Sicher in vollen Zügen

Spezial

Sensorik – Eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren gewährleistet Sicherheit, Komfort und Zuverlässigkeit in Schienenfahrzeugen.

31. August 2011

Die wesentlichen Anforderungen an einen modernen Schienenverkehr sind Sicherheit, Pünktlichkeit und Komfort auch in kritischen Situationen, und das bei zunehmenden Reisegeschwindigkeiten und weltweit wachsender Verkehrsdichte. Erreichen lassen sich diese Ziele nur mit einer auf die speziellen Anforderungen der Schienenverkehrstechnik abgestimmten Sensorik. So erfassen Sensoren im Antriebssystem und im Drehgestell des Fahrwerks beispielsweise die Drehzahlen von Motor, Getriebe und Achsen und messen Drücke im Bremssystem. Ultraschallsensoren detektieren die Distanz zum Bahnsteig für den optimalen Ausfahrweg der Tritthilfe. Induktivsensoren signalisieren Endlagepositionen, etwa bei der Einstiegshilfe und an den Fensterverschlüssen. In den Kupplungssystemen messen Sensoren hydraulische und pneumatische Drücke und überwachen die Kupplungsvorgänge.

Ein Hersteller mit langjähriger Erfahrung in der Entwicklung geeigneter Sensoriksysteme für die Schienenverkehrstechnik ist die schweizerische Baumer-Gruppe. Das breit gefächerte Produktprogramm des Unternehmens enthält nicht nur langlebige und wirtschaftliche Standardsensoren mit einer auf die jeweilige Applikation abgestimmten Sensortechnologie und branchenüblicher Qualifizierung, sondern auch spezielle Neuentwicklungen für alle in der Schienenverkehrstechnik denkbaren Sensorikanwendungen.

Ein Beispiel ist der speziell für den Einsatz im Drehgestell entwickelte Mehrkanal-Impulsgeber BMIV für Gleitschutz und Traktionskontrolle, der an vielen relevanten Stellen im Antriebssystem und Drehgestell des Fahrwerks Winkel und Umdrehungszahlen erfasst: Hier erlauben bis zu zwölf Kanäle in vier galvanisch getrennten Blöcken die gleichzeitige Ermittlung der Radsatzgeschwindigkeiten in mehreren Systemen, sogar mit unterschiedlichen Impulszahlen. Die magnetische Abtasttechnologie ist komplett unempfindlich gegen die im Zugverkehr auftretenden Belastungen wie Vibrationen, Schocks, Schmutz, Öle, Fette, Spritzwasser, Betauung, starke Temperaturschwankungen sowie gegen magnetische Fremdfelder. Die Impulsgeber entsprechen den Bahnnormen und sind mit SIL-2-Begutachtung auch für das europäische Zugsicherungssystem ETCS geeignet.

Kompakt und gut geschützt

Ebenfalls mit magnetischer Abtastung arbeiten die lagerlosen Hohlwellen-Drehgeber der HDmag-Serie mit einem Innendurchmesser bis zu 740 Millimeter, die sich direkt auf der Motor-Nabe montieren lassen. Durch ihre axial sehr schmale Bauform und den Wegfall der Drehmomentstütze benötigen sie nur sehr wenig Platz auf der Welle. Die Elektronik im Sensorkopf ist komplett vergossen und liefert wahlweise Rechtecksignale (HTL oder TTL) oder sin/cos-Signale.

Gut geeignet für den Einsatz bei Schienenfahrzeugen ist auch der nach dem Hall-Prinzip arbeitende Sensor MTRM16, mit dem sich ferromagnetische Zahnräder berührungslos abtasten lassen, beispielsweise zur Erfassung von Drehzahl und Drehrichtung für Gleitschutz und Geschwindigkeitsregelung. Der Sensor kann bei Temperaturen von –40 bis +120 °C eingesetzt werden und eignet sich je nach Ausführung für Zahnradgrößen bis Modul 3. Die Schaltfrequenz von bis zu 20 Kilohertz erlaubt die Detektion hoher Drehzahlen. Das komplett geschlossene, robuste Metallgehäuse gewährleistet Stoß- und Vibrationsfestigkeit.

Ein weiteres Beispiel für sicherheitsrelevante Sensorik an Schienenfahrzeugen liefert der Inkremental-Drehgeber FOG 9, der in der 2.700 Kilowatt starken vierachsi-gen dieselhydraulischen Lokomotive MaK 2000-4 BB von Vossloh zum Einsatz kommt und dort den Schlupf an der Reibgrenze der Räder erkennt. Der Drehgeber ist mit seinem Euro-Flansch B10 direkt an die ungefederte Achse angebaut. Die kurze Bauform und das massive Aluminium-Gehäuse mit zweiseitiger Lagerung der Edelstahlwelle gewährleisten hohe Schwingungs- und Schockfestigkeit. Hochvolt-Leistungstransistoren stellen sicher, dass die Rechteck-Signale auch über längere Distanzen störungsfrei übertragen werden.

Vielfältige Einsatzgebiete

Ein wichtiger Einsatzbereich für Sensoren in der Bahntechnik ist auch die Druckmessung. Das Anwendungsspektrum reicht vom Bremssystem über die Stromabnehmer und die Kühlsysteme bis zu Stoßdämpfern und Toilettenanlagen. So überwacht der Baumer-Druckmessumformer PBSR den Druck im Bremssystem verschiedener Hochgeschwindigkeitszüge. Für die Überwachung des hydraulischen Drucks der Feststellbremsen bei Zügen eignet sich das aus Edelstahl gefertigte Druckmessgerät MEX3, das in einem Aluminiumgehäuse untergebracht ist. In den Kühlsystemen des Stromversorgungssystems oder in den Bremsanlagen, etwa von Straßenbahnen kommt häufig der Druckschalter CPX/PFX zum Einsatz, der für einen Temperaturbereich von –40 bis +150 Grad Celsius entwickelt wurde und für erhöhte Betriebsspannungen bis zu 130 Volt ausgelegt ist.

Auch induktive und kapazitive Sensoren finden bei Schienenfahrzeugen viele Anwendungsbereiche. So überwachen induktive Sensoren beispielsweise die korrekte Position der Einstiegshilfe am schmalen Spalt zwischen Bahnsteigkante und Wagen. Die robusten Sensoren eignen sich je nach Ausführung für Schaltabstände bis 20 Millimeter. Mit einer MTTF von mehr als 100 Jahren und einem Arbeitstemperaturbereich von –40 bis +100 Grad Celsius entsprechen die Induktivsensoren im Edelstahlgehäuse den hohen Ansprüchen an die Lebensdauer beim Einsatz in Schienenfahrzeugen, die für Betriebszeiten bis zu 30 Jahren ausgelegt sind.

Auf einen Blick

- Die schweizerische Baumer-Gruppe ist ein führender Hersteller von Sensoriklösungen für den Einsatz in Schienenfahrzeugen sowie Zulieferer für Systemanbieter und Betreiber von öffentlichen und privaten Verkehrsunternehmen.

- Die robusten Sensoren und Messumformer verwenden unterschiedliche Messprinzipien, wie z.B. magnetisch, optisch, induktiv, kapazitiv, Ultraschall oder Hall-Effekt.

- Die Sensoren erfassen unter anderem Drehzahlen im Antrieb, messen hydraulische und pneumatische Drücke in den Brems- und Kupplungssystemen, überwachen die Position der Einstiegshilfe sowie der Fenster und Türen oder messen Füllstände und Temperaturen in den Klimatisierungs- und Sanitärsystemen.

Erschienen in Ausgabe: 06/2011