Überblick und Allgemeine Informationen –
Lösungen der PRODAT zur Messung und Prüfung an Schienenfahrzeugbremsen

Die präzise Erfassung der wirksamen Kräfte im Bremssystem (umgangssprachlich oft kurz Bremskraft, auch sog. Anpresskraft bspw. Belagskraft oder Klotzkraft), sowie weiterer wichtiger Einflussgrößen (Systemdrücke) ist speziell für den Betrieb von Schienenfahrzeugen von besonderer Bedeutung. Oberste Zielstellung ist die sichere Beförderung von Personen und Gütern. Neben einem notwendigen Funktionsnachweis der Bremsen bei der Inbetriebnahme von Neufahrzeugen bieten sich Möglichkeiten der Messung in Phasen der Wartung und Aufarbeitung.

> PRODAT Bremskraftsensoren

> Systemlösung BPA – Bremsprüfanlage

> PRODAT BKM – Bremskraftmesssysteme

> PRODAT BDM – Bremsdruckmesssysteme

Obwohl gut funktionierende Bremsen die Voraussetzung für einen sicheren Eisenbahnbetrieb sind, finden derzeitig regelmäßig durchgeführte Messungen an den Bremssystemen von Schienenfahrzeugen leider immer noch zu selten statt. Durchgeführte Kontrollen der Bremsen im Stillstand während des regulären Betriebs (I) und die eventuellen Wirkungsbremsproben während der Fahrt (II) sind nur grobe und oberflächliche Funktionsprüfungen des Gesamtsystems. Insbesondere ist die Art der Durchführung dieser Prüfungen stark anfällig für menschliches Fehlverhalten. Erfolgen bspw. Kontrollen nach (I), so wird oft nur die Leichtgängigkeit beweglicher Teile und auf sichtbare Mängel geprüft. Insbesondere sind diese einfachen Tests für eine zustandsabhängige Instandhaltung völlig unzureichend und kritische Fehlerbilder werden nicht erkannt. Es muss berücksichtigt werden, dass alle Verschleiß-, Alterungs- und Ausfallerscheinungen der einzelnen Bauteile der Bremszangeneinheit letztlich ein Absinken oder vollständiges Ausbleiben der notwendigen Kraftwirkung auf den Verschleißkörper bewirken können.

Kostendruck

Der enorme Kostendruck führt gegenwärtig leider dazu, dass Betreiber und Instandhalter durch Ausdehnen und Verlängern der Wartungsintervalle Kosten einsparen wollen und müssen. Geschieht dies allein dadurch, dass Wartungen nicht erfolgen, können sehr schnell betriebsgefährliche Situationen mit Gefahr für Leben und Gut entstehen. Da die geltenden Regelwerke der Schienenfahrzeuginstandhaltung und der dadurch gebildete Stand der Technik eine Messung wirksamer Kräfte (Anpresskraft des Verschleißkörpers) im eingebauten Zustand nicht vorsehen, führt dies dann oftmals dazu, dass nur die genannten oberflächlichen Kontrollen (I und II) statt finden.

Regelmäßige Überprüfung

Letztlich gewährleistet nur eine regelmäßige Überprüfung der real wirksamen Kräfte (Ist-Kraft Abgleich) die sichere Wirkung der Zugbremsen. Ein unmittelbarer Rückschluss auf die Bremswirkung und somit auch Bremsgewicht, sowie Bremsweg (unter Berücksichtigung von Reibungsverhältnisse) ist damit einhergehend möglich.

Wird der Zustand der Bremssysteme regelmäßig geprüft und erfolgen Instandhaltungstätigkeiten gezielt, sobald wichtige Sollwerte (z.B. Soll-Bremskräfte) nicht mehr erreicht werden, können Wartungsintervalle ausgedehnt werden ohne Risiken einzugehen.

Mess- und Prüfsystem PRODAT BKM – Schwerpunkt Bremskraftmessung

Der Schwerpunkt der Systeme PRODAT BKM liegt auf der Kraftmessung im Bremssystem, eine Kombination (Erweiterung) mit einer Druckmessung ist unkompliziert möglich.

Mess- und Prüfsysteme des Typs PRODAT BKM sind für einen Einsatz an sehr unterschiedlichen Bremssystemen von Schienenfahrzeugen ausgelegt. So werden gegenwärtig Scheiben- oder Klotzbremssysteme unterstützt. Die zur Kraftmessung genutzten Sensoren des Messsystems PRODAT BKM können zwischen Verschleißkörper (Klotz, Belag) und Rad, oder als Ersatz für den Verschleißkörper eingebracht werden. Im nachfolgenden Schritt werden dann, die durch das Bremssystem erzeugten, Kräfte ermittelt und es wird deren zeitlicher Verlauf aufgezeichnet. Über Zusatzmodule ist es möglich weitere wichtige Betriebsparameter der Bremse wie z.B. Drücke in den Bremsleitungen oder kundenspezifische Sondersignale bzw. Messgrößen zu erfassen. Die Messdaten werden angezeigt, gespeichert, archiviert und in einem Prüfprotokoll erfasst. Softwaremodule für Zusatzanalysen stehen zur Verfügung.

Die Mess- und Prüfsysteme PRODAT BKM werden für die Inbetriebnahme/Inbetriebsetzung, Instandhaltung/Wartung und Aufarbeitung, sowie im Rahmen der Forschung und Entwicklung für die Bremssysteme von Schienenfahrzeugen eingesetzt.

> PRODAT BKM – Messsysteme zur Bremskraftmessung

Mess- und Prüfsystem PRODAT BDM – Schwerpunkt Bremsdruckmessung

Der Schwerpunkt der Systeme PRODAT BDM liegt auf der Druckmessung im Bremssystem, eine Kombination (Erweiterung) mit einer Kraftmessung ist auch hier unkompliziert möglich.

Mess- und Prüfsysteme des Typs PRODAT BDM sind für einen Einsatz an sehr unterschiedlichen Bremssystemen von Schienenfahrzeugen ausgelegt. Die Erfassung von Bremsdrücken ist möglich. Die Sensoren werden dazu über geeignete Adapter am Fahrzeug angeschlossen oder eingestuzt (ggf. sind dazu Abstimmungen hinsichtlich der pneumatischen Kupplungen notwendig: bspw. RBE06, RBE09, usw.). Die verwendeten Drucksensoren, welche die PRODAT im Standardfall vorsieht, sind digital und von hoher Genauigkeit. Im typischen Verlauf einer Messung bzw. Prüfung werden die durch das Bremssystem erzeugten Drücke ermittelt und es wird deren zeitlicher Verlauf und/oder deren Betriebszustands abhängiger Wert aufgezeichnet. Die Kombination und/oder spätere Erweiterung mit Kraftsensoren ist unkompliziert möglich. Die Messdaten werden angezeigt, gespeichert, archiviert und in einem Prüfprotokoll erfasst. Softwaremodule für Zusatzanalysen stehen zur Verfügung.

Die Mess- und Prüfsysteme PRODAT BKM werden für die Inbetriebnahme/Inbetriebsetzung, Instandhaltung/Wartung und Aufarbeitung, sowie im Rahmen der Forschung und Entwicklung für die Bremssysteme von Schienenfahrzeugen eingesetzt.

Es ist möglich vorhandene Drucksensoren (bspw. mit analogem Ausgangssignal Strom 4..20mA oder Spannung 0..10V) in das System einzubinden. Es besteht auch die Möglichkeit der Kalibrierung von Sensoren, die auf diese Art eingebunden wurden.

Weitere Systemvarianten und Ausführungsoptionen

Die typischen Ausführungsformen der Mess- und Prüfsystemlösung PRODAT BKM umfassen:

• drahtgebundene Bremskraftmessung PRODAT BKM-C (‚cable‘)
  Langzeitmessungen, Integration in Messstände, Umgebungen mit hoher EMV Belastung, Kundenwunsch, Nutzung mit veralteter Messtechnik
• kabellose Bremskraftmessung PRODAT BKM-W (‚wireless‘)
  vereinfachte Messung, schneller Auf- und Abbau, einfache Rekonfiguration des Grundsystems, keine teuren Messkabel
• mobile Systemlösung (=Standard)
• quasi-stationäre Lösungen
• stationäre Prüfstandslösungen

Weiterhin stehen konstruktive Ausführungsformen für unterschiedliche Bremstypen zur Verfügung:

• Klotzbremsen (Standardvarianten für Systeme größerer Hersteller verfügbar)
• Scheibenbremsen (Standardvarianten für Systeme größerer Hersteller verfügbar)
• konstruktive Sonderlösung entsprechend Kundenerfordernissen

Die Mess- und Prüfsystemlösung PRODAT BKM kann sowohl mit gängigen Lösungen zur Messung von Kraft, Druck und Beschleunigung im Bereich der Eisenbahntechnik verwendet werden (bspw. Messtechnik von Drittanbietern) oder auch im Einzelplatzbetrieb eingesetzt werden.

Optionen zum Bezug

• Systemkauf: Neusysteme
• Systemkauf: Aufgearbeitetes und zertifiziertes Gebraucht-System (nach Verfügbarkeit)
• Systemleihe: Mieten eines Systems für einen bestimmten Zeitraum (mit oder ohne Systemschulung, eine einmalige Einweisung kann erforderlich sein)
• Erwerb individueller Messsystemkomponenten und Zubehör (bspw. Einzelsensoren kalibriert/unkalibriert)
• Service: PRODAT Vor-Ort Bremskraftmessung / Bremsdruckmessung

Weitere Informationen zu den Sensoren

• Bremskraftsensoren (individualisiert oder standardisiert), üblicherweise werden die PRODAT Lösungen zur Bremsanpresskraftmessung verwendet

• Bremsdrucksensoren (individualisiert oder standardisiert)
• Sondersensoren wie bspw. Digitalsignale und/oder Analogsignale können eingebunden und ausgewertet werden.

Drahtlose Bremskraftmessung mit dem System PRODAT BKM-W

Das Mess- und Prüfsystem PRODAT BKM-W ermöglicht die drahtlose Messung wichtiger Prüfgrößen des Bremssystems von Schienenfahrzeugen, z.B. die Messung der Anpresskraft des Bremsbelags oder zusätzlicher Messgrößen. Durch dessen Einsatz können sehr vielfältige, in der Kette der Bremskraftübertragung mögliche Fehler, wie z.B. Schwergängigkeiten, Undichtigkeiten, Druckverluste oder Ähnliches erkannt und gezielt beseitigt werden. Zur Anwendung kommen Komponenten des Modulbaukastensystems PRODAT SENET. Insbesondere können in das System PRODAT BKM-W, als Anwendung der PRODAT SENET Lösung, Sensoren je nach Bedarf der Kundenanforderung eingebunden werden. So z.B. Drucksensoren zur Erfassung von Bremsdruckverläufen oder Digitalsignal-Sensoren zur Erfassung von Stellsignalen. Durch die Funkdatenübertragung wird im Vergleich zu vorhandenen Systemen am Markt eine Kosten- und Arbeitszeit optimierte Lösung zur Bremskraftprüfung bereitgestellt. Verschleißanfällige, lange und teure Messkabel werden eingespart. Der bei hoher Anzahl von Messstellen auftretende ‚Kabelwust‘ und die Arbeitszeit zur Entwirrung von ‚Kabelsalat‘ wird vermieden. Der Architekturansatz des Messsystems ermöglicht entweder einen Einzelplatzbetrieb oder die Integration in bereits vorhandene Prüfsysteme.
Die drahtlosen Bremskraftsensoren sind mit interner Batterieversorgung ausgestattet und ermöglichen so einen ununterbrochenen Messbetrieb von mehr als 12h (in Abhängigkeit des Nutzerprofils sind längere Messzeiten möglich). Die drahtlose Kommunikationsreichweite im Freiraum beträgt ca. 100m. Im typischen Arbeitsumfeld mit metallischer Umgebung in und um Drehgestellen von Schienenfahrzeugen werden Reichweiten von ca. 20 bis 30m erreicht. Durch den Einsatz von Repeaterknoten (auch in Schaltkastenform) können auch größere Entfernungen überbrückt werden. Bremskraftsensoren sind in vielfältigen konstruktiven Ausführungsformen verfügbar.

Vorteile der kabellosen Lösung im Vergleich zu einer kabelgebundenen Bremskraftmessung:

• sehr gute Kalibriereigenschaften
• Nachweis der wirksamen Bremskräfte durch eine breites Portfolie von Bremskraftsensoren im Prüffeld ohne Streckenfahrt möglich
• Nachweis weiterer wichtiger Messgrößen wie z.B. Drücken im Bremssystem möglich
• das Fahrzeug steht während der Messung für weitere Arbeiten/Prüfungen zur Verfügung
• keine teuren und verschleißanfälligen Messkabel
• keine Kabelverwirrungen
• schneller Auf- und Abbau
• Reichweiten von mehr als 100m (Line-of-Sight)
• im typischen Einsatz um 20m und mehr (Werkhallen mit metallischer Umgebung)

Messsystemkomponenten

Die modularisierten Teilsysteme des Mess- und Prüfbaukastensystems PRODAT BKM können individuell zusammengestellt und angepasst werden. Als Ziel stellt sich die PRODAT angepasste Sensoren, Zubehör und Softwarelösungen für die periodische und aperiodische Bremsprüfung zur Verfügung stellen zu können. Bereits jetzt zur Verfügung stehende Systemkomponenten umfassen:

• Kraftsensoren in vielfältigen Ausführungsformen mit Möglichkeit individueller Anpassungen
  Robuste und verlässliche Sensoren für den harten industriellen Alltag und optimale Messergebnisse, mit vielfältigen Messbereichen (30/40/50/60/.. kN), kompatibel mit verschiedenen Raddurchmessern und Verschleißkörperaufnahmen
• Druck-Sensoren
  Präzionsdrucksensoren namhafter Hersteller in analoger oder digitaler Ausführung mit vielfältigen Messbereichen [10 bar / 20 bar] und Ausführungsformen (Gewindetyp, Absolut-, Differenz-, oder Relativdruck, ..)
• Sensoren für digitale und analoge Signale
  Eigenlösungen der PRODAT zur Erfassung zusätzlicher Messsignale
• Repeater
• Gateways
• Ladestation
• Messcomputer oder Messtables mit/ohne Unterstützung von zusätzlichen Kommunikationseinheiten
• Vielfältiges, unterstützendes Zubehör
• Sonderentwicklungen nach Bedarf
• Stationäre und mobile Messplatzlösungen

Möglichkeiten einer zustandsorientierten Wartung

Die Abnutzung und der Verschleiß des Bremssystems sind abhängig von der Nutzung und den Einsatzbedingungen (Belastungs-Zeit-Profile unter Berücksichtigung seltener Ereignisse). Typischerweise wird versucht mit hoher Verschleißfestigkeit und entsprechender Wartung Abnutzungserscheinungen entgegenzuwirken, um so eine möglichst lange Nutzungsdauer zu erreichen. Es gelingt somit bspw. den Zeitpunkt des Ausbaus und der Aufarbeitung des Bremssystems näher an den Zeitpunkt zu legen, bei dem die tatsächliche Verschleißgrenze erreicht ist. Im Großteil der gegenwärtig im praktischen Einsatz angewandten Instandhaltungsstrategien wird mit festen Wartungsintervallen gearbeitet. Diese sind unabhängig vom eigentlichen Zustand des Bremssystems. Wird der Zustand des gesamten Bremssystems und insbesondere wichtiger Teilkomponenten überwacht, ergibt sich nicht nur die Möglichkeit eines sichereren Betriebs, sondern auch die Möglichkeit einer Reduzierung der Gesamt-Wartungskosten.

Insbesondere wird hier durch verschiedene Anbieter von Bremsprüfsystemen vermerkt, dass unter der Bedingung zusätzlicher Inspektionsmaßnahmen in den verschiedenen Friststufen einer Instandhaltung die Intervalle des Tausches und der Aufarbeitung von verschiedenen Bremssystemkomponenten (z.B. Bremszangen) an Schienenfahrzeugen mit Scheibenbremsen gegenüber den Herstellerangaben verlängert werden können. Grundlage dazu kann z.B. ein Sicherheitsnachweis sowie eine Risikobewertung nach CSM-Verordnung 352/2009/EG sein.

Trotz dieses vorteilhaften wirtschaftlichen Aspekts einer zustandsabhängigen Instandhaltung, sollte die Erhöhung des Sicherheitsniveaus des gesamten Bremssystems bei Schienenfahrzeugherstellern, Betreibern und Instandsetzern im Vordergrund stehen.

Stichworte

Messung, Bremskraft, Anpresskraft, Kraft, Rad, Zug, Wagen, Eisenbahn, Messmöglichkeiten, Scheibenbremse, Klotzbremse, Bremsprüfung, Bremsdruck, Bremskraftsensor, Bremsenfunktionsprüfung, Bremsbelagskraft
Messung von Anpresskraft, Belagskraft, Klotzkraft an den Bremsen von Eisenbahnen
Sichere Bremsen dank Messung und Prüfung
Vielfältige Sensoren nebst Zubehör für aperiodische und periodische Messungen
Anwendung in der präventiven (auch vorausschauenden) Instandhaltung
Breites Portfolio an Bremskraftsensoren in unterschiedlichen Ausführungsvarianten
für Scheibenbremsen mit Wellenbremsen und mit Radbremsscheiben verwendbar
für scheibengebremste und/oder klotzgebremste Schienenfahrzeuge/Eisenbahnen/spurgeführte Fahrzeuge
für Kontrollarbeiten, Wartungsarbeiten im eingebauten Zustand der Bremseinheiten, nach Aufarbeitungen, für Inbetriebnahme/Inbetriebsetzung, zur Funktionskontrolle
Unterstützung/Nachweis/Prüfung/Plausibilisierung bspw. der Bremsberechnung einer Fahrzeugzulassungsdokumentation
Bspw. mit Relevanz für die Normen DIN EN 50215, DIN EN 15806, DIN 27205 (mit Unternormen), EN 16185, EN 14198, EN 15179, EN 15355, EN 15611, DIN EN 15612, UIC 541, UIC 543