Temperaturüberwachung der Achslager bei der Liverpooler Merseyrail
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Wer ein Fußballspiel des FC Liverpool mit Trainer Jürgen Klopp an der Anfield Road besuchen möchte, der nutzt am besten den öffentlichen Nahverkehr des Merseyrail-Bahnnetzes und steigt dann an der Station Kirkdale aus. Seit kurzem hat der Fahrgast dann eventuell das Glück, dass er mit einem der New-Generation Triebfahrzeuge (EMU - Electrical Multiple Unit) der Stadler Rail AG unterwegs ist. Die Schweizer Zughersteller liefern 52 vierteilige Gelenkwagen an die Stadt am River Mersey. Schritt-für-Schritt wird die 40 Jahre alte Liverpooler Fahrzeugflotte ausgewechselt. Die ersten drei der insgesamt 52 Metro-Züge wurden 2019 ausgeliefert. Stadler übernimmt zusätzlich deren Wartung über einen Zeitraum von 35 Jahren. Die neuen Fahrzeuge wurden speziell für die Anforderungen der Merseyrail entwickelt und ersetzen eine der ältesten Flotten in Großbritannien. Die neuen Metrozüge werden 60 Prozent mehr Fahrgäste aufnehmen können, sind mit einem stufenlosen Zugang ausgestattet und bieten mehr Platz für Behinderte, Fahrräder, Kinderwagen und Gepäck. Die Reisezeiten werden sich um bis zu 10 Prozent verkürzen. Die Betreiber der Merseyrail betonen nicht ohne Stolz: „It will make Merseyrail the most accessible, traditional network in the country.“
Kontinuierliche Überwachung der Achslagertemperaturen
Neben einer Vielzahl von Sicherheitsfeatures, die auf den neuen Fahrzeugen von Stadler umgesetzt worden sind, gehört die kontinuierliche Temperaturüberwachung der Achslager zum grundlegenden Sicherheitskonzept. Denn eine Überhitzung der Achslager ist in jedem Fall kritisch und gilt es zu vermeiden. Als Folge einer Überhitzung könnte es zu Achsbrüchen und damit Entgleisungen kommen - durch die entstehende Hitze könnte es zu Funkenbildungen kommen und zu einem Brand auf dem Zug. Nicht ohne Grund haben darum viele Bahnbetreiber zusätzlich sogenannte Heißläuferortungsanlagen fest im Gleisbett verbaut, welche die Achstemperaturen vorbeifahrender Züge erfassen. Stadler setzt zur präzisen und kontinuierlichen Temperaturmessung der Achslager auf Pt100-Sensoren (Platin-Messwiderstände), die ihre Messwerte direkt an die LÜTZE LCON Rail Infinity Temperaturschwellwertschalter übermitteln. An den zehn Achsen jedes Triebfahrzeugs sind je zwei Pt100-Temperatursensoren angebracht, die rechts und links an den Achslagern montiert sind. (Siehe Abbildung 2)
Signalisierungen der Achslagertemperaturen auf dem Führstand
Alle Signale für die Temperaturüberwachung der 20 Achslager jedes Triebfahrzeuges der Merseyrail laufen auf dem Führerstand zusammen und werden in den folgenden Formen signalisiert:
- Wenn die Temperatur in einem der 20 Achslagertemperatursensoren gleich oder höher als 85 ºC ist, wird auf dem Fahrzeugführer-HMI eine Meldung (Icon auf Driver‘s HMI leuchtet in Gelb) angezeigt, dass in einem Achsgehäuse eine Übertemperatur vorliegt. (Siehe „1“ in Abbildung 3b)
- Wenn die Temperatur in einem der 20 Achslagertemperatursensoren mindestens 85 ºC beträgt, wird auf dem Wartungsbildschirm eine Meldung angezeigt, dass die Lager vom Wartungspersonal überprüft werden müssen. (Siehe „1“ in Abbildung 3a)
- Falls die Temperatur in einem der Achslagertemperatursensoren gleich oder höher als 85 °C ist, leuchtet dauerhaft ein Übertemperatursignal unterhalb der Monitore als rote Warnleuchte „Hot axle box“ auf. Das redundante Dauersignal unterhalb des HMI-Monitors signalisiert dem Fahrer auf die Hauptseite am HMI-Monitor zu wechseln, um eine exakte Fehlermeldung aufzurufen, falls der Zugführer z. B. gerade eine Fahrplanseite aufgerufen hätte. (Siehe „10“ in Abbildung 3a)
- Nach einer Übertemperatur in einem Achsgehäuse wird das Übertemperatursignal erst zurückgesetzt nachdem das Achsgehäuse unter 80 ºC abgekühlt ist.
Vorteile des LCON Rail Infinity Temperaturschwellwertschalter
Technischer Hintergrund für eine präzise Überwachung und Signalisierung kritischer Achstemperaturen ist der programmierbare und potentialfreie LCON Rail Infinity Temperaturschwellwertschalter der LÜTZE TRANSPORTATION. Mit LCON RAIL INFINITY setzt sich der Trend hochmoderner Gerätetechnik „All-In-One“ in der Bahntechnik fort. So bietet die LÜTZE als erster Anbieter überhaupt ein Kombinationsgerät an, dass im selben Gehäuse zwei potentialfreie Schwellwertschalter DC 110 V / 1,5 A sowie zusätzlich einen hochgenauen Analogausgang integriert. Neben der Platzeinsparung im Schaltschrank und deutlich weniger Verdrahtungsaufwand müssen nun von Stadler weniger Bauteile in der Fertigung bzw. Ersatzteile vorrätig gehalten werden.
Der LÜTZE Temperatur-Grenzwertschalter verfügt über Messeingänge für PT100/PT1000 mit 2-, 3- oder 4-Leiter, Thermoelemente, Potentiometer und Widerstände. Die Schwellwertschalterausgänge sind potentialfrei. Dies ermöglicht es Stadler die Schaltausgänge mehrerer Geräte in Reihe zu schalten und auf diesem Wege eine Sammelstörmeldung zu realisieren.
Von Vorteil für Stadler ist darüber hinaus, dass die LCON Temperaturschwellwertschalter über eine Weitspannungsversorgung DC 24 Volt bis 110 Volt verfügen und damit für den weltweiten Einsatz in unterschiedlichen Bordnetzen geeignet sind.
LÜTZE als Dienstleister – Schwellwertschalter Plug’n Play
Die LCON Temperaturschwellwertschalter der LÜTZE TRANSPORTATION lassen sich mit der kostenlosen Software FDT/DTM parametrieren. Die Konfiguration wird via USB-Servicekabel auf das Gerät geladen. Die Firma Stadler lässt die Temperaturschwellwertschalter von LÜTZE selbst auf die benötigten Temperaturwerte +85 °C bis +75 °C konfigurieren. Vor dem Hintergrund, dass pro Zugeinheit insgesamt 20 LCON Temperaturschwellwertschalter konfiguriert werden müssen, ist das durchaus als Zeitersparnis zu betrachten. In der Fertigung bei Stadler müssen die vorkonfigurierten Geräte entsprechend nur noch eingebaut werden.
Für Zukunftsaufgaben gerüstet - Vorbeugende Wartung
Der LCON Rail Infinity Temperaturschwellwertschalter bietet weitere Einsatzmöglichkeiten. So verfügt er über einen Analogausgang, der im Projekt Merseyrail jedoch noch nicht genutzt wird. Durch eine permanente Überwachung der Achslagertemperatur und Auswertung des entsprechenden Analogsignals könnte ein stetiges Ansteigen der Temperatur auf einen zu erwartenden Schaden bzw. Ausfall hinweisen. Im Rahmen der vorbeugenden Wartung kann das Lager dann rechtzeitig gewartet bzw. ersetzt werden.
Der kleine Bruder des LCON Rail Infinity Temperaturschwellwertschalter
Neben dem LCON Rail Infinity Schwellwertschalter setzt Stadler im Projekt Merseyrail noch einen parametrierten LCON Analog/Analog-Wandler im platzsparenden 6,2 mm-Gehäuse mit einem Messbereich von +/-500 mA zur Auswertung eines Stromsensors ein.
Über die Stadler Rail AG
Stadler baut seit 75 Jahren Züge. Der Systemanbieter von Lösungen im Schienenfahrzeugbau hat seinen Hauptsitz im ostschweizerischen Bussnang. An mehreren Standorten in der Schweiz, in Deutschland, Spanien, Polen, Ungarn, Tschechien, Italien, Österreich, den Niederlanden, Weißrussland, Algerien und den USA arbeiten über 7000 Mitarbeitende. Stadler bietet eine umfassende Produktpalette im Bereich der Vollbahnen und des Stadtverkehrs an: Highspeed-Züge, Intercity-Züge, Regio- und S-Bahnen, U-Bahnen, Tram-Trains und Straßenbahnen. Überdies stellt Stadler Streckenlokomotiven, Rangierlokomotiven und Reisezugwagen her. Darunter befindet sich auch Europas stärkste diesel-elektrische Lok. Nach wie vor ist Stadler der weltweit führende Hersteller von Zahnradbahnfahrzeugen.
Autor: Andreas Schindler | LÜTZE TRANSPORTATION Produkt Manager Interface
Titelbild: Stadler AG