Schienenverkehr – sicher, leise, effizient - (IRT) der RWTH Aachen

INTRAS III – Radsatzintegrierte Körperschall-Sensorik zur Überwachung des Rad-Schiene-Kontaktes
INTRAS III – Radsatzintegrierte Körperschall-
Sensorik zur Überwachung des Rad-Schiene-Kontaktes
Dr. Joachim Baumann, Dr. Matthias Goldammer
Siemens
Dr. Dieter Hentschel, Bernd Frankenstein
Fraunhofer IZFP
Ziel des Projektes „Intelligenter Radsatz 2000plus“
war es, ein System zur kontinuierlichen Schadensdiagnose
von Schienenfahrzeug-Radsätzen zu entwickeln
und zu erproben. Dazu wurden verschiedene,
auf der Analyse des Rollgeräusches basierende
Ansätze in Simulation und Experiment erprobt. In
der hier beschriebenen Phase 3 des Projektes konnte
eine Sensorik in die Radsatzwelle integriert werden,
die den bereits in Phase 1 formulierten Projektzielen
weitgehend entspricht. Abb. 1 zeigt das Messprinzip:
Vom Rad-Schiene-Kontakt ausgehende Beschleunigungs-
und Körperschallsignale werden von einem
in der Radsatzwelle platzierten Sensorsystem erfasst.
Schallquellen resultieren aus dem Rad-Schiene Kontakt
und werden beispielsweise durch Ausbröckelungen
moduliert. Fehlstellen im Rad beeinfl ussen die
Schallausbreitung im Material und verändern die Beschleunigungscharakteristik;
die Fehlstellen können
damit durch das Sensorsystem erkannt werden.
In der Projektphase 3 wurden von den Projektpartnern
FAG Kugelfi scher, Siemens AG und Fraunhofer
IZFP-D zwei alternative Sensor- und Signalverarbeitungsmodule
so entwickelt und miniaturisiert, dass
Empfang Akustik
Quelle Akustik
Abb. 1: Messprinzip der Radsatzüberwachung
sie den Anforderungen des rauen Bahnbetriebes
entsprechen. Realitätsnahe Schäden an den Radsatzlagern
und den Rädern bzw. der Hohlwelle wurden
bezüglich ihrer Diagnostizierbarkeit untersucht. Zwei
unterschiedliche Sensortypen wurden aufgebaut und
in umfangreichen Testfahrten erprobt.
System 1: Messwerterfassung und
Signalverarbeitung in der Hohlwelle
Dieses Sensorsystem wertet die Signale von 8 hochfrequenten
Körperschallsensoren aus, die über
den Umfang der Hohlwelle verteilt sind. Zusätzlich
werden zwei Komponenten der Beschleunigung über
niederfrequente Beschleunigungssensoren aufgenommen.
Die Signalverarbeitung erfolgt in der Hohlwelle;
die aufbereiteten Messdaten werden in einem
On-Board-Massenspeicher abgelegt. Diese Daten
können drahtlos über die Funkschnittstelle „Bluetooth“
abgerufen werden. Dieser Abruf kann durch
jeden handelsüblichen PC erfolgen; in diesem Fall ist
es ein Industrie-Laptop oder ein PDA.
Beim System 1 erfolgt die Stromversorgung über
einen vom Projektpartner FAG entwickelten Generator.
Aus der Generatorspannung wird ein Triggersignal
gewonnen, das bei jeder Radumdrehung einen
Impuls liefert. Abb. 2 zeigt das Sensorsystem ohne
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