Jede Achse zählt - EMV-Messung für den sicheren Betrieb von Gleisschaltmitteln

Zur Gewährleistung eines jederzeit sicheren Bahnbetriebs muss u.a. sichergestellt sein, dass sich in einem bestimmten Streckenabschnitt jeweils immer nur ein Zug oder Schienenfahrzeug befindet. Das Gleisnetz ist hierzu in sogenannte Blockstrecken unterteilt, die durch entsprechende Ein- und Ausfahrtssignale gesichert sind. Für die automatisierte Detektion der Durchfahrt von Schienenfahrzeugen werden elektronische Gleisschaltmittel, das sind Achszähler und Radsensoren, eingesetzt. Erst wenn genauso viele Achsen bzw. Räder eine Blockstrecke verlassen haben, wie zuvor eingefahren sind, wird der Gleisabschnitt für nachfolgende oder entgegenkommende Fahrzeuge wieder freigegeben.

In Deutschland werden hierzu zumeist induktive Schienenkontakte verwendet. Diese bestehen aus einem Sender auf der Schienenaußenseite und einem Empfänger auf der Schieneninnenseite. Wenn sich ein Rad durch das magnetische Wechselfeld bewegt, führt dies zu einer Feldänderung. Die Achse wird gezählt. Zu einem Zählpunkt gehören jeweils zwei Systeme, die paarweise mit etwas Abstand angebracht sind, um die Durchfahrtsrichtung zu detektieren. Die Fahrtrichtung lässt sich aus der zeitlichen Verschiebung der Feldrichtungsänderung zum zweiten Sender-/Empfängerpaar ableiten.

Um Fehlzählungen und damit ggf. verbundene Betriebsunterbrechungen zu vermeiden, sind Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) der Sensoren notwendig. Darüber hinaus müssen auch alle Schienenfahrzeuge getestet werden, um sicherzustellen, dass sie im Bereich der Achszähler keine elektromagnetischen Störungen außerhalb der erlaubten Grenzwerte erzeugen. Hierfür verfügt die Firma Siemens u.a. in ihrem Prüf- und Validationcenter (PCW) in Wegberg nahe der niederländischen Grenze über eine entsprechende Messstelle zum Nachweis der Kompatibilität von Schienenfahrzeugen mit Gleisschaltmitteln. Die Messstelle befindet sich an einem geraden Streckenabschnitt des 4,8 km langen Testovals (siehe Bild 1).

Für die Messung der hochdynamischen und inhomogenen elektromagnetischen Felder während der Durchfahrt eines Zuges werden seitlich an den Schienen Luftspulen-Sensoren, jeweils für die x-, y- und z-Richtung, angebracht. Zum Nachweis möglicher Asymmetrien muss die linke und rechte Fahrzeugseite geprüft werden. Je Messstelle sind also 6 Messkanäle synchron zu erfassen und auszuwerten. Auf Grund einer Vielzahl verschiedener Typen von Achszählern und Radsensoren muss das Messsystem dabei einen sehr weiten Arbeitsfrequenzbereich von wenigen kHz bis zu über 1 MHz abdecken.

Bei Siemens in Erlangen und Wegberg setzt man hierfür schon seit vielen Jahren auf die Messgeräte vom Typ LTT24 aus dem Hause Labortechnik Tasler. Das LTT24 kann bis zu 16 Messkanäle mit einer Abtastrate von bis zu 4 MHz pro Kanal erfassen. Als besonderer Vorteil hat sich dabei die hohe Auflösung von 24 Bit erwiesen: Diese ermöglicht es den gesamte Arbeitsfrequenzbereich mit nur einer einzigen Messung abzudecken. Früher waren hierfür zwei Messungen bzw. doppelt so viele Messkanäle notwendig, jeweils für den kHz- und den MHz-Bereich. Für eine exakte Auswertung ist überdies die hohe Synchronität der Abtastung der einzelnen Kanäle entscheidend.

Das LTT24 ermöglicht es den Siemens-Ingenieuren zudem auch mobile EMV-Messstellen an beliebiger Stelle im Schienennetz und ohne installierte Gleisschaltmittel zu betreiben – z.B. beim Grenzeintritt von unbekannten Fahrzeugen ausländischer Bahngesellschaften. Die Messgeräte aus Würzburg sind mittlerweile auch bei Alstom sowie bei der indischen TATA im Einsatz. Die komplette mathematische Analyse der Messdaten (inkl. FFT etc.) entsprechend der einschlägigen Normen und Richtlinien wurde bei Tasler im Kundenauftrag in die mitgelieferte Software LTTpro implementiert.

LTT24 als schnelles und modulares Präzisionsmessgerät

Das LTT24 ist modular aufgebaut und in Ausführungen mit 4, 6, 8 oder 16 Kanälen erhältlich. Die Funktionalität des integrierten Vorverstärkers erlaubt den individuellen Anschluss unterschiedlichster Sensoren von z.B. Volt, Strom, DMS, ICP, Ladung, PT100 etc. Die 24 Bit gewandelten Signale werden mit bis zu 4 MHz pro Kanal hochsynchron auf eine interne SSD-Festplatte gespeichert oder wahlweise direkt und kontinuierlich an einen angeschlossenen PC übertragen. Eine analoge Ausgabe ist ebenfalls in Echtzeit oder auch als spätere Wiedergabe von SSD per 20 Bit DAC mit bis zu 2 MS/s/Ch möglich.

Durch die konsequente Minimierung aller Fehlerquellen kann auch der Vorverstärker im LTT24 Messdatenerfassungssystem seine volle Präzision entfalten. Diese äußert sich in einem äußerst geringen Rauschen. Verzerrung und Rauschen zusammen liegen bei nahezu -100 dB und ermöglichen so im Endergebnis eine ENOB (effective number of bits) von echten 16 Bit über einen weiten Bereich von Frequenzen und Amplituden.

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