Drehmoment- und Kraftsensoren als Problemlöser in Bahnanwendungen.

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Posted by Steffen Witzemann - 13 März, 2018

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Die Bahn gilt als eine der sichersten und komfortabelsten Reisemöglichkeiten unserer Zeit. Sie hat sich in den letzten Jahrzehnten in Puncto Sicherheit und Effizienz stark weiterentwickelt. Sensoren für die Funktion und Sicherheit gehören für Ingenieure der Bahn und ihre Zulieferer zur Tagesordnung. Aber auch im Bereich der Elektrifizierung hat sich in den letzten Jahren einiges getan und Kraft- und Drehmomentsensoren machen diese Entwicklung effizienter.

Lesen Sie hier wie Elektrifizierung die Mobilität revolutioniert und welche  Rolle die Drehmomentsensorik spielt!

An welchen Stellen in Bahnanwendungen können Kräfte und Drehmoment gemessen werden?

  • Bremsanlagen
  • Wagonachsen
  • Stromabnehmer
  • Wagenkopplung
  • Infrastruktur

Sensoren im mehrstufigen Bremssystem

So können Sensoren in den Bremsanlagen die Last auf der Achse messen und die Bremskraft entsprechend regeln. Die Bremsanlagen der Bahn sind in mehrere Stufen unterteilt. Vom leichten Anbremsen bis zum tatsächlichen Stop gibt es verschiedene Systeme, die sich gegenseitig unterstützen. Vor einigen Jahrzehnten war es im Bereich des Möglichen, dass die Passagiere sich festhalten mussten, um nicht den Halt zu verlieren. Die mehrphasigen Bremssysteme, die es inzwischen auf dem Markt gibt, verhindern dies. Kraft bzw. Drehmomentsensoren in den Bremsen oder den Radachsen verbaut können die Kräfte messen, die beim Bremsvorgang auf die Mechanik wirken und aufgrund dieser auftretenden Kräfte die Bremskraft regeln. So können Closed Loop Bremsregelungen verwirklicht werden.
 
 
S-Bahn

Wie der Kraftsensor zur Sicherheit beiträgt: Load Management

Neben der Bremskraftregelung kommen auch Sensoren im Bereich Load Management zum Einsatz. So können z.B. die Kraftsensoren im Einstiegsbereich zählen, wie viele Personen in den Zug ein- bzw. wieder ausgestiegen sind. Lesen Sie zu diesen Themen der Sicherheit und des Fahrkomforts auch unseren Beitrag zu Sensoren im Elektroauto! Kraftsensoren können auch ermitteln wie schwer die Last auf der Waggonachse ist und wie diese sich im Laufe der Ladung verändert. Das ist vor allem im Gütertransport interessant, wo die Kosten für den Transport von dem Gewicht der Ladung und Volumen berechnet werden. So kann der Bahnbetreiber die Angaben seiner Kunden überprüfen. Ähnliche Umstände finden sich beim E-Mobility LKW der Zukunft, da auch dort die Ladung maßgeblich Einfluss auf Sicherheit und Kosten hat.


Funktionsfehler frühzeitig erkennen

Auch im Bereich der Stromabnehmeraftaufnehmer werden Kraftaufnehmer eingesetzt. Die Anpresskraft der Stromabnehmer auf die Oberleitung definiert die Güte der elektrischen Verbindung. Ist diese zu schwach kann es sein, dass die elektrischen Übergangswiderstände zu groß sind und dort entsprechend ein Leistungsabfall stattfindet. Bei zu starker Beanspruchung kann es zu Fehlern in der Funktion kommen. Laut dem Bündnis "Allianz pro Schiene" sind bereits schon jetzt 60 Prozent des Schienennetzes elektrifiziert. Bis 2025 sollen 70 Prozent der Gleise mit Stromschienen oder Oberleitungen ausgerüstet werden. Außerdem ebnen die elektrifizierten Gleise den Weg für elektrische Bahnantriebe, da die Aufladung zum Beispiel direkt über die Oberleitungen erfolgen kann. Lesen Sie mehr über E-Mobility in unseren anderen Blogbeiträgen oder der E-Mobility Broschüre.
 
Große Kräfte und Lasten treten bei Zügen auch im Bereich der Wagenkopplungen auf. Kraftaufnehmer an diesen Positionen können die Zuglasten bestimmen und bei Überlastung oder z.B. auch bei ungewollter Abkopplung eine Warnung ausgeben.
 Kraftsensor

Und wo kommen Kraftsensoren außerdem zum Einsatz?


Die Anwendungsmöglichkeit für Drehmoment- und Kraftsensoren im Bahnbereich ist sehr vielfältig. Auch die Integration von Sensoren in den Infrastrukturbereich der Bahn ist ein spannendes Thema. So gibt es zum Beispiel Systeme, die an Bahngleisen überwachen wie viele Züge über die Schienen gefahren sind, oder wie viele Achsen eine Stelle passiert haben. Diese Information kann genutzt werden, um zum Beispiel Notabschaltungen auf Gleisabschnitten zu realisieren; z.B. wenn dort noch ein Waggon steht und ein anderer Zug bereits einfährt. Diese Sensoren basieren z.T. auf optischen als auch auf Ultraschall-Technologien. Durch die Integration von Kraftsensoren auf den Schienen kann die Signalqualität und entsprechend die Robustheit dieser Messmethode verfeinert werden. Durch die Technologie von magnetisch induktiven Kraftsensoren, die sehr einfach an jeder Messstelle integriert werden können, ist es möglich diese Messverfahren auch bei bereits bestehenden Gleisabschnitten nachzurüsten.

 

Topics: Drehmomentsensor, Elektromobilität

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