Schienenverkehr Wartung und Service durch IoT optimieren.
Die Wartung von Schienenfahrzeugen ist sehr aufwändig. Insbesondere die Überholung der Drehgestelle verlangt eine längere Auszeit und verursacht hohe Kosten für die Betreiber der Fahrzeuge. Die passende Sensorik, kombiniert mit einem intelligenten Edge-Device, ermöglicht eine Optimierung der Wartungsintervalle und -strategien.
Podcast: Interview zum Projekt
„Wir wollen aus Messdaten Informationen erstellen.“ – Patrick Zenker und Burkhard Schranz sprechen über das gemeinsame Projekt und die Mehrwerte der Digitalisierung im Schienenfahrzeugbereich.
Die Herausforderung: Fehlende Daten zum Verschleiss verhindern eine effiziente Wartung
In Schienenfahrzeugen auf der ganzen Welt sorgen Produkte von Trelleborg für eine komfortable und sichere Fahrt. Federsysteme, Lenker- und Achslager, Puffer und weitere vibrationsdämpfende Komponenten aus Kunststoff, Gummi und Metall entkoppeln den Wagenkasten von Schwingungen aus dem Drehgestell, den Radsätzen und dem Gleis.
Diese Bauteile sind durch hohe Kräfte belastet, die auf Dauer zu Verschleiß führen. Hinzu kommt die begrenzte Lebensdauer des Gummimaterials, das durch Klimaeinflüsse und Verschmutzung zusätzlich altert. Um die Verfügbarkeit und Betriebssicherheit der Fahrzeuge sicherzustellen, müssen Drehgestelle regelmäßig gewartet werden. Der Aufwand dafür ist allerdings immens, da die Fahrzeuge aus dem Betrieb genommen werden müssen. Im Depot wird der Wagenkasten abgehoben und sämtliche Verschleißteile gewechselt. Zwischen 40 und 60 Prozent der Gesamtinstandhaltungskosten entfallen auf die Revision der Drehgestelle.
Die Wartungsintervalle sind aktuell noch fest vorgegeben, unabhängig vom tatsächlichen Zustand der Einzelkomponenten. So kommt es, dass Fahrzeuge in die Wartung gehen, obwohl sie unter Berücksichtigung aller Sicherheitstoleranzen problemlos noch hätten weiterfahren können.
Um die Laufzeit der Fahrzeuge zu erhöhen, startete Trelleborg zusammen mit Schienenfahrzeugherstellern und -betreibern ein Innovationsprojekt. Mit Hilfe sensorbasierter, industrieller IoT-Technologie sollte es möglich werden, Zustand, Verschleiß und akute Probleme von Komponenten im Drehgestell während des Betriebs zu erkennen. Zudem sollte eine breite Datenbasis für weitergehende Untersuchungen und Verbesserungen geschaffen werden.
Die Lösung: Ausgeklügeltes Messsystem mit integrierter Cloudanbindung
Als die Komponente im Drehgestell, die sich für die Aufgabe am besten eignet, identifizierte Trelleborg die Primärkonusfeder. Sie sitzt zwischen Gleis und Drehgestellrahmen, direkt am Radsatz. Alle Kräfte und Belastungen, die auf den Zug wirken, werden über diesen Pfad eingeleitet. Die Idee: Aus den Verformungen an der Feder zurückzurechnen, welche Kräfte auf den Zug gewirkt haben, um so nicht nur den Verschleiß der Feder, sondern auch den Zustand angrenzender Komponenten zu beurteilen. Zur Aufnahme der Echtzeit-Belastungen entwickelte Trelleborg mit einem Hardwarepartner das komplexe Absolutweg-Messsystem ConeX3 und wählte optiMEAS als Technologiepartner für die Realisierung der IoT-Lösung vom Sensor bis zur Cloud.
Fest in die Primärkonusfeder integriert, nimmt das Messsystem kontinuierlich alle eingeleiteten Bewegungen auf. Berührungslose Sensorik misst langzeitstabil die statischen und dynamischen Belastungen und Wege in alle Raumrichtungen.
Der Microcontroller der Sensoreinheit bereitet die elektrischen Sensorsignale auf und gibt sie über einen CAN-Bus an das IoT-Gerät smartRAIL, welches speziell für die hohen Anforderungen im Bahnbereich ausgelegt ist. Daten von bis zu acht „smarten“ Primärkonusfedern laufen hier zusammen. Angereichert mit einem präzisen GPS-Signal werden sie gemeinsam verarbeitet, gespeichert und über Mobilfunk oder WLAN in die optiCLOUD übertragen.
Alle grundlegenden IoT-Funktionen zur Datenspeicherung und -übertragung, Schnittstellen, Remote-Zugriff, GPS, intelligente Funktionen und die Verbindung zur Cloud bringt smartRAIL über seine Firmware smartCORE bereits mit. Die optiCLOUD bietet dazu nicht nur umfangreiche Möglichkeiten, die Daten flexibel zu visualisieren, sondern auch eine Oberfläche zum Gerätemanagement. Unabhängig davon, wo sich der Zug gerade befindet, lassen sich von überall her Parameter ändern und Firmware-Updates Over-the-Air via smartRAIL auf das ConeX3-Messsystem übertragen. So können die Entwickler von Trelleborg ihr System jederzeit anpassen und erweitern.
Das Ergebnis: Transparenz, optimierte Abläufe und Kosteneinsparungen
Mit ConeX3 bietet Trelleborg ein innovatives Messsystem, das den Kunden echte Mehrwerte bringt. Das System erfasst im Betrieb alle Belastungen, die am Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs wirken. Diese Echtzeitdaten können vielfältig genutzt werden, um Abläufe zu verbessern und Aufwände zu reduzieren.
Funktion und Zustand von Primärkonusfedern und angrenzenden Komponenten im Drehgestell lassen sich positionsbezogen live überwachen und analysieren – eine wichtige Grundlage für zustandsorientierte Wartungsmaßnahmen an Fahrzeugen, Gleisen und Weichen.
Vollständiger Anwenderbericht
