2D-/3D-Profilsensoren überwachen Schienen und Gleisbette
Um die Sicherheit von Fahrgästen zu gewährleisten, müssen Schienennetze für den Zugverkehr regelmäßig gewartet werden. Sowohl die kilometerlangen Schienenstrecken und Gleisbette als auch die Räder der Waggons müssen mit größter Genauigkeit kontrolliert werden. Um dies zuverlässig durchführen zu können, setzen Netzbetreiber auf die mikrometergenaue Vermessung mit 2D-/3D-Profilsensoren.
Bevor Wartungsarbeiten durchgeführt werden, muss sichergestellt werden, dass sich keine Fremdkörper im Gleisbett befinden und bekannt sein, an welchen Stellen sich Weichen befinden. Dabei helfen die 2D-/3D-Profilsensoren von Wenglor. (Bild: Wenglor Sensoric GmbH)
Die weCat3D-Sensoren von Wenglor erstellen dabei mittels Lasertriangulation exakte 3D-Modelle der Schienenprofile, Rädersätze oder Gleisbette. Die über den Messvorgang erzeugten Punktewolken werden anschließend in einer speziellen Software zu einem 3D-Modell zusammengefügt und geben Aufschluss über den Zustand der Oberfläche. Die Sensoren messen dabei mit einer Messfrequenz von bis zu 6.000Hz und einer maximalen Auflösung von 2m in Z. Einerseits werden die Messungen durchgeführt, um genau festzustellen, wo genau Reparaturen notwendig sind, andererseits wird häufig im Anschluss an die Wartungsarbeiten eine weitere Messung als Nachweis vollzogen. Beides wird mit Schienenfahrzeugen erledigt, die mit Geschwindigkeiten von bis zu bis 80km/h über die Strecke fahren. Das System besteht somit aus mehreren Sensoren, die über entsprechende Schnittstellen mit der Applikationssoftware verbunden und auf externen IPCs betrieben werden. Bei der Wahl der Software können Anwender Softwarepakete wie z.B. Halcon, LabView oder MIL einsetzen oder alternativ mit dem kostenfreien SDK eine eigene Applikationssoftware selbst entwickeln.
Eine der am stärksten abgenutzten Komponenten von Waggons sind die Räder. Auch sie müssen daher regelmäßig überprüft und gewartet werden. (Bild: Wenglor Sensoric GmbH)
Redundante Schienenvermessung
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen der Schienenvermessung auf reinen Messzügen und der Schienenvermessung auf Bearbeitungszügen. Im ersten Fall werden die Schienennetze mit hohen Geschwindigkeiten vermessen und protokolliert. Diese Daten dienen als Grundlage für spätere Sanierungs- oder Reparaturprojekte. Für diese Systeme sind hohe Messfrequenzen und Redundanzen von großer Bedeutung, sodass auch bei einem Ausfall sofort ein zweites Backup einspringt und die Fahrt ohne Unterbrechung fortgesetzt werden kann. Im zweiten Fall werden die Schienen von langsamer fahrenden Bearbeitungszügen vor und nach dem Fräs- und Schleifvorgang vermessen. Für jede Seite der Schiene werden vier Sensoren verwendet. Nach der ersten Messung durch die vorderen Sensoren wird die Instandhaltung an den beschädigten Stellen vorgenommen. Die zwei Sensoren danach messen das Profil erneut und melden die geleistete Arbeit an den Auftraggeber. So lassen sich die Ergebnisse direkt nach der Bearbeitung kontrollieren und eine Qualitätskontrolle in Echtzeit durchführen. Leistungsstarke Laser bis zur Laserklasse 3B mit 450nm Wellenlänge machen die Anlage unempfindlich gegenüber Fremdlicht. So können die Schienenfahrzeuge sowohl am Tag als auch in der Nacht betrieben werden. Hinzu kommt, dass der Einsatzbereich dank zusätzlicher Heiz- und Kühlvorrichtungen zwischen -30 und +50°C liegen darf.
Eine Schiene im Vergleich vor und nach der Bearbeitung: Vorher (l.) ist sie durch die Abnutzung blank poliert und die Kontur entspricht nicht mehr der definierten Norm. Nach der Bearbeitung (r.) passt sie wieder perfekt in die Kontrollschablone. (Bild: Wenglor Sensoric GmbH)
Gleisbettkontrolle
Spezielle Schienenschleif- oder -fräswerkzeuge für normale Züge, Trams oder U-Bahnen fräsen und schleifen die kilometerlangen Schienennetze mit Geschwindigkeiten von bis zu 80km/h. Um sie vor Schäden zu bewahren, dürfen keine Objekte im Gleisbett vorhanden sein. Zuvor muss also die Position der Schienen, aber auch der Weichen oder anderer Fremdkörper bekannt sein. Um das Gleisbett in seiner vollen Breite simultan vermessen zu können, werden mehrere 2D-/3D-Profilsensoren in einer Reihe geschaltet und ohne zusätzlichen Controller über eine Auswerteeinheit miteinander vernetzt und synchronisiert. Angebrachte Schutzscheiben verhindern Beschädigungen an den Sensoren. Die IP65- und IP67-Gehäuse wurden jahrelang unter Realbedingungen getestet und auf ihre Vibrationsfestigkeit hin optimiert. Dank der hohen Ausgaberaten sind für die Sensoren sehr hohe Erfassungsgeschwindigkeiten möglich – und das bei Wiederholgenauigkeiten von unter 0,8%. Selbst bei einem Tempo von 180km/h und einer Ausgaberate von 5.000Hz findet alle 10mm eine Messung statt. Werden Objekte wie z.B. Weichen vom Sensor erkannt, wird die Position der Schleifsteine angepasst.
Radprofilvermessung
Nicht nur die Gleisbetten und Schienen unterliegen den hohen Sicherheitsstandards, sondern auch die Räder der Waggons. Schließlich zählen auch sie zu den am stärksten abgenutzten Komponenten von Zügen. Auch hier lassen sich mehrere Sensoren synchron über einen IPC betreiben. So können sowohl die Spurkränze als auch komplette Radprofile vermessen werden. Dank der hohen Auflösungen in Z ab 27m lassen sich material- und farbunabhängig kleinste Fehler sofort erkennen.
