DB Minden testet optische DMS von HBM

Bei der Zulassung von neuen Eisenbahnfahrzeugen sind eine Vielzahl von Prüfungen und Tests vorgeschrieben. Dazu gehören fahrtechnische Prüfungen mit Radsätzen, die die Messung von Kräften zwischen Rad und Schiene ermöglichen. Zurzeit untersucht die unabhängige Prüfstelle DB Systemtechnik in Minden die Möglichkeiten, die sich durch den Einsatz optischer Dehnungsmessstreifen, wie z.B. K-OL von HBM, ergeben könnten.

Prüfbedingungen

Sowohl die senkrechte als auch die seitliche Kraftkomponente zwischen Schiene und Rädern muss bei Rad-Schiene-Kontaktkraftmessungen bestimmt werden. Die Kräfte verursachen eine Verformung in den Rädern und der Radsatzwelle, die durch DMS gemessen und durch eine komplexe Software online zu Kräften verrechnet wird. Dazu werden zurzeit herkömmliche Dehnungsmessstreifen (DMS) eingesetzt.

Großer Aufwand bei der Montage

In der Prüfstelle in Minden wird ein Radsatz, bestehend aus zwei Rädern und der Radsatzwelle, mit DMS beklebt. Insgesamt sind 48 DMS pro Rad notwendig (Bild 1). Die Signalleitungen werden durch eine Bohrung ins Innere der hohlen Achse geführt. Am Ende der Achse ist die komplette Elektronik mit Messverstärkern und Signalübertragung untergebracht.

Der Installationsaufwand für die DMS und die Signalleitungen ist beträchtlich und beträgt mehrere Wochen pro Radsatz. Die DMS müssen einzeln aufgeklebt und entsprechend verschaltet werden. Da der Radsatz während der Versuchsfahrten relativ hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, müssen auch die Signalleitungen komplett verklebt werden.

Einrichtung des Prüfstandes

Nachdem die DMS, die Signalleitungen und die Elektronik installiert sind, muss der Messradsatz kalibriert werden. Dazu wird der gesamte Radsatz in einem eigens dafür entwickelten Prüfstand eingebaut (Bild 2).

Die Bohrungen zur Kabelführung von den Applikationsbereichen zum Messverstärker bilden einen relevanten Festigkeitseinfluss des Messradsatzes. Ein verhältnismäßig hoher Aufwand zur wiederkehrenden Sicherstellung der Rissfreiheit durch Ultraschallprüfungen ist daher erforderlich.

Ein weiterer Nachteil des Messaufbaus ist, dass der rotierende Teil der Messelektronik in und deren stationäre Teil vor der Radsatzwelle montiert ist, wodurch die Messelektronik den sehr hohen Beanspruchungen im Bereich des Radsatzes ausgesetzt ist.

Verbesserungen durch optische DMS

Um die oben geschilderten Nachteile der Messradsätze zu beseitigen, arbeitet man bei der DB Systemtechnik in Minden stets an der technischen Weiterentwicklung des Verfahrens. Einer der Ansätze, die man dabei zurzeit verfolgt, ist der Einsatz optischer DMS, wie z.B. K-OL von HBM (Bild 3).

Geringerer Installationsaufwand

Ein wesentlicher Vorteil, der sich durch die Verwendung optischer DMS ergibt, ist der deutlich geringere Installationsaufwand. „Wenn wir optische DMS einsetzen würden, könnten wir die Installationszeit von bisher vier bis fünf Wochen auf wenige Tage verkürzen“, erklärt Andreas Brodtka, der die Fertigung der Messradsätze bei der DB Systemtechnik leitet. Der geringere Aufwand bei der Installation und für Wartungen in den Fahrversuchen würde sich natürlich in entsprechend geringeren Kosten niederschlagen. Da die aufwendige Kompensation gegenüber Störungen nicht mehr notwendig ist, könnte man mit 20 DMS pro Rad auskommen. „Besonders interessant“, so der Prüfingenieur weiter, „ist die Tatsache, dass in einer einzigen Faser bis zu 20 optische DMS untergebracht sind.“

Installation der Signalleiter ohne Bohrung

Um die dünne Glasfaser nach außen zu führen, wäre auch keine Bohrung mehr in der Achse notwendig. An einer entsprechenden Lösung zur bohrungsfreien Führung des Lichtwellenleiters wird im Moment gearbeitet. Die vom Lichtwellenleiter übertragenen Signale könnten im Bereich des nach wie vor erforderlichen Übergangs vom rotierenden zum stehenden Teil am Radsatz über einen so genannten optischen Schleifringübertrager weitergeleitet werden. Der Interrogator, der die Signale der optischen DMS auswertet, könnte dann innerhalb des Fahrzeugs gut geschützt untergebracht werden und die Signale über Lichtwellenleiter erhalten. Die anfällige Elektronik in der Achse würde damit komplett entfallen.

Zur Zeit ist der Einsatz optischer DMS bei der DB Systemtechnik in Minden noch im Stadium eines Forschungsprojekts, doch die Testergebnisse belegen das Potential optischer DMS.

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