Das englische Unternehmen Senceive hat kabellose Multisensorsysteme im Produktportfolio, mit denen die Gleisüberwachung sicherer und effizienter wird.
Die 3-Achs-Neigungssensoren von Senceive Ltd. sind nur wenige Zentimeter groß, sehr leicht und können bis zu 15 Jahre Laufzeit leisten. Für die Gleisüberwachung können sie einfach verklebt werden. Foto: Senceive Ltd.
In Zeiten des zunehmenden Verkehrsaufkommens auf Straße und Schiene ist der reibungslose Verkehrsablauf anfälliger für Störungen denn je. Eingriffe, sowohl direkt als auch indirekt, können Flaschenhalsszenarien verursachen, wenn es potenzielle Gefährdungen nicht erlauben, den Normalbetrieb aufrecht zu erhalten. „Eine solche Gefährdung entsteht entweder durch tatsächliches bzw. befürchtetes Versagen eines Infrastrukturbauwerks oder durch Maßnahmen an oder in der unmittelbaren Umgebung“, berichtet Markus Rennen, Business Development Manager für die DACH-Region bei Senceive Ltd, ein englisches Unternehmen, das Sensor-Lösungen für die Gleisbettüberwachung anbietet. „Insbesondere Gleisanlagen sind wegen des Mangels an Ausweichmöglichkeiten diesen Behinderungen im besonderen Maße ausgesetzt.“
Baumaßnahmen im Bereich von Bahnanlagen sind dementsprechend mit angemessener Vorsicht und unter Einrichtung geeigneter Vorkehrungen durchzuführen. Eine dieser Maßnahmen kann die umfassende Überwachung der Gleisanlage, des Unterbaus sowie im Umfeld befindlicher Strukturen wie Gebäude, Böschungen, etc. – das sogenannte Gleismonitoring – sein. „Um den (Bahn-)Betrieb dabei mit möglichst geringen Einschränkungen weiter laufen zu lassen, ist ein sowohl zeitlich als auch räumlich engmaschiges Monitoring erforderlich, was im allgemeinen manuelle Vermessungsmethoden ausschließt“, betont Rennen. Automatisierte, vornehmlich optische Verfahren würden hier den Ton angeben. Der gelernte Vermessungsingenieur führt aus: „In der jüngeren Vergangenheit kommen zunehmend alternative Sensorsysteme zum Einsatz. Haben vor Jahren geotechnische Sensoriken bereits Spezialaufgaben erfüllen können, so litt ihre Popularität erheblich unter dem erforderlichen Installations- und Wartungsaufwand.“ Insbesondere Verkabelungen für Stromversorgung und Datenübertragung machten die Systeme in der Vergangenheit nicht nur unhandlich, sondern auch fehleranfällig.
Die Installation der Multisensorsysteme kann auch durch fachfremdes Personal erfolgen, zumal der Verzicht auf Verkabelung den Montageaufwand erheblich reduziert. Foto: Senceive Ltd.
Multisensorsysteme im Markt angekommen
In den letzten Jahren ging in diesem Zusammenhang ein Ruck durch die Branche, viele Anwender setzen mittlerweile auf moderne Multisensorsysteme. „Ihren aktuellen Durchbruch verdanken moderne Multisensorsysteme der Miniaturisierung“, erklärt Rennen. Auf diese Wiese lassen sich beispielsweise autarke Sensorknoten, sogenannte Nodes, realisieren, die Sensorik, Kommunikation und Stromversorgung in nur einem Gehäuse vereinen. „Ein Standard-3-Achs-Neigungssensor ist damit lediglich wenige Zentimeter groß, wiegt wenige hundert Gramm und kann bei halbstündiger Datenabfrage bis zu 15 Jahre Laufzeit leisten“, so der Vermessungsingenieur.
Die Vorteile solcher Multisensor-Konzepte – insbesondere mit Blick auf das Gleismonitoring sowohl bezüglich Betriebsunterbrechungen als auch unter Sicherheitsaspekten – liegen auf der Hand: Die Sensorik ist autark, physisch kompakt sowie leicht und wird vorkonfiguriert geliefert. Auf diese Weise könnte die Installation nach Einweisung sogar durch fachfremdes Personal intuitiv erfolgen. „Zumal der Verzicht auf Verkabelung den Aufwand enorm reduziert und der Aufenthalt der Mitarbeiter im Gleisbereich signifikant verkürzt wird. Somit kann eine große Anzahl an Sensoren mit wenig Personalaufwand in kürzester Zeit realisiert werden“, berichtet Rennen. Für die Gleisüberwachung werden die Nodes dabei im Allgemeinen verklebt, es stehen jedoch auch Magnethalterungen zum Beispiel für stählerne Brücken oder Masten zur Verfügung.
Wie das Gleismonitoring funktioniert
Wie leistungsstark die Senceive-Multisensorsysteme sein können, erläutert Rennen mit einem Beispiel: „Ein einzelner, auf einer Gleisschwelle montierter Neigungssensor kann direkt eine Überhöhung liefern, die Differenz aufeinanderfolgender Überhöhungen repräsentiert mit der Verwindung eines Gleiskörpers einen der wichtigsten sicherheitsrelevanten Parameter und via Modellbildung als Sensorkette ausgewertete Neigungsänderungen in Gleislaufrichtung liefern eine verlässliche Indikation bezüglich vertikaler Bewegungen.“
Gleichzeitig ist klar, dass auch die Senceive-Multisensorsysteme ihre volle Leistungsfähigkeit nur in Kombination mit anderen Werkzeugen ausspielen können. So liefern Neigungssensoren keine direkten Informationen über Bewegungen erster Ordnung, wie zum Beispiel horizontale Translationen. „Abhilfe könnte hier die Verwendung von Laserdistanzsensoren schaffen, mithilfe derer entweder von einem festen Standpunkt außerhalb des Gleises auf die Schiene gezielt wird oder von der Schwelle auf ein festes Ziel außerhalb des zu beobachtenden Gleises“, berichtet Vermessungsingenieur Rennen.
Die sogenannten Tilt-Beams liefern Aussagen zu Kippungen und Differentialsenkungen auf vertikalen oder horizontalen Flächen. Sie bestehen aus miteinander verbundenen Streben, die mit Neigungssensoren bestückt sind. Foto: Senceive Ltd.
Kurzfristige Einsätze und Life-Cycle Monitoring
Im Sinne des Gleismonitorings ist jedoch nicht nur die Überwachung des Gleiskörpers selbst sicherheitsrelevant, sondern auch die Beobachtung des Zustandes gleisbezogener Bauwerke wie etwa Brücken und gleisnaher Anlagen. „In Tunneln können beispielsweise Laserdistanzsensoren zur Bestimmung von Konvergenzen – also diametraler Streckenänderungen als Indikation von Querprofildeformationen – eingesetzt werden“, so Rennen. Auch könnten horizontal montierte und miteinander verbundene sowie mit Neigungssensoren bestückte Streben, sogenannte Tilt-Beams, eingesetzt werden, um eine praktische Realisierung eines automatisierten Nivellementszuges in Höhenüberwachung inhomogener Bauwerke zu erreichen.
„Die Einfachheit der Installation prädestiniert drahtlose Systeme (sogenanntes Wireless Condition Monitoring; WCM) sowohl für kurzfristige Einsätze als auch aufgrund der Langlebigkeit für dauerhaftes Life-Cycle-Monitoring. Erst der Einsatz vielseitigerer Kommunikation, wie z.B. Senceives vernetzter 2.4GHz Flatmesh-Plattform oder das weit verbreitete 868MHz LoRa, erlaubt es im eigentlichen Sinne von Sensorsystemen zu sprechen“, betont Rennen. Dabei verfügen die Nodes zum einen über implementierte Sensorik, können zum anderen aber auch mit externer Sensorik verbunden werden. „Unterschiedliche Sensoriken können dann in der gemeinsamen Plattform verwaltet und als Multisensorsystem betrieben werden. Die Vorkonfiguration erlaubt dabei auch die sukzessive Erweiterung um beliebige Sensortypen – ohne, dass das zuvor bei der Planung Berücksichtigung gefunden haben muss“, führt der Vermessungsingenieur aus. Der Datentransport erfolgt im Allgemeinen via Mobilfunk-Gateway mit dem Ziel der Datenvisualisierung der von den Nodes empfangenen Daten innerhalb einer universell erreichbaren Cloud.
„Letztendlich geht es darum, auf dem Weg zu aktuellen, lückenlosen und vor allem aussagekräftigen Informationen zur Risikominimierung von der Quelle zum Nutzer so wenige Hürden wie möglich zu stellen. Drahtloses Zustandsmonitoring stellt damit einen kleinen, erschwinglichen Schritt für den Nutzer, jedoch einen großen Sprung für das Monitoring sowie die damit verbundene Sicherheit von Menschen und Umwelt dar“, resümiert Rennen. (jr)