Schade aan railvoertuigen waarnemen voor het te laat is en treinonderhoud uitvoeren als het noodzakelijk is: dat moet mogelijk worden dankzij een nieuw soort mens-machine-communicatie via een cloud ondersteund draadloos sensornetwerk. Defecte wielen van een trein kunnen dramatische gevolgen hebben. Daarom zet Deutsche Bahn in op directe machinecontrole van de ICE-wielstellen. Dat is tijdrovend en duur.
Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlijn ontwikkelen samen met industriële partners een oplossing, waardoor een grote veiligheid bij geringen inspanningen kan worden gewaarborgd. “Wij willen in een zeer vroeg stadium schades opsporen en afstand nemen van op intervallen gebaseerd onderhoud en daarvoor reparaties afhankelijk van de bedrijfstoestand”, verklaart dr. Michael Niedermayer, die bij het IZM leiding geeft aan de werkgroep Technologieorientierte Designmethoden. Hij coördineert het project »Mobile Sensorsysteme für zustandsbasierte Instandhaltung«, afgekort: MoSe.
Sensornetwerk ideaal
Hierachter schuilt een cloud ondersteund draadloos sensornetwerk: alle assen en onderdelen van het onderstel van een trein zijn hiervoor uitgerust met kleine radiografische sensoren. Deze nemen de relevante data van slijtage van onderdelen op en sturen die door naar de onderhoudswolk, die toestanden opslaat in de Maintenance-Cloud in het internet. Daar worden de meet- en analysedata versleuteld voor de gebruiker opgeslagen. Zelfs de fijnste scheurtjes in een kogel van een lager moeten worden waargenomen. Niedermayer beschrijft het systeem: »De sensorknooppunten kunnen de kleinste veranderingen in trillingen opnemen. We noemen dit diagnose in de diepte. “Dat maakt reparatie mogelijk voordat dit erger wordt en er werkelijke schade is”.
“Het bijzondere van dit idee is, dat een naadloze controle tijdens het rijden mogelijk is en treinen niet terug naar de remise hoeven, terwijl visuele controle ook niet 100% betrouwbaar is”, zegt Manfred Deutzer van de projectpartner Deutzer Technische Kohle GmbH. Er bestaan ook sensoren met bedrading, waarmee het onderstel van railvoertuigen kan worden gecontroleerd, maar deze halen niet de diagnosekwaliteit die de ontwikkelaars van MoSe nastreven.
Met de nieuwe procedure zijn de nauwkeurige weergaves van data mogelijk, zoals of een aslager over drie maanden moet worden vervangen en niet op basis van verdenking veel eerder. Het gebruikelijke onderhoud van wielen is ook niet direct economisch, want deze worden met een bepaald vast interval nageslepen, om platte vlakken te verwijderen, die ook slijtage aan de rails veroorzaken. “Dit kan drie maal worden uitgevoerd, waarna de wielen op de schroothoop belanden”, zegt Deutzer. “Het is meer zinvol en goedkoper om alleen de slecht rollende wielen te slijpen. Maar momenteel bestaat er hiervoor nog geen analyse toepassing’. MoSe moet dit opleveren.
Diagnose stellen
En er is nog meer: “We willen niet alleen de diagnose verbeteren, maar de opgenomen data ook zo nauwkeurig mogelijk gedetailleerd bereid stellen”, zegt Niedermayer. De machinist moet de voor hem belangrijke informatie krijgen over bijvoorbeeld kritische lagerschade. De diagnosetechnicus kan aan de hand van de gedetailleerde meetdata beoordelen, hoe snel de schade aan de aandrijving verergert. De ontwikkelaar verbetert het technisch ontwerp van de volgende generatie producten met behulp van de statistische gegevens over onderdelenslijtage. Alle deelnemers krijgen gelijktijdig de data zo aangeleverd, dat ze er onmiddellijk mee kunnen werken. Daarvoor worden intelligente diagnose algoritmes ontwikkeld. “Een ander voordeel is, dat de draadloze sensoren eenvoudig achteraf kunnen worden ingebouwd”, vult Niedermayer aan.
Nieuw is ook, dat het systeem kan worden aangepast aan de verschillende toerentallen van de verschillende materialen, zoals de wielen van de trein, waardoor uiterst nauwkeurige data in elke bedrijfstoestand kunnen worden geleverd. Tot nog toe waren sensoren afgestemd op een toerental. Dat is wel gemakkelijker voor het onderhoud, maar de diagnosekwaliteit is leidend. Dit wordt mogelijk door analysealgoritmes. Maar de ontwikkeling is nog kritisch: “ze mogen niet beschikken over te veel rekenkracht, dus niet veel energie vragen, omdat het systeem zonder batterijen moet functioneren”, verklaart de onderzoeker. MoSe werkt toe naar Energy Harvesting, dus benut energie uit trillingen of warmte, die bij de roterende delen ontstaat.
In de komende paar jaar wordt een prototype ontwikkeld, die zich in trams van het verkeer in Brandenburg an der Havel moet bewijzen. Daarna komt het systeem andere treinen bewaken.
Meer informatie: