01.11.2021 • Lasertechnik

Intelligente Sensorik für die Bahn

Elektronische Komponenten werden während des 3D-Drucks in metallische Bauteile integriert.

Sensoren im Fahrgestell und den Türen eines Personen­zugs nehmen per 5G Kontakt zum SAP-System der Deutschen Bahn auf und melden Defekte bevor sie entstehen. Noch ist das Science-Fiction. Das Bundes­minis­terium für Wirtschaft und Energie fördert mit dem SenseTrAIn die futuris­tische anmutende Methode zur effi­zienten Über­wachung sicherheits­relevanter Funktionen in der Bahn-Technik. Seit September erarbeiten Forscher des Fraunhofer-ILT zusammen mit Industrie­partnern die Zukunft in der Wartung und Instand­haltung bei der DB System­technik. Ziel des Verbund­projekts ist die Entwick­lung einer gesamt­heit­lichen Lösung zur draht­losen und konti­nuier­lichen Zustands­über­wachung sensor­inte­grierter, additiv gefertigter Bauteile.

Abb.: Mobilität der Zukunft: Der AM Brems­sattel mit inte­grier­ter...
Abb.: Mobilität der Zukunft: Der AM Brems­sattel mit inte­grier­ter Sen­so­rik zur Mes­sung von Brems­kraft- und Tem­pe­ra­tur. (Bild: Fh.-ILT)

Dabei kommt das lang­jährig bewährte additive Verfahren Laser Powder Bed Fusion zum Einsatz. Der schicht­weise Aufbau ermöglicht es, elektro­nische Kompo­nenten wie Sensoren und Aktoren während des 3D-Drucks in metal­lische Bauteile zu integrieren. Zur richtigen Zeit gestoppt, erlaubt das Verfahren den Einbau von Sensoren in das Werkstück, bevor der 3D-Laser seine Arbeit fortsetzt. Das Bauteil allein ist aber nur die halbe Geschichte. Vernetzt und kontrol­liert von einer KI soll das fertige System künftig selbst signali­sieren, ob, wann und wo ein Austausch oder eine Reparatur notwendig wird.

Für die DB Systemtechnik ist besonders die Eignung zum problem­losen Retrofit wichtig, die einfache und kosten­effiziente Nach­rüstung möglich macht. In diesem Zusammen­hang besteht auch der Wunsch nach einer kabel­losen Daten­über­tragung, die sich etwa mit Hilfe von 5G schnell und einfach realisieren lässt.

Zu den vielversprechenden Einsatzfeldern zählen Türmechanik, Primär- und Schlinger­dämpfer sowie vor allem Radsatz­lager­deckel, die Radlager­gehäuse abschließen. Dieser ist aus Sicht der Instand­haltung ein kritisches Bauteil. Bei erhöhter Belastung steigt die Temperatur und es droht Verschleiß. In den Deckel integrierte Temperatur- und Beschleu­nigungs­sensoren könnten Heißläufer und ihre Ursachen früh­zeitig erkennen. Der Einsatz der KI in Kombination mit den Sensoren macht das Erkennen und Weiter­ver­arbeiten erst möglich.

Doch keine KI ohne Datenbasis. Eigentlich müssten diese direkt an den zu kontrol­lierenden Systemen im Alltags­betrieb generiert werden. Das ist laut den Wissen­schaftlern am ILT jedoch nicht möglich. Statt­dessen nutzt man zunächst das TrainLab der Deutschen Bahn Technik, um die neue Sensor­technik unter realis­tischen Alltags­bedin­gungen zu testen. Die so gewonnenen Daten dienen zunächst zum Trainieren der KI. Im folgenden Schritt, wenn die Technik reibungslos funktioniert, ist der Test­einsatz im Alltags­betrieb vor­ge­sehen.

Fh.-ILT / RK

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