Drahtloses, intelligentes CTM ermöglicht Zügen die Überwachung des Gleiszustands

Bahnbetreiber stehen vor einer permanenten Herausforderung: Wie lassen sich Tausende Streckenkilometer regelmäßig und zuverlässig überwachen, ohne dem Regelbetrieb wertvolle Kapazitäten zu entziehen? Die Lösung fährt möglicherweise bereits auf dem Netz.

CTM wird kabellos – für leichtere Installation, Zulassung und Skalierbarkeit
Mit intelligentem Continuous Track Monitoring (CTM) werden reguläre Linienzüge zu hochpräzisen Plattformen für die Infrastrukturüberwachung. Während sie ihre normalen Routen abfahren, erfassen sie kontinuierlich Daten zu Gleisgeometrie und Gleiszustand – und schaffen so das Datenfundament für vorausschauende Instandhaltung ganz ohne gesonderte Messfahrten.

DB Systemtechnik (DBST) und ASC Sensors haben dieses Konzept nun einen entscheidenden Schritt weiterentwickelt. Basierend auf hochpräzisen Inertialsensorlösungen von ASC soll die gemeinsam entwickelte, drahtlose intelligente Sensorplattform Installation, Zulassung und Skalierung von CTM deutlich vereinfachen – und die Technologie damit für mehr Züge, Strecken und Infrastrukturbetreiber zugänglich machen.

Messen Sie noch Probleme – oder prognostizieren und verhindern Sie sie bereits?
CTM ist ein bewährtes Konzept. Bereits seit 2018 kommt die ASC-Sensortechnik bei der DBST zum Einsatz, unter anderem auf Hochgeschwindigkeitszügen bei 300 km/h und mehr. Bei einigen CTM-Zügen mit über drei Millionen zurückgelegten Kilometern arbeiten die ASC-Sensoren nach wie vor einwandfrei. Von dieser Präzisionstechnologie, ihrer hohen Zuverlässigkeit und der gebündelten Expertise beider Projektpartner können globale Bahnkunden in Zukunft profitieren.

Robuste kapazitive Beschleunigungssensoren und Gyroskope nahe der Rad-Schiene-Schnittstelle erfassen im Fahrbetrieb kontinuierlich kritische Gleisgeometrieparameter. Die Längshöhe beispielsweise – verantwortlich für 70 bis 80 Prozent aller Gleisfehler – lässt sich geschwindigkeitsunabhängig alle zwei Zentimeter bestimmen. Nach EN 13848 muss die kumulierte Messunsicherheit über die gesamte Messkette unter 0,5 Millimetern bleiben. Um dieses Präzisionsniveau zu erreichen, ist eine Abtastrate von mindestens 1 kHz erforderlich – 1.000 Messungen pro Sekunde.

Der neue Ansatz geht jedoch über das reine Erzeugen von Messdaten hinaus.

ASC Sensors und die DBST haben eine integrierte intelligente Sensorplattform geschaffen: Kompakte Satellite Boxes am Fahrzeug kommunizieren drahtlos, während eine Recheneinheit die Messdaten verarbeitet und synchronisiert. GPS liefert Positionsdaten, Bluetooth vernetzt die verteilten Messknoten und ein LTE-Modul ermöglicht die Datenübertragung über die Cloud an ein Rechenzentrum. Diese Elemente bilden eine autonome, über den Zug verteilte Messarchitektur – ganz ohne die Einschränkungen, Komplikationen und erheblichen Kosten kabelgebundener Systeme.

Wie funktioniert drahtloses, intelligentes CTM?
Die intelligente Sensorplattform von DBST/ASC besteht im Wesentlichen aus zwei Hauptkomponenten: Satellite Boxes mit kapazitiven ASC-Beschleunigungssensoren – montiert an Radsatzlagerdeckeln – und einer Computing Box, die hochpräzise ASC-Beschleunigungssensoren sowie Gyroskope zur Messung von Drehraten enthält. Beide Sensortypen dienen der Ermittlung der Längshöhe sowie weiterer Gleisgeometrieparameter. Sowohl die Satellite als auch die Computing Boxes verfügen über ein analoges Frontend und einen ASC-Mikrocontroller zur lokalen Messdatenverarbeitung.

Hochleistungs-Batteriemodule sorgen für eine zuverlässige Stromversorgung. Jede Sensorbox ist mit GPS-Modulen und GPS-Antennen ausgestattet, was eine exakte Lokalisierung sowie die kontinuierliche Synchronisation der Sensordaten sicherstellt, um Konsistenz, Genauigkeit und Vollständigkeit der erfassten Daten zu gewährleisten. Die nahtlose Kommunikation innerhalb der Plattform erfolgt über Bluetooth Low Energy. Die Satellite Boxes fungieren als „Slaves“ und senden Messdaten an die von der DBST betriebene Computing Box („Master“), wo Gleisgeometrieparameter berechnet werden. Dazu gehören aus Beschleunigung und Geschwindigkeit abgeleitete Längshöhen, Verwindung und dynamische Fahrzeugbewegungen.

Zudem verfügt die Plattform über ein integriertes Low-Energy-LTE-Modul zur Datenübertragung in die Cloud. Für den Betrieb sind weder zusätzliche Antennen auf dem Fahrzeugdach noch eine Zentraleinheit im Wagenkasten oder jegliche Verkabelung erforderlich. Das neue System ist somit vollständig drahtlos, intelligent und skalierbar.

Kabellos verändert die Wirtschaftlichkeit
Die drahtlose Kommunikation ist der entscheidende Wendepunkt für den Serieneinsatz innovativer CTM-Systeme. Konventionelle kabelgebundene CTM-Installationen erfordern erhebliches Engineering sowie aufwendige Fahrzeugintegration. Fahrzeugspezifische Konstruktionen und Zulassungsverfahren verursachen erhebliche Kosten. Das Ziel der neuen Architektur besteht daher darin, Komplexität und Aufwand bei Hardware, Engineering und Zulassung zu senken.

Die wesentlichen Betreiber-Vorteile im Überblick:

Ohne Funktechnik würde die CTM-Skalierung auf große Flotten umfangreiche Verkabelungen, technische Anpassungen und entsprechenden Zulassungsaufwand erfordern. Die intelligente Plattform wurde gezielt entwickelt, um diese Hürden zu beseitigen – bei gleichbleibender Trägheitssensorik-Leistung und Zuverlässigkeit, auf die es beim CTM ankommt.

Drahtlos. Intelligent. Skalierbar.
Smartes CTM verwandelt Fahrzeuge des täglichen Betriebs in eine leistungsstarke Datenquelle für die Netzinfrastruktur. Es hilft Betreibern, Veränderungen früher zu erkennen, Instandhaltungen rechtzeitiger sowie zielgerichteter zu planen und die Netzverfügbarkeit zu steigern – bei gleichzeitiger Reduzierung von Reparaturkosten, Prüfaufwänden und Reputationsrisiken.

Redaktion: Romila DSilva, Induportals Editor.