Erschienen in: A&D Dezember 2011, S. 54
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Gute Fahrt

Sicherheit, Pünktlichkeit und Komfort sind wichtige Anforderungen, die der zeitgemäße Schienenverkehr erfüllen muss. Um höhere Reisegeschwindigkeiten bei einer wachsenden Verkehrsdichte zu gewährleisten, verrichten in den Fahrzeugen viele unterschiedliche Sensoren ihren Dienst. *  Text: Steffen Günther, Baumer Fotos: Baumer  

Im Schienenverkehr als Massentransportmittel in Europa wird eine Interoperabilität angestrebt, über Hersteller- und Ländergrenzen hinweg. Ausfälle der Technik oder Störungen im Betriebsablauf nehmen schnell ein erhebliches Kosten- und Schadensausmaß an. Es geht nicht nur um die Sicherheit der Fahrgäste, sondern auch um deren Anforderungen an den Reisekomfort. Dabei geht es keineswegs um reine Bequemlichkeit, das haben die Vorfälle der jüngsten Vergangenheit gezeigt: Extreme Hitze im Sommer und besonders schneereiche Winter führten nicht nur zu Verspätungen und Zugausfällen, sondern auch zu Komforteinbußen. Um Sicherheit und Komfort auch bei stetig steigenden Reisegeschwindigkeiten zu gewährleisten, kommt eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren von Baumer in den Fahrzeugen zum Einsatz. Wesentlich zur Sicherheit im Schienenverkehr tragen heute Gleitschutz, Traktionskontrolle und Zugsicherungssysteme bei, zum Beispiel das europäische Zugsicherungssystem ETCS. Dazu müssen im Antriebssystem und Drehgestell des Fahrwerks an vielen relevanten Stellen Winkel und Umdrehungszahlen erfasst werden. Speziell für diesen harten Einsatz im Drehgestell hat Baumer den Mehrkanal-Impulsgeber BMIV entwickelt: Bis zu zwölf Kanäle in vier galvanisch getrennten Blöcken erlauben eine simultane Ermittlung der Radsatzgeschwindigkeit in mehreren Systemen, auch mit unterschiedlichen Impulszahlen. Funktionskontrollsignale sorgen dabei für größtmögliche Sicherheit. Auch bei einem stehenden Zug sendet der Sensor Signale aus, um zum Beispiel einen Kabelbruch schnell zu erkennen.

Zu Sicherheit, Komfort und Geschwindigkeit trägt auch die sensible Sensorik bei
Auch in den Sanitäranlagen sorgen Sensoren für Überlaufschutz und reibungslose Toilettenfunktion

Abtastprinzipien für harte Umgebung

Unter harten Einsatzbedingungen stellt sich die Frage nach der geeigneten Abtasttechnik. Mit dem Magres-Prinzip präsentiert Baumer einen Weg der magnetischen Abtastung, der im Gegensatz zu anderen Erfassungsprinzipien unempfindlich gegen im Zugverkehr auftretende Belastungen wie Vibration, Schmutz, Öle, Spritzwasser, Betauung, starke Temperaturschwankungen oder magnetische Fremdfelder ist. Die Impulsgeber entsprechen den Bahnnormen und sind mit SIL2-Begutachtung auch für das europäische Zugsicherungssystem geeignet. Ebenfalls mit magnetischer Abtastung arbeiten die Drehgeber der HDmag-Serie. Diese Hohlwellengeber mit einem Innendurchmesser von bis zu 740 mm lassen sich direkt auf der Motornabe der Lok oder des Waggons montieren. Durch ihre axial schmale Bauform und den Wegfall der Drehmomentstütze benötigen sie wenig Platz auf der Welle. Durch die im Abtastkopf integrierte Signalverarbeitung können wahlweise Rechtecksignale oder sin/cos-Signale generiert werden. Die Elektronik des Sensorkopfes ist komplett vergossen, zum Schutz vor Verschmutzung, Schock und Vibration. Ebenfalls gut geeignet für den Einsatz bei Schienenfahrzeugen sind Sensoren, die mit dem Hall-Prinzip ferromagnetische Zahnräder abtasten.Dafür bietet Baumer den berührungslosen Hallsensor MTRM-16. Zu seinen Aufgaben gehören die Drehzahlerfassung für Gleitschutz und Geschwindigkeitsregelung sowie die Drehrichtungserkennung. Je nach Ausführung ist er für Zahnradgrößen bis Modul 3 geeignet und kann bei Temperaturen von –40 bis +120 °C eingesetzt werden. Der Sensor ist zudem schock- und vibrationsfest und in einem komplett geschlossenen, robusten Metallgehäuse untergebracht. Durch Schaltfrequenzen von bis zu 20kHz detektiert der MTRM-16 auch die Drehzahl schnell drehender Zahnräder zuverlässig. Ein wichtiger Einsatzbereich für Sensoren in der Bahntechnik ist die Druckmessung. Das Spektrum reicht vom Bremssystem über Oberleitungsstromabnehmer und Kühlsysteme der Triebfahrzeuge bis hin zu Stoßdämpfern oder Klimaanlagen. Aufgrund der Erschütterungen während der Fahrt müssen die eingesetzten Druckmessgeräte robust sein. So hat Baumer den Druckmessumformer PBSR für extreme Belastungen entwickelt. Er überwacht den Druck im Bremssystem verschiedener Hochgeschwindigkeitszüge und eignet sich für die pneumatische und hydraulische Bremskontrolle sowie für Kühlkreisläufe. Auch im Hochspannungsbereich kommen robuste Druckmessumformer EF6bei der Drucküberwachung des Stromabnehmers zum Einsatz. Für Schwerlastanwendungen in Schienenfahrzeugen eignet sich das Druckmessgerät MEX3, zum Beispiel um den hydraulischen Druck der Feststellbremsen bei Zügen zu überwachen. Speziell für den Einsatz unter den hier besonders harten Umgebungsbedingungen wurde das aus Edelstahl gefertigte Messgerät in einem Aluminiumgehäuse mit einer Polykarbonat-Sichtscheibe untergebracht.Die ebenfalls speziell für Bahnanwendungen entwickelte MFE-Baureihe kommt überwiegend in On-Board-Anwendungen zum Einsatz. Die Skalenbeleuchtung sorgt für gute Ablesbarkeit im Führerhaus. In den Kühlsystemen des Stromversorgungssystems, innerhalb von Klimaanlagen oder in den Bremsanlagen, zum Beispiel von Straßenbahnen wird häufig der Druckschalter CPX/PFX eingesetzt. Er wurde für einen Temperaturbereich von –40 bis +150 °C entwickelt und für erhöhte Betriebsspannungen bis zu 130 V ausgelegt. Damit lässt er sich an spezifische Bedürfnisse anpassen.

Vielfältige Einsatzbereiche

In Schienenfahrzeugen finden sich auch induktive und kapazitive Sensoren für unterschiedliche Anwendungsbereiche. Ein Induktivsensor sorgt für einen möglichst geringen Spalt zwischen Bahnsteigkante und Wagen, um einen komfortablen und sicheren Ein- und Ausstieg sicherzustellen. Die korrekte Endlagenposition der Einstiegshilfe überwachen robuste induktive Sensoren, die sich auch für die Verschlussüberwachung der Türen und Fenster eignen. Sie stehen in zylindrischen und quaderförmigen Bauformen zur Verfügung und eignen sich je nach Ausführung für Schaltabstände bis 20 mm. Ebenso wie die anderen Sensoren im Portfolio hat sie der Hersteller auf einen jahrelangen Betrieb ausgelegt. Für die Schienenverkehrstechnik ist dies ein nicht zu unterschätzendes Kriterium, denn moderne Triebwagen und Züge sind heute für Betriebszeiten von bis zu 30 Jahren vorgesehen. Mit einer mittleren Betriebsdauer von über 100 Jahren entsprechen die Baumer-Induktivsensoren im Edelstahlgehäuse den hohen Ansprüchen. Ihr weiter Arbeitstemperaturbereich von –40 bis +100 °C trägt zum zuverlässigen Betrieb der Schienenfahrzeuge bei. Eine wichtige Rolle beim komfortablen Zugreisen übernimmt der kapazitive Füllstandssensor CFAK-12. Er findet Anwendung in Eisenbahntoiletten und dient als Überlaufschutz, wenn das WC verstopft ist und der Wasserstand steigt. Darüber hinaus gewährleistet er durch das Ausblenden von Schwebstoffen, Toilettenpapier oder Reinigungsmitteln, dass die Spülung im Normalfall zuverlässig funktioniert. Durch eine spezielle Gehäuseform und die glatte Kunststoffoberfläche haften Schmutzpartikel nur sehr schlecht an, was den Reinigungsaufwand erheblich reduziert. Gegen aggressive Reinigungsmittel ist der Sensor hochresistent.☐

• more@click-Code: AD9824430

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