hat zu Lösungen geführt, die nicht nur die ursprünglichen, offensichtlichen Probleme, wie z. B. Flachstellen im Herbst, überwinden, sondern auch komplexe Probleme wie die Erkennung heißer Räder und Lager angehen. Mit den statistischen Daten aus der TFD werden die Eisenbahnen auch in einer stärkeren Position sein, um Materialeinkäufe zu planen und von besseren Preisen und Vorlaufzeiten zu profitieren. Es wird spannend sein zu sehen, wohin diese Technologie von hier aus geht.