Intelligente Lösungen für eine effektive Inspektion im Schienenverkehr

Eisenbahnen sind komplexe mechanische und elektrische Systeme mit Hunderttausenden beweglicher Teile. In der Bahnbranche geht es zunehmend um Hightech-Messungen zur Analyse der Produktionsqualität, der Infrastruktur und der Wartung vor Ort, um die Sicherheit und den Komfort der Fahrgäste zu gewährleisten.

Eine Überprüfung der Schienen auf Mängel, die zu katastrophalen Ausfällen führen könnten, ist unerlässlich. Laut Sicherheitsanalysen, die von Eisenbahnverwaltungen durchgeführt wurden, sind Gleismängel die zweithäufigste Unfallursache bei Eisenbahnen weltweit. Es überrascht nicht, dass die Hauptursache für Eisenbahnunfälle nach wie vor menschliches Versagen ist. Auch der Anteil, den schlechte Managemententscheidungen an Eisenbahnunfällen haben, die durch unregelmäßige oder unzureichende Inspektionen des Schienennetzes verursacht werden, ist von großer Bedeutung.

Jedes Jahr geben Eisenbahnunternehmen Millionen von Euro aus, um die Schienen auf innere und äußere Mängel, einschließlich Gleisschäden und Entgleisungen, zu überprüfen. Die Integration fortschrittlicher Inspektionstechnologien während der Fertigung und kontinuierlichen Wartung ist für die Zukunft eines sicheren und effizienten Schienenverkehrs von grundlegender Bedeutung.

Inspektion spielt eine entscheidende Rolle bei der Leistungsoptimierung. Es geht um mehr als nur die Kontrolle des Endprodukts. Die Messtechnik muss während des gesamten Produktionsprozesses funktionieren. In jedem Bereich des Bahnfertigungsprozesses lassen sich mit verbesserten Inspektionsmethoden erhebliche Produktivitätsgewinne erzielen.

Bahninfrastruktur

Der Bau von Bahnstrecken ist kapitalintensiv. Und sind sie einmal fertiggestellt, ist es schwierig, die Ausrichtung dieser Schienen zu ändern. Die Kontrolle von Ausrichtung und Profil während der Gleisverlegung ist daher für einen sicheren Betrieb von größter Bedeutung. Darüber hinaus muss die Spurausrichtung während des gesamten Lebenszyklus der Schiene im Rahmen der vorbeugenden Wartung regelmäßig überprüft werden.

Für die Prüfung von geraden und gekrümmten Strecken sowie von Ebenen und Gradienten werden verschiedene Verfahren eingesetzt, die jeweils spezielle Prüfgeräte erfordern. Diese Geräte müssen eine horizontale Ausrichtung vornehmen, um die XY-Ebene des Gleises zu definieren, und dann eine vertikale Ausrichtung, um die Höhe oder Z-Ebene festzulegen. Diese Anwendung erfordert mobile Geräte, die direkt auf der Schiene bedient werden können. Zu den Optionen gehören 2D-Laserscanner, mobile Messarme oder Laser Tracker mit Handheld- oder Direktscanning-Funktionen.

Elastische Schienenklemmen (E-Clip) sorgen für eine dauerhafte Ausrichtung, die die Stahlschiene und die Befestigungen vor dem hohen Druck schützt, den ein Zug auf die Gleise überträgt. Ein vollständiges E-Clip-Schienenbefestigungssystem besteht im Allgemeinen aus zwei Spannklemmen, zwei Schwellenschrauben, einer Schienenzwischenlage und zwei Schienenisolatoren.

Die Inspektion von E-Clip-Systemen kann ein mobiles System für Messungen vor Ort erfordern, wie z. B. einen mobilen Messarm, oder ein hochvolumiges System, das sich für Messungen in einer Schmiedeumgebung eignet, wie z. B. eine spezielle Rohrprüfzelle mit direkter Rückmeldung der Biegemaschine. 

Für den Schienenverkehr müssen die Gleise die Sicherheitsanforderungen verschiedener gesetzlicher Vorschriften strikt erfüllen. Spezielle Geräte zur Messung der Gleisgeometrie und des Schienenverschleißprofils eignen sich hervorragend für diesen Prozess. Bei der dimensionellen Prüfung von Schienen werden solche Lehren für folgende Zwecke verwendet:

• Schnelle, flexible und präzise Bewertung der Spurweite, Kurvenüberhöhung und Bahngleise
• Direkte Berechnung der Verwindung, um Unregelmäßigkeiten vor Ort zu erkennen und erforderliche Instandhaltungsmaßnahmen unverzüglich einzuleiten
• Präzise Messung des gesamten Schienenkopfquerschnitts sowie Berechnung der wichtigsten nicht-dimensionellen Messgrößen und Verschleißparameter innerhalb von Sekunden
  
  

Fahr- und Drehgestell

Ein Drehgestellrahmen (Lkw-Rahmen) ist eine Fahrgestellstruktur, die als modulare Unterbaugruppe von Rädern und Achsen dient, um die während der Fahrt von der Schiene übertragenen Stöße und Vibrationen zu dämpfen. Ein Drehgestell bleibt in der Regel an einem Eisenbahnwaggon oder einer Lokomotive befestigt und dient der Traktion und zum Bremsen. Die Drehgestelle tragen die Last des Waggons auf den Schienen, und jede Fehlausrichtung, jeder Verschleiß und jede Beschädigung ist kostspielig zu reparieren. 

Probleme an Drehgestellkomponenten zu erkennen, bevor sie ausfallen, kann die Kosten erheblich senken. Nach der Fertigung, dem Zusammenbau oder der Wartung muss das Gestell zur geometrischen Validierung überprüft werden. Eine regelmäßige Qualitätskontrolle und Anpassung der Radlasten und der Drehgestellgeometrie optimieren den Fahrkomfort und minimieren den Schienen- und Fahrzeugverschleiß sowie die Betriebskosten. 

Die Fahrwerk- und Drehgestellinspektion kann mit einer Reihe manuell bedienter Messgeräte durchgeführt werden, die ein großes Prüfvolumen, eine Abdeckung verborgener Punkte, Mobilität und Betriebsbereitschaft sowie einen unmittelbaren Zugriff auf die Ergebnisse für Ausrichtungskorrekturen vor Ort erfordern. Die besten Optionen für eine solche Anwendung sind ein Laser Tracker mit einem kabellosen Handtaster, ein mobiler Messarm mit großem Volumen oder ein Ein-Kamera-Photogrammetriesystem.

Die Inspektion von Fahrwerken und Drehgestellen, einschließlich der geometrischen Auswertung, Optimierung und Anpassung der Radlasten, ist eine wichtige Anwendung zur Effizienzsteigerung durch Implementierung eines automatisierten Inspektionssystems.

Dies lässt sich mit einem Laser Tracker mit einem Scannersystem erreichen, der auf einem Roboter und der Schiene montiert ist und in Kombination mit der Drehvorrichtung eine vollständige Abdeckung des Drehgestells ermöglicht. Eine andere Option ist ein großvolumiges KMG mit offener Bauweise für mehr Flexibilität beim Laden und Programmieren.

Waggons und Reisezugwagen

Beim Bau eines Eisenbahnwaggons kommen mehrere Fertigungsvorgänge zusammen. Die Inspektion während des gesamten Prozesses erfordert in der Regel mobile Inspektionstechnologien, die komfortabel zu nutzen sind und Messungen im Fertigungsbereich durchführen können.
Für die Prüfung der Ausrichtung des Lokomotivrahmens sind eine dimensionelle Prüfung und eine Analyse der Profilmesslehre gemäß CAD- oder Prüfplan erforderlich. Sie erfordert auch eine allgemeine geometrische Validierung und Vollständigkeitsprüfung der Merkmale vor dem Endmontageprozess. Ein mobiler Messarm mit einem Messtaster ist eine mögliche Lösung. Gleichzeitig bietet ein Laser Tracker mit Direktscanning-Fähigkeit oder ein Ein-Kamera-Photogrammetriesystem ein großes Messvolumen.

Schweißen und Ausrichtung von Montagevorrichtungen bedürfen genauer Messungen. Messvorrichtungen halten die Position an einem bestimmten Ort oder in einer bestimmten Ausrichtung und stützen die Komponenten, um Konformität und Austauschbarkeit zu gewährleisten. Produktionswerkzeuge werden eingangs entsprechend der CAD-Daten überprüft und eingestellt und nachfolgend in aller Regel periodisch in bestimmten Zeitabständen geprüft. Dies kann mit einer Messtasterprüfung, einem Laser Tracker oder einem mobilen Messarm erfolgen.

Das Lademaß definiert die maximale Höhe und Breite von Schienenfahrzeugen und ihrer Ladung, um die sichere Durchfahrt unter Brücken und durch Tunnel sowie ausreichend Abstand zu Gebäuden und Bauten entlang der Trasse zu gewährleisten. Diese Anwendung eignet sich hervorragend für Laser-Tracker-Messungen mit direkter Scanning-Fähigkeit oder einer Kombination aus Reflektor- und Sondenmessungen.

Die Überwachung der Konformität der Komponenten während des Zusammenbaus identifiziert potenzielle Mängel für Nacharbeiten. Fehlende Details oder Merkmale lassen sich anhand eines CAD-Vergleichs oder eines geführten Prüfplans erkennen. Ein Laser Tracker mit Direktscanning-Fähigkeit oder ein großvolumiger 3D-Laserscanner ist geeignet, da es sich um einen mobilen Messarm mit einem Messtaster für kleinere Komponenten handeln kann.

Die Bohrpositionskennzeichnung ist unerlässlich. Dabei werden geometrische Merkmale wie Bohungsmittelpunkte, Linien oder Konturlinien mit Echtzeit-Koordinaten und einem entsprechenden Präge-/Anreißwerkzeug festgelegt. Eine spezielle Lösung ist ein Laser Tracker mit einem kabellosen handgeführten Taster und einem Markierungsgerät für Prägewerkzeuge.

Wichtige Bahnkomponenten 

Viele andere wesentliche Komponenten werden für den Bau von Schienenfahrzeugen benötigt und erfordern verschiedene Inspektionstechniken und Technologielösungen.

Achskästen sind eine der kritischsten Komponenten eines Eisenbahnwaggons. Das Lagergehäuse trägt die Achslast des Fahrzeugs und wirkt sich direkt auf den Fahrgastkomfort aus. Für die Prüfung dieser Komponenten werden mobile Messarme mit Laserscannern, Streifenlicht-Scannern und KMG für die Fertigungsumgebung verwendet.

Die Integrität der Zugachsen ist von größter Bedeutung für die Bahnbranche. Um dies zu gewährleisten und um den Zugang zu den Inspektionsbereichen zu vereinfachen, ist es erforderlich, die Räder und sonstige ergänzende Achsenkomponenten von den Waggons und Lokomotiven zu demontieren. Deshalb sowie zur Minimierung der Unterbrechung und Gewährleistung der Sicherheit des Bahnbetriebs benötigen Betreiber häufig und regelmäßig Inspektionsverfahren, die schnelle Inspektionen mit möglichst wenigen Demontagevorgängen ermöglichen. Taktile Messungen, die von einem mobilen Messarm oder Laser Tracker referenziert werden, bieten die komfortabelste Lösung.

Eisenbahn-Radsätze und Schienen sind typische Verschleißteile mit erheblichem Einfluss auf Reisekomfort und Sicherheit der Passagiere sowie auf Geräuschentwicklung und Fahreigenschaften. Deshalb werden Rad-, Bremsscheiben-, Schienen- und Weichenprofile durch wiederkehrende Messungen unter schwierigen Betriebsbedingungen kontrolliert. Zu den Hardwarelösungen gehören spezielle Profilmessgeräte, automatisierte On-Track-Systeme und mobile Messarme.

Vor dem Zusammenbau müssen Windschutzscheibenrahmen und Windschutzscheibe gescannt und modelliert werden, um die aerodynamische Konstruktion zu gewährleisten und die Passgenauigkeit der Windschutzscheibe zu analysieren, um eine mechanische Verformung oder Kollision der Windschutzscheibe mit dem Rahmen zu vermeiden. Ein Laser Tracker mit Messtaster und Scanner ist ebenso eine solide Lösung wie mobile Messsysteme mit großvolumigem Flächenscanner und einem Ein-Kamera-Photogrammetriesystem.

Wagenrohrsätze finden sich überall in modernen Zügen, versteckt im Dach von Fahrgastkabinen, Drehgestellen oder im Maschinenraum. Rohre befördern Luft, Gas oder Hydraulikflüssigkeiten für Bremsleitungssysteme. Nach der Fertigung werden gebogene Rohre mit mobilen Armen, Rohrsensoren, Laserscannern und automatisierten Rohrprüfzellen inspiziert. Für die Rohrprüfung von Waggons ist ein spezielles Rohrprüfsystem erforderlich, sei es eine schlüsselfertige Rohrprüfzelle oder ein mobiles Messarmsystem, das einen Laserscanner oder Infrarot-Rohrsonden verwendet.

Innenausstattungskomponenten 

Auch im Inneren der Waggons gibt es Komponenten, die geprüft werden müssen, um die Sicherheit und den Komfort der Fahrgäste zu gewährleisten.

Der Komfort und die Sicherheit der Fahrgastsitze sind in jedem Zug von grundlegender Bedeutung, da sie während der gesamten Fahrt direkt wahrgenommen werden. Zusammen mit anderen Passagierschnittstellen wie Tischen und Gepäckfächern ist dies ein Bereich, in dem Komfort, Sicherheit, Gesundheit und Ergonomie sehr wichtig sind. Laser Tracker und mobile Messarme mit 3D-Scannern bieten für diese Aufgaben optimale Mobilität und Genauigkeit.

Gebogene Rohre werden an vielen Stellen im Inneren des Zuges installiert, z. B. als Geländer und Halterungen oder als Stützen für andere Komponenten. Häufig werden die erforderlichen Bohrungen im Fertigungsprozess vor dem Biegen der Rohre mittels Laserschneiden vorgenommen. Biegemaschinen müssen daher in der Lage sein, Rohre in einer bestimmten Ausrichtung aufzunehmen. Während des Messvorgangs gilt es, sowohl Biegelinien als auch die Bohrungen zu überprüfen. Dies erfordert wiederum ein spezielles Rohrprüfsystem, entweder mit einem mobilen Messarm oder einer schlüsselfertigen Rohrprüfzelle.

Mess- und Inspektionslösungen für den Schienenverkehr von Hexagon 

Hexagon verfügt über Dutzende von Hardwarelösungen für die Inspektion, die für die unterschiedlichen Anwendungen in der Bahnbranche geeignet sind, von KMGs und Handwerkzeugen bis hin zu mobilen Messarmen, Laser Trackern und Strukturlicht-Scannern, die alle von führender Software für die dimensionelle Messtechnik und CT unterstützt werden. Sie erfassen reale Daten für de Positionierung und Inspektion und liefern verwertbare Informationen für die kontinuierliche Steigerung von Effizienz, Qualität, Produktivität, Sicherheit und Komfort. Sie bieten viele Möglichkeiten, darunter dimensionelle Prüfung und Analyse, statistische Prozesssteuerung und -analyse, CT-Analyse, automatisierte Inspektion sowie Roboterkalibrierung und -simulation.

Von Einstiegsniveau bis ultra-hochgenau und für die Werksumgebung optimiert: Das unerreichte KMG-Portfolio von Hexagon steigert die Produktivität und Qualität für Hersteller. Mit mehreren gleichzeitig verfügbaren optischen und taktilen Technologien liefern OPTIV-KMGs eine Komplettlösung für die Erfassung der gesamten Teilegeometrie in nur einem Programm. Die neusten Brücken- und Horizontalarm-KMGs bieten robuste Materialien, eine stabile Konstruktion sowie hohe Präzision, ganz gleich ob sie in der Fertigung, in einer Fertigungszelle oder im Messraum zum Einsatz kommen.

Laser-Tracker-Systeme sind führend in Bezug auf Genauigkeit, Verlässlichkeit und Beständigkeit mobiler Koordinatenmessgeräte. Mobile Messarme ermöglichen schnelle und einfache Messungen direkt in der Fertigung, wo Prozessoptimierungen am vorteilhaftesten sind. Streifenlicht-Scanner erfassen Daten hochgenau und im Handumdrehen. DPA wird für Referenzierung und Mehrpunktverfolgung als eigenständiges System oder in Kombination mit Scannern verwendet.

In ähnlicher Weise spielen industrielle 3D-Laserscanner eine ebenso wichtige Rolle für die Qualitätssicherung wie die 3D-Datenerfassung für das Reverse Engineering. Spezielle berührungslose Messsysteme ermöglichen die Profilmessung und -inspektion. Ein umfassendes Angebot an Rohr- und Drahtmesssystemen bietet maßgeschneiderte Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungen in der Rohrfertigung.

Einfach zu implementierende Bedienerassistenzsysteme und modulare Automatisierungslösungen bieten eine rasche Amortisierung der automatisierten Inspektion. Automatisierte Inspektionszellen, die auf verschiedenen Messtechnologien basieren, ermöglichen schnelle und hochgenaue Messungen im Fertigungsbereich.

Robotermess- und Robotersteuersysteme auf Laser-Tracker-Basis sind ein weiterer Baustein zur industriellen Automation und ebnen hochgenauen Messungen den Weg in die Welt der intelligenten Fertigung. Speziell für die Bahnbranche bietet Hexagon zudem automatische On-Track-Messungen von Radsätzen, multifunktionale Profilmessgeräte und eine einfache Zustandsbewertung des Radsatzes für die vorausschauende Instandhaltung..

PC-DMIS kann als die eine Messsoftware-Lösung für die gesamte Fertigung dienen. Flexibel, skalierbar und kompatibel mit allen Gerätearten. Ob Scannen oder Antasten mit einem mobilen Messarm oder Laser Tracker, ob für kleine oder große Anwendungen – Inspire und SpatialAnalyzer bieten modernste Inspektionsfunktionen. REcreate ist die Reverse Engineering Software, mit der Workflows vereinfacht sowie Design-, Produktions- und Inspektionsumgebungen schneller und flexibler gestaltet werden können.

Die Q-DAS-Suite und eMMA bieten leistungsstarke Instrumente für eine zuverlässige und umfassende Qualitätssicherungslösung für industrielle Produktionsanwendungen. VGSTUDIO MAX bietet komplette Instrumente zur Material- und Geometrieanalyse für CT-gescannte Teile in einer Software. VGinLINE inspiziert Teile automatisch und zerstörungsfrei mittels Computertomographie.