VIRELABS - FALL VR FLEETCARE Train Scanner

Train Scanner automatisiert die Zustandsprüfung von Zugen

Die Zusammenarbeit zwischen VR Fleetcare und Vire Labs, die mit der Automatisierung der Weichenüberwachung ihren Anfang nahm, setzte sich 2021mit einem System zur automatischen Kontrolle des Zustands der Züge fort. Die von Vire Labs speziell für die Bedürfnisse von VR Fleet Care, der Wartungsgesellschaft der finnischen Staatsbahnen, entwickelte und konstruierte Anlage scannt die vorbeifahrenden Züge und erkennt frühzeitig möglichen Wartungsbedarf.

Die automatische Inspektion ermöglicht die kontinuierliche Überwachung der individuellen Waggons und deren gezielte Instandhaltung, sodass sich der Wartungsbedarf nicht über längere Zeiträume anhäuft. Bislang wurden die Züge durch das Personal inspiziert, was auch dann Arbeitszeit in Anspruch nahm, wenn sich ihr Zustand als einwandfrei erwies. Der vollautomatische Zug-Scanner spart Arbeitskosten und lässt mehr Zeit für anspruchsvollere Wartungsarbeiten.

Ein weiterer Vorteil ist höhere Präzision: der im Vorbeifahren erfolgende Scan ist millimetergenau. Das System erkennt und meldet zuverlässig beispielsweise defekte Komponenten und anderen Wartungsbedarf, mögliche Überlastung sowie Graffiti an den Zugwänden. Die vorbeugende Wartung leistet einen wichtigen Beitrag zu mehr Sicherheit im Schienenverkehr.

Automatische Ermittlung des Wartungsbedarfs

Der Zug-Scanner besteht aus zu beiden Seiten des Gleises installierten, 6,6 m hohen Scannerpfeilern. Die vorbeifahrenden Züge werden von in die Pfeiler integrierten LiDAR-Sensoren und Linienprofilsensoren erfasst und ihre Daten von der Virebox.AI-Einheit mittels künstlicher Intelligenz ausgewertet.

Die Funktion des Scanners gliedert sich in drei Phasen.

  1. Wenn der Zug zwischen den Pfeilern hindurch fährt, werden seine Außenwände, Fahrgestelle und Waggondächer mit LiDAR-Lasermessgeräten und Linienprofilsensoren fotografiert. Aus diesen Bildern rekonstruiert der Scanner ein millimetergenaues 3D-Modell des Zugs.
  2. Die erfassten Daten werden von der Virebox.AI-Einheit mittels künstlicher Intelligenz ausgewertet und in einer browserbasierten Benutzeroberfläche präsentiert. Anhand der visuellen Informationen ermittelt das System zu korrigierende Mängel, beispielsweise lose Schrauben, beschädigte Federn, offene Luken oder Schmierereien auf Wänden und Dächern.
  3. Festgestellter Wartungsbedarf wird unverzüglich an das zuständige Personal gemeldet, sodass der Zug zwecks Korrekturmaßnahmen ins Depot gefahren werden kann, bevor der Mangel sich zum gefährlichen Defekt ausweitet.

Spezialtechnologie von Vire Labs und SICK AG

Das Herz des Zug-Scanners ist die von Vire Labs Oy entwickelte und konstruierte intelligente Virebox.AI-Einheit. In jedem Scanner befinden sich drei dieser Geräte. Durch ihre kombinierte Rechnungskapazität ist es möglich, die in Sekundenschnelle anfallende gigantische Datenmenge zu verarbeiten und dem Wartungspersonal in Echtzeit sinnvolle Informationen zu liefern. Zu analysieren gibt es genug, denn die von den Hochgeschwindigkeitskameras gelieferten 27 000 Bilder pro Sekunde sind nur ein Teil des Gesamtvolumens.  

Der Großteil der datenverarbeiteten Komponenten wurde vom deutschen Sensorspezialisten SICK geliefert. Insbesondere dem neuen SICK-Laserscanner kam bei der Entwicklung der Anlage eine tragende Rolle zu.

„Die Erfassungsfrequenz gewöhnlicher Laserscanner beträgt etwa hundert Messungen pro Sekunde.  Da dies für einen fahrenden Zug nicht ausreicht, brauchten wir eine schnellere Alternative“, kommentiert Mikko Saari, Geschäftsführer von Vire Labs Oy. 

Als Lösung erwies sich der SICK LMS4000, ein mit Phasenverschiebung arbeitender LiDAR-Scanner. Anstelle einzelner Laserimpulse produziert dieses Gerät einen kontinuierlichen Laserstrahl. Der Sensor vermisst das Objekt anhand der durch dieses verursachten Phasenverschiebung in der Reflektionsfrequenz  Hierdurch ist es möglich, die Formen des Zuges auch bei hoher Geschwindigkeit präzise zu erfassen.

Bei der Konstruktion der Scannerpfeiler war zu berücksichtigen, dass sie normalerweise im Freien aufgestellt werden.

„Die Verschalung muss Kameras, Messgeräte, Zentraleinheit, Kabel und Anschlüsse zuverlässig gegen die wechselhafte nordische Witterung abschirmen – und sie natürlich auch vor unbefugtem Zugriff schützen“, erklärt Kristofer Malmberg, Designer der Pfeiler und Mitgründer von Vire Labs.

„Auch auf einfache Ingebrauchnahme wurde Wert gelegt. Der Pfeiler ist so konzipiert, dass seine Aufstellung nur wenige Stunden erfordert. Die Komplettverschalung vereinfacht die eventuelle spätere Nachrüstung, da nicht für jedes neue Gerät ein eigenes Gehäuse konstruiert werden muss. Der modulare Aufbau des Systems erleichtert außerdem Wartung und Austausch der Komponenten.“

Kosteneinsparung durch kürzere Standzeiten

Von den Vorteilen des Zug-Scanners profitieren sowohl die Bahngesellschaft als auch die für die Sicherheit des Schienenverkehrs zuständigen Stellen.

Besitzer und Betreiber sparen erhebliche Summen durch die Optimierung des Instandhaltungsmanagements und die Vermeidung sowohl von unnötigen Standzeiten als auch von Betriebsausfällen.   Zudem verringern sich die Lebenszykluskosten der Eisenbahnflotte, da weniger manuelle Arbeit erforderlich ist und die Wartungsmaßnahmen sich nach dem tatsächlichen Bedarf richten.

„Die Inbetriebnahme des Systems bringt mehrere Vorteile mit sich“, betont Samuli Suuriniemi von VR Fleetcare, der sich der sich als Projektleiter an der Entwicklung des Scanners beteiligte.  „Der Zustand des rollenden Materials kann kontinuierlich und zuverlässig evaluiert werden, und auch die Sicherheit wird verbessert, zum Beispiel dadurch, dass das System defekt gewordene Drehgestellkomponenten bemerkt.  Anhand der vom System gelieferten Daten lassen sich zudem aller Voraussicht nach die Wartungsintervalle präzisieren.  Bei Bedarf kann die Häufigkeit der Inspektionen problemlos erhöht werden.“

Der Zug-Scanner ist schnell montiert, sofort einsatzbereit und zudem in die bestehenden Systeme des Kunden integrierbar. Neben der Inspektion von Eisenbahnwaggons sind für das Scannersystem auch andere Einsatzmöglichkeiten denkbar, da sich die Pfeiler praktisch überall aufstellen lassen.

Mihail Lipiäinen, Direktor für Lieferkettenmanagement digitale Dienste bei VR Fleetcare, fasst zusammen: „Die automatische Materialüberwachung ist eine der wichtigsten durch moderne Technologie ermöglichten Neuerungen und zahlt sich für die Eigentümer durch bessere Wartungsqualität und höhere Verfügbarkeit der Züge aus.“

Die Scanner ermöglichen die Automatisierung der systematischen, großvolumigen Überwachung rollenden Materials. Gemessen an seinen enormen Vorteilen ist das System ausgesprochen preisgünstig und auch beispielsweise für Speditionsunternehmen geeignet.

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