Der Personen- und Güterverkehr auf deutschen Schienen ist eng getaktet; die Schienennetze sind dadurch stark belastet und vielerorts nicht in bestem Zustand. Sanierungen von Streckenabschnitten und Erschließungen neuer Strecken sind langwierig und kostenintensiv. Daher gilt es, die Schienennetze in besonderem Maße zu schonen und vor zu hoher Belastung und Verschleiß zu bewahren. So sind beispielsweise Übergewicht oder eine einseitige Beladung von Zügen beziehungsweise Waggons mitverantwortlich für den Verschleiß der Schienen und stellen zudem ein Sicherheitsrisiko dar, sowohl für den Zug als auch für die Infrastruktur wie etwa an Eisenbahnbrücken.

Nach erfolgreichen Tests bei der französischen SNCF hat Althen das dynamische Wiegesystem AWIM (Althen Weighing in Motion) auch in Deutschland auf die Schiene gebracht. Es sorgt zum einen dafür, Güterzüge und Waggons möglichst lange einsatzfähig zu halten, zum anderen hilft es, die Belastungen für Schienen und Weichen zu reduzieren.

Sensoren nach OIML R106-1 zertifiziert

Mit dem System werden Lokomotiven und Waggons insbesondere von Güterzügen im Geschwindigkeitsbereich bis 140 km/h beim Überfahren der an den Schienen angebrachten Wiegestation gewogen. Acht auf Kraftsensoren basierende Wiegepunkte ermöglichen eine präzise Erfassung des Gewichts sowie der Gewichtsverteilung pro Lok, Waggon, Achse, Rad und Seite. Zertifiziert sind die Sensoren nach OIML, einem internationalen Standard für Gewichtsmessung der Internationalen Organisation für das gesetzliche Messwesen. Für den Bahnbereich spezifisch ist OIML R106-1.

Im Detail betrachtet: Die Wiegemethode basiert auf Kraftaufnehmern, die auf dem Schienensteg montiert sind. Der enthaltene patentierte Dehnungsmessstreifen erkennt die mechanischen Bewegungen der Schiene durch die Überfahrt des Zuges und wandelt diese Informationen in analoge, elektrische Signale um. Jeder Wiegepunkt ist über ein Kabel mit einem Analog-/Digital-Signalwandler verbunden. Die acht Signalwandler senden das digitale Signal in Echtzeit an eine Auswerte-Elektronik, die die Signale analysiert und durch Algorithmen unter anderem in Gewichte umwandelt. Das Wiegen kann sowohl manuell bei Zugdurchfahrt als auch automatisiert aktiviert werden.

Die Genauigkeit des Systems wurde von ‚Research Institutes of Sweden‘ und dem schwedischen Bergbau-Unternehmen Lu-ossavaara-Kiirunavaara Aktiebolag LKAB getestet. Je nach Geschwindigkeit beträgt die Genauigkeit 0,5 % (bei Geschwindigkeiten unter 10 km/h) bis 1 % (bei circa 100 km/h).

Ergänzt werden die an der Schiene installierten Komponenten durch einen Systemschrank unmittelbar an der Strecke sowie einen MySQL-Datenbankserver in einem lokalen Netzwerk oder in einer Cloud. Der Systemschrank lässt sich direkt an einer Wand oder an einem Mast mon-tieren. Über ein Signal- und Stromzuführungskabel sind die Kraftaufnehmer mit dem Systemschrank verbunden, der seinerseits die Datenübertragung über eine Ethernet-Verbindung in die Datenbank/ Steuerung gewährleistet. Die Analyse-Software zur Interpretation der Messdaten ist im System integriert und kann über entsprechende Schnittstellen mit beliebigen kundenseitigen Warenwirtschaftssystemen und IT-Landschaften kombiniert werden.

Lifecycle-Management aller Waggons

Acht Sensorpaare – je vier auf einer Schienenseite – erfassen Gewicht und Gewichtsverteilung pro Lok, Waggon, Achse, Rad und Seite. So können Belastungen der Infrastruktur festgestellt sowie Maßnahmen zur Predictive Maintenance ergriffen werden.

© Althen

Das primäre Ziel des AWIM-Systems ist die Gewichtsmessung. Dank der spezifischen Analytik dahinter lassen sich darüber hinaus weitere Erkenntnisse über Waggons und Schienen gewinnen: Beispielsweise können mithilfe der cloudbasiert gesammelten Daten Flachstellen an den Rädern – also einseitig schadhafte Stellen – detektiert werden, durch die das jeweilige Rad Schläge auf die Schiene ausübt. Ebenso lassen sich über das System mögliche Entgleisungen einzelner Achsen feststellen. Beides kann die Schienen massiv beeinträchtigen. Das frühzeitige Erkennen von Flachstellen und abgenutzten Komponenten hilft dabei, plötzliche Ausfälle zu vermeiden und Beschädigungen im Sinne einer Predictive Maintenance rechtzeitig zu beheben. So können Wartungen von Waggons planbar und auch nur dann vorgenommen werden, wenn die Messparameter die Notwendigkeit anzeigen.

Die Infrastrukturüberwachung ist für Bahnbetreiber sehr zeit- und vor allem kostenintensiv. Mit Weighing in Motion sparen Betreiber Wartungs- und Reparaturkosten, indem Waggons dank der Messdaten zum exakt passenden Zeitpunkt in die Fahrzeuginstandhaltung geholt werden. Zudem lässt sich kritische Infrastruktur wie Eisenbahnbrücken besser schützen: Wird das Gewicht vor der Überfahrt des Zuges geprüft, kann bei entsprechenden Gewichtsüberschreitungen eine Absenkung der Geschwindigkeit vorgenommen werden.

Vorausschauende Wartung

Zur Identifikation und Nachverfolgbarkeit verfügt das System über eine eingebaute Lokomotiv- und Waggondatenbank. Diese vergleicht die Abstände zwischen den vorbeifahrenden Rädern beziehungsweise Achsen und kann daraufhin bestimmen, welche Achsen zusammengehören, wodurch eine Lokomotive oder ein Waggon definiert wird. So werden die Fahrzeugdaten über den Lifecycle erfasst und bewertet.

Das Wiegesystem kann Betreibern folgende Informationen bereitstellen:

• Identität, Datum und Uhrzeit der Wiegestation;
• Richtung und Geschwindigkeit des Zuges;
• das Gewicht jedes einzelnen Rades sowie das Gewicht des Drehgestells;
• das individuelle Lok-/Wagen- und Gesamtgewicht des Zuges;
• die Anzahl der vorbeifahrenden Achsen;
• eine ungleichmäßige Belastung und Überlastung sowie
• den Typ der Lokomotive und/ oder des Wagens.

Die Autorin: Michaela Wassenberg ist freie Journalistin aus Nürnberg.

© Wassenberg PR

Das System kompensiert Temperaturschwankungen und Spannungen in den Schienen selbstständig und ist in einem Temperaturbereich von –30 bis +80 °C einsetzbar. Es ist unempfindlich gegenüber Wettereinflüssen. Auch das Überfahren der Wiegestation mit hohen Geschwindigkeiten beispielsweise eines ICEs beeinflusst oder beschädigt die Sensoren nicht. Daraus folgt ein hoher Freiheitsgrad bei der Platzierung der Kraftaufnehmer an der Schiene.

Abgesehen vom Schienennetz der Deutschen Bahn eignet sich das dynamische Wiegesystem auch für privatwirtschaftliche Schienennetze wie in der Stahlindustrie, an Häfen oder im Kohle-Abbau: Zum einen können die Betreiber Wartung und Instandhaltung vorausschauend gestalten, zum anderen ist das System auch bei der Be-rechnung der Zuladung von Rohstoffen nützlich.