Mobile Datenerfassung Fehlersuche im Führerstand: Datenlogger analysieren Störungen an E-Loks

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Wenn Fehler im laufenden Betrieb bei einer E-Lok auftreten, dann sind unter anderem Datenlogger gefragt. Dank der mobilen Datenerfassung sind aussagekräftige Analysen möglich.

E-Lok: Datenlogger analysieren auftretende Störungen. Mit den gewonnenen Messdaten sind aussagekräftige Analysen möglich.
E-Lok: Datenlogger analysieren auftretende Störungen. Mit den gewonnenen Messdaten sind aussagekräftige Analysen möglich.
(Bild: (c) Scanrail - stock.adobe.com)

Lokomotiven sind langlebig. 30 oder auch 50 Jahre sind für die robusten E-Loks keine ungewöhnliche Lebensdauer. Allerdings gilt das nicht für alle verbauten Komponenten gleichermaßen. Entscheidend ist der Schutz vor Überspannungen, die auf den Stromschienen jedes Eisenbahnnetzes regelmäßig auftreten. Aus diesem Grund ist jede Lok mit mehreren Überspannungsableitern ausgestattet.

Wenn die Komponenten des ursprünglichen Herstellers nicht mehr verfügbar sind, kommen nach Originaldokumenten gebaute Komponenten eines anderen Herstellers zum Einsatz. Sie sind anhand der technischen Vorgaben gefertigt und erfüllen ihre Aufgaben ebenso wie die Originalteile. Bei einem Industriebetrieb mit eigenem Bahnwerksverkehr fielen im laufenden Betrieb häufig die nachgebauten Überspannungsleiter aus. Vermutung: Ein möglicher Fehler kann darin liegen, dass die Ableiter der hohen thermischen Entwicklung im Betrieb nicht standhielten. Sie überhitzten.

Fehler im laufenden Betrieb aufspüren

Um das sicher feststellen zu können, mussten die Techniker die Rahmendaten im Betrieb zuverlässig erfassen. Tritt im laufenden Betrieb ein Fehler auf, muss in der Regel auch im laufenden Betrieb nach der Ursache gesucht werden. Werkstatt- oder Laborbedingungen geben ein unvollständiges oder verzerrtes Bild von der Funktionsweise aller Komponenten ab.

Bleibt die Frage nach der Ursache einer Störung unbeantwortet, helfen die Spezialisten wie Meinke Energy und spüren Fehler auf. Dazu müssen die Experten von Meinke Energy Daten mit kompakter Messtechnik erfassen. Die dazu notwendigen Geräte müssen alle nötigen Informationen für eine spätere gründliche Analyse aufnehmen. Zum Einsatz kommen die Graphtec-Datenlogger von Althen.

Messtechnik-Tour dauert drei bis vier Stunden

Meinke Energy benötigt für die Datenerfassung vor Ort kompakte und gleichzeitig leistungsfähige Geräte, die alle nötigen Informationen für eine spätere gründliche Analyse aufnehmen. Die Datenlogger im Einsatz auf dem Arbeitstisch im Führerstand. Im Vordergrund der GL840 für bis zu 200 Kanäle, hinten der GL980 mit Abtastraten bis zu einer Mikrosekunde.
Meinke Energy benötigt für die Datenerfassung vor Ort kompakte und gleichzeitig leistungsfähige Geräte, die alle nötigen Informationen für eine spätere gründliche Analyse aufnehmen. Die Datenlogger im Einsatz auf dem Arbeitstisch im Führerstand. Im Vordergrund der GL840 für bis zu 200 Kanäle, hinten der GL980 mit Abtastraten bis zu einer Mikrosekunde.
(Bild: Althen)

Die konkrete Messaufgabe bestand darin, das Verhalten der Spannung zu überprüfen. Dazu wird die Fahrspannung auf den Freileitungen mit Umrichtern auf eine maximale Spannung von 1.100 V in der Lokomotive heruntergespeist. Die Umrichter sind mit den Überspannungsableitern verbunden und die Techniker müssen im laufenden Betrieb messen. Eine dafür notwendige Messtechnik-Tour mit der Lok dauert drei bis vier Stunden. Deshalb ist es sinnvoll, zu Schichtbeginn die Datenaufzeichnung zu starten und mitlaufen zu lassen.

In einer E-Lok ist der Platz begrenzt und durch deren Bewegung muss jede Messanwendung zur Datenerfassung nicht nur kompakt und tragbar sein, sondern die Daten zuverlässig übertragen und speichern. Gleichzeitig ist es notwendig, viele verschiedene Daten zu erfassen. Sie dienen später als Grundlage für die ausführliche Auswertung. Datenlogger von Graphtec aus dem Lieferprogramm von Althen erfüllen die genannten Anforderungen.

Eine komplexe Messaufgabe

Während die E-Lok ihre Touren absolviert, zeichnet der Datenlogger die relevanten Daten für die Fehlersuche auf und stellt sie für die Auswertung zur Verfügung. Hierfür sind die kompakten Geräte von Althen bestens geeignet.
Während die E-Lok ihre Touren absolviert, zeichnet der Datenlogger die relevanten Daten für die Fehlersuche auf und stellt sie für die Auswertung zur Verfügung. Hierfür sind die kompakten Geräte von Althen bestens geeignet.
(Bild: Althen)

Die Anforderung an die Messaufgabe war komplex. Das liegt nicht nur an der sensiblen Situation, falls die Lok im öffentlichen Schienennetz sichtbar Probleme hat. Auch die Rahmendaten erforderten den Einsatz von zwei Geräten, weil zum einen die hohe Spannungsfestigkeit gegeben sein musste die der GL 980 bietet.

Zum anderen sind im Fahrtbetrieb mit Start- und Stoppsignalen, Geschwindigkeit und der entstehenden Temperaturen viele unterschiedliche Parameter gegeben, für deren Aufzeichnung sich der GL 840 eignet. Für Markus Meinke, den Geschäftsführer von Meinke Energy, war wichtig, dass er beide Datenlogger vom selben Anbieter bezieht. „Wir betreiben beide Geräte zusammen mit einem Laptop über ein Netzwerk, übertragen die Daten über einen Router und verbinden uns mit der Fernwartungssoftware TeamViewer mit dem Laptop und damit mit den beiden Geräten. Da wir nicht permanent vor Ort sein können und auf der Lok nicht immer ein Datenspezialist mitfährt, muss die Datenerfassung zuverlässig funktionieren. Außerdem müssen wir gegebenenfalls jederzeit einschreiten, falls es während der Messung notwendig wird. Fast eine Woche lang erfolgten die Messungen auf der Lokomotive.“

Im Detail: Der Datenlogger im Detail

Der Graphtec GL 840-M von Althen: Die Datenlogger kommen in der Qualitätssicherung in der Fertigung, aber auch in der Forschung zum Einsatz. Messdaten lassen sich über die bis zu 200 Kanäle aufzeichnen. Seine Auflösung beträgt 16 Bit.
Der Graphtec GL 840-M von Althen: Die Datenlogger kommen in der Qualitätssicherung in der Fertigung, aber auch in der Forschung zum Einsatz. Messdaten lassen sich über die bis zu 200 Kanäle aufzeichnen. Seine Auflösung beträgt 16 Bit.
(Bild: Althen)

Althen ist Anbieter von industrieller Sensor- und Messtechnik. Zum Produktprogramm gehören verschiedene Datenlogger, die eine große Bandbreite von Anwendungen abdecken. Grundsätzlich besteht ein Datenlogger aus einem programmierbaren Mikroprozessor, einem Speichermedium, mindestens einer Schnittstelle und einem oder mehreren Kanälen zum Anschluss der Datenquelle wie zum Beispiel Sensoren.

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Sie überwachen verschiedene Umweltparameter wie Feuchte, Temperatur, Spannung, CO2 oder Stromverbrauch über längere Zeiträume. Ein Sensor erfasst die entsprechenden Messdaten, die ein Analog-Digital-Umsetzer in speichergerechte Daten umwandelt. Im Anschluss schreibt der Datenlogger die gemessenen Daten auf den eingebauten Speicher, eine SD-Karte oder einen USB-Stick. Der Anwender analysiert die aufgezeichneten Daten direkt am Gerät oder überträgt sie zur Auswertung auf einen Computer. Für die Auswertung vor Ort verfügen die Datenlogger über ein Farbdisplay und die passende Visualisierungssoftware.

Datenlogger misst mit 16 Bit mit verschiedenen Abtastraten

Es gibt Ausführungen, wie den bei Meinke Energy eingesetzten GL 840, mit bis zu 200 Kanälen. Sie lassen sich in Fertigungsumgebungen mit vielen Sensorinformationen einsetzen. Er misst mit einer Auflösung von 16 Bit und verfügt über eine Abtastrate von 10 ms bis einer Stunde, abhängig von der Anzahl der Kanäle. Die analogen Signaleingänge sind isoliert, um die verschiedenen Signaltypen sauber zu trennen. Der GL 840 besitzt vier zusätzliche Kanäle für Logik- und Impulseingänge.

Für die Signale sind verschiedene Triggerfunktionen wählbar. Sie aktivieren die Datenaufzeichnung wie zeitgesteuert oder bei Erreichen eines eingestellten Wertes. Es ist bei bestimmten Abtastraten auch möglich, das Speichermedium im laufenden Betrieb auszutauschen.

Für Anwendungen mit höheren Spannungen bis 1.000 V und für sehr hohe Abtastraten zwischen einer Mikrosekunde und einer Sekunde ist der GL 980 die richtige Wahl. Er verfügt über acht analoge Eingangskanäle und misst ebenfalls mit einer Auflösung von 16 Bit. USB-Speicher und SD-Karte zeichnen die Daten auf, für die Echtzeit-Übertragung stehen E-Mail, Webserver oder ftp-Funktionen zur Verfügung.

Der GL 980 ist mit einem geräteinternen RAM-Speicher für bis zu vier Millionen Messungen pro Kanal ausgestattet. Um die kontinuierliche schnelle Aufzeichnung und die automatische Datensicherung zu gewährleisten, kann der RAM in bis zu acht Blöcke aufgeteilt werden.

Messdaten aufzeichnen – hier sind Datenlogger gefragt

Datenlogger kommen in der Qualitätssicherung in der Fertigung zum Einsatz, aber auch in Forschungseinrichtungen oder in der gezielten Fehlersuche bei Wartungen. Sie zeichnen prinzipiell alle Daten auf, die ein Sensor messen kann, etwa Spannung, Vibration, Dehnung, Temperatur, Feuchtigkeit oder Durchfluss.

Passend zur Anforderung in der jeweiligen Applikation empfiehlt Althen den optimal geeigneten Datenlogger. Für die Fehlersuche, die Meinke Energy in der E-Lok vorgenommen hat, wurden die Modelle GL 840 M und GL 980 ausgewählt. Jeweils als Kit-Ausführung im Messkoffer und mit Batteriebetrieb für den mobilen Einsatz.

Zur Aufzeichnung der Daten verwendet Meinke in beiden Fällen die SD-Speicherkarte. Alternativ bietet Althen die Datenlogger mit einem USB-Speicher an. Zur Fernüberwachung besteht die Möglichkeit, die Daten per E-Mail zu versenden oder mit einem ftp-Client in eine Cloud zu übertragen. Eine E-Mail-Benachrichtigung gibt das Gerät auch aus, wenn das Speichermedium voll ist und ausgetauscht werden muss.

Meinke Energy bietet mit seinem langjährigen Wissen Messdienstleistungen für anspruchsvolle Aufgaben in der ganzen Welt an. Hierbei fungiert das Unternehmen laut Geschäftsführer Markus Meinke wie ein unabhängiger Gutachter. Meinke ist seit 34 Jahren im technischen Vertrieb tätig und weiß um die vielen kleinen Störungen und Pannen, die auftreten können. Sie reichen von echten Produktfehlern bis hin zu versehentlich gezogenen Netzsteckern hat er schon alles erlebt. Deshalb ist für ihn die Möglichkeit der Fernüberwachung umso wichtiger, wenn er Messungen anbietet, damit der Einsatz vor Ort nicht durch unentdeckte Pannen wertlos wird.

Nicht nur für den Bahnbetrieb interessant

Die Fehlersuche bei den Überspannungsableitern ist eine typische Anwendung, die auch für andere Betreiber von Werksbahnen interessant sind. Markus Meinke legt bei seinen Messgeräten grundsätzlich Wert auf papierlosen Betrieb und kompakte, robuste Geräte, die er zu seinen Einsätzen in der ganzen Welt problemlos mitnehmen kann. Er mag Komponenten „mit möglichst wenig mechanischen Teilen, die beim Transport oder durch Verschleiß kaputtgehen könnten. Diese zentralen Punkte haben uns bei den Geräten von Althen überzeugt.“

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