UST 02 - Schienenprüfzug der neuen Generation für den Einsatz
bei den europäischen Bahnen

Die Sicherheit des Fahrweges erfordert die regelmäßige Prüfung sowie das Analysieren und Auswerten der mit Schienenprüfzügen aufgenommenen Daten.
 

1. Aufbau des Schienenprüfzuges

Für den Einsatz bei den europäischen Bahnen entwickelte Eurailscout Inspection & Analysis b.v. für seine Kunden als Ergänzung zur bestehenden Flotte einen Schienenprüfzug der neuen Generation.

Der Schienenprüfzug UST 02, das jüngste Mitglied in der Fahrzeugflotte von Eurailscout b.v., ist ein zweigliedriges Schienenfahrzeug mit einer Gesamtlänge von 41,4 m. Nach seinem Verwendungszweck ist das Fahrzeug als Nebenfahrzeug in Regelbauart definiert. Die beiden Fahrzeugsektionen sind fest gekuppelt und durch eine reisezugwagentypische Übergangseinrichtung verbunden.

Um den Einsatz auf dem europäischen Festland zu gewährleisten, wurde das Fahrzeugumgrenzungsprofil UIC-Mb 505 zugrunde gelegt. Der Prüfzug ist auf Strecken mit Normalspur einsetzbar und auf Kundenwunsch auf Breitspur umrüstbar. Die maximale Fahrgeschwindigkeit des Schienenprüfzuges beträgt 120 km/h. Angetrieben wird der UST 02 mittels zweier Antriebseinheiten, die jeweils aus einem Dieselmotor und einem hydrodynamischen Getriebe bestehen und unterflur angeordnet sind.

Gebremst wird das Fahrzeug mit Scheibenbremsen, welche von einer Bremspneumatik der Bauart KE betätigt werden. Zusätzlich ist eine nahezu verschleißfreie dynamische Bremse in Form von Retardern installiert. Für seinen Einsatz in Europa verfügt der Schienenprüfzug über das moderne Zugfunksystem GSM-Rail.

An Sicherheitssystemen sind die Sicherheitsfahrschaltung, das Zugsicherungssystem PZB 90 und das in den Niederlanden erforderliche ATB vorhanden.
Der Schienenprüfzug UST 02 wurde für die in Europa geltenden klimatischen Bedingungen (- 25 °C bis + 40 °C) ausgelegt. Beide Fahrzeugsektionen sind mit Heizung und Klimaanlage entsprechend den Forderungen der UIC 651 bezüglich einzuhaltender Raumtemperaturen und Luftwechselzahlen ausgerüstet.

Der Schienenprüfzug verfügt über zwei angetriebene Drehgestelle an den Steuerkopfseiten und über zwei Laufdrehgestelle jeweils auf der gekuppelten Seite des Zuges. Die beiden Laufdrehgestelle nehmen die Sensorik der Messsysteme auf.

Der Wagenaufbau steht für Arbeitsräume, Aufenthaltsräume, Stauraum und Sanitärbereiche zur Verfügung. Wagensektion 1 nimmt den Führerstand 1, einen Schlafraum, Stauräume für technische Geräte, Wasservorratsbehälter, die Küche, den Sanitärbereich und die Werkstatt auf. Für die Versorgung der Küche sowie des Sanitärbereiches steht ein Wasservorrat von ca. 1000 Liter zur Verfügung. Alle Abwässer werden einem zentralen Bioreaktor zugeführt. Wagensektion 2 beherbergt einen Vorraum im Übergangsbereich, einen großzügigen Messraum, Wasservorratsbehälter, den Sitzungsraum, einen Raum für Schaltschränke, Staumöglichkeiten und den Führerstand 2.

2. Messsysteme, Darstellung der Daten, Speicherung und Auswertung

Die Aufgabe des Schienenprüfzuges ist die Detektion und quantitative Analyse von Schienenschädigungen in Echtzeit. Dazu verfügt er unter anderem über zwei unterschiedliche Messsysteme, ein Ultraschallmesssystem und ein Wirbelstrommesssystem. Beide Systeme gestatten mittels sensorischer Erfassung, Datenverarbeitung und Bewertung eine umfassende Analyse der geprüften Gleisabschnitte und stellen somit Grundlagen für eine planbare Instandhaltung bei den Eisenbahnverwaltungen zur Verfügung.

2.1. Wirbelstromprüfsystem

Durch den Einsatz des Wirbelstromprüfsystems ist Eurailscout in der Lage, oberflächennahe Fehler im Bereich der Fahrkante der Schienen zu erkennen und zu bewerten. Diese Daten sind Grundlage für die Qualitätsüberwachung des Schienenschleifens. Das Wirbelstromprüfsystem (Abb. 02) erfasst mit vier Sensoren auf jeder Schiene einen Bereich von ca. 25 mm an den Fahrkanten der Schienen. Des Weiteren wird je Schiene ein vierkanaliges Wirbelstromprüfgerät und ein Messrechner zur Datenspeicherung und -auswertung zugeordnet. Ein Steuerrechner koordiniert die einzelnen Komponenten des Messsystems und arbeitet als Schnittstelle für die vom Zug und vom Ultraschallmesssystem bereitgestellten Signale. Alle Komponenten sind über LAN verbunden. Mit Hilfe von DGPS (Differential Global Positioning System), Inkrementalgebern und Markern werden den Messdaten die aktuellen Ortskoordinaten zugeordnet. Somit ist ein späteres Auffinden von gemessenen Schädigungsstellen leicht möglich.

Die Wirbelstromsensoren werden in einem Sensorträger unabhängig von den Ultraschallprüfkopfträgern geführt. Aufgrund der Wirkbreite der Sensoren und ihrer Spuranordnung ist eine leichte Klassifizierung der gefundenen Fehler nach "RailTrack" möglich (s. Abb. 03).
Zusätzlich zu dieser Klassifizierung kann mit Hilfe der Amplitude der Wirbelstromsignale eine Tiefenaussage zu den Head Checks gemacht werden. Unter Berücksichtigung verschiedener Einlaufwinkel der Risse ergibt sich eine messbare Schädigungstiefe von ca. 2-3 mm. Bei tieferen Rissen kann derzeit noch keine Angabe zur Schädigungstiefe gemacht werden. Während der Messung werden dem Prüfer Stichproben der Messdaten auf einem Überwachungsmonitor gezeigt (Abb. 04). Diese bieten ausreichend Informationen, um das störungsfreie Arbeiten des Messsystems zu erkennen. Zeitgleich zur Messdatenaufnahme werden die Daten automatisch ausgewertet. Zum Ende der Messfahrt steht eine Liste mit den Ergebnissen dieser Auswertung zur Verfügung (Abb. 05).

2.2. Ultraschallprüfsystem

Das Ultraschallprüfsystem der dritten Generation im Einsatz auf dem UST 02 wurde auf Basis der bereits bewährten Ultraschallprüfsysteme entwickelt. Die Forderungen von Eurailscout an das Design des Ultraschallprüfsystems mit dem Ziel der Erfassung möglichst vieler Schienenfehler, einer hohen Produktivität und Zuverlässigkeit sind:

• die Verdopplung der Ultraschallprüfkanäle auf 32 Stück,
• die Möglichkeit einer Online-Verarbeitung der Daten,
• Datenverarbeitungszeiten, die eine theoretische Messgeschwindigkeit von 100km/h zulassen würden,
• Vorbereitung für eine Echtzeit Klassifikation der detektierten Fehler,
• Möglichkeit der Fernwartung über das Mobilfunknetz durch einen Servicepartner.

Diese erforderten eine erhebliche Erweiterung der Hard- und Software. Für die Online-Erfassung und Verarbeitung der Messdaten wurde eine neue Prozessorarchitektur entwickelt, die auf der industriellen PC-Architektur mit Intel Prozessoren basiert. Es wird das Betriebssystem Linux eingesetzt.

Die Signale werden während der Prüffahrten in einem frühen Stadium digitalisiert und bearbeitet sowie alle Messergebnisse konsequent gespeichert. Die Verarbeitung der Ultraschallmessdaten erfordert, dass zusammenhängende Daten wie z.B. Schienenprofile, Kilometrierung und detektierte Schienenfehler zu so genannten Clustern zusammengefasst werden, die teils automatisch und vom Ultraschallprüfer manuell auf dem Schienenprüfzug ausgewertet und klassifiziert werden.

Durch die konsequente Speicherung von Messdaten bietet das Ultraschallprüfsystem des UST 02 die Möglichkeit einer weiter gehenden Automatisierung des Klassifizierungsprozesses in Echtzeit.

Durch die Integration eines zweiten Messwagen im Schienenprüfzug UST 02, der Erweiterung der Ultraschallprüfkanäle auf 32 Stück sowie des Einsatzes neuer zusätzlicher Ultraschallprüfköpfen ist die Erkennung von vertikalen Rissen und Squats im Schienenkopf möglich.

Die Zahl der Real Time Marker - unter anderem genutzt zur Kommunikation zwischen den verschiedenen Prüfsystemen - wurde ebenfalls auf 32 Stück erhöht. Weitere Real Time Marker wie z.B. Tunnel, Weiche, Bahnübergang usw. werden vom Triebfahrzeugführer eingegeben. Diese dienen der Synchronisation von verschieden Prüfsystemen mit dem Ultraschallprüfsystem. Entsprechende Fehlerbilder werden dauerhaft auf CD gespeichert, Meldeberichte und Fehlerbilder werden innerhalb von 24 Stunden auf Papier oder digitalem Datenträger an den Auftraggeber übermittelt. Dabei ist die Ausgabe in verschiedenen Sprachen möglich.

Der UST 02 wird von einem Team qualifizierter Fachleute bedient, das entsprechende Erfahrungen in verschiedenen europäischen Ländern besitzt.

4. Fazit

Die Vorteile des neuen Schienenprüfzuges UST 02 liegen sowohl in den fahrzeugtechnischen als auch messtechnischen Parametern. Aufgrund der Auslegung des Antriebes, des Bremssystems und des Wagenkastens ist es möglich, Strecken mit Steigungen bis 40‰ und Gleisbogenradien von 120 Metern zu befahren. Das zum Einsatz kommende neu entwickelte 32-Kanal Ultraschallprüfsystem gewährleistet die Detektion aller sicherheitsrelevanten Schienenfehler.

Durch die kombinierte Weiterentwicklung der Ultraschall- und Wirbelstrommesssysteme bei gleichzeitiger Optimierung der fahrzeugspezifischen Systeme gelang es Eurailscout b.v., mit dem Schienenprüfzug UST 02 neue Maßstäbe bei der Messgenauigkeit und Einsatzflexibilität im Interesse seiner Kunden, den europäischen Bahnen, zu setzen.