Moderne Sensortechnik heizt Weichen im Winter ein
Eis und Schnee können Weichen blockieren und gefährden so den reibungslosen Schienenverkehr. Zwei Drittel aller Weichen im Schienennetz der Deutschen Bahn haben deshalb eine eigene Heizung, 90 % davon eine elektrische. Der Betrieb verschlingt Unmengen an Energie. Drahtlose und energieautarke Sensorknoten, die Leipziger Wissenschaftler entwickelt haben, könnten die Effizienz dieser Weichenheizungen steigern.
Schnee und Eis: Jeden Winter verschlingt die Beheizung der Schienen auf dem Streckennetz der Deutschen Bahn etwa 44 Miillionen Euro.
Foto: HTWK Leipzig
Schon die Leistung einer einzigen Weichenheizung würde zum Heizen eines Einfamilienhauses reichen: Nach Angaben der Deutschen Bahn arbeitet eine elektrische Weichenheizung im Durchschnitt mit 18 bis 20 kW. Rund 43.000 elektrische Heizungen sind im Schienennetz der Deutschen Bahn im Einsatz. Nach Informationen der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur (HTWK) Leipzig verschlingt die Schienenbeheizung jeden Winter etwa 44 Millionen Euro.
Drahtlos und energieautark
Wissenschaftler der HTWK Leipzig haben winzige Sensorknoten entwickelt, die solche Weichenheizungen effizienter steuern. Gleichzeitig könnten sie das Ausfallrisiko im Schienenverkehr durch eingefrorene und auch durch defekte Weichen reduzieren.
Auf der Automatisierungsmesse SPS IPC Drives vom 22. bis 24. November in Nürnberg präsentieren sie jetzt den Prototypen. Die Sensorknoten erfassen automatisch die Temperatur und aufgrund von Prognosemodellen den Verschleißzustand der Weichenheizungen und steuern ihren Betrieb. Das heißt, sie setzen eine Heizung nach Bedarf in Gang und schalten sie auch wieder ab. Der große Vorteil dieser Sensorknoten: Sie arbeiten drahtlos und energieautark.
Prof. Faouzi Derbel (r.) und Mitarbeiter Florian Strakosch von der HTWK Leipzig wollen mit drahtlosen Sensoren die Ausfallsicherheit und Kosten von Weichenheizungen verbessern.
Quelle: Andreas Schröder/HTWK Leipzig
Herkömmliche Sensoren sind per Kabel ans Stromnetz angeschlossen, ihre Daten senden die Sensoren ebenfalls über Datenleitungen. Die Lösung der HTWK Leipzig ist dagegen kabelunabhängig und daher flexibler einsetzbar. Energieautarkie wird durch den Einsatz von Akkubatterien und so genannter „Energy Harvesting“-Technologien erreicht: Dabei wird Umgebungsenergie zum Beispiel in Form von Vibrationen oder Luftströmungen in elektrische Energie umgewandelt.
Aktivierung der Heizstäbe nur bei Bedarf
Beheizt werden in den bestehenden Weichenheizungslösungen die so genannten „Backenschienen“, also die nicht beweglichen Schienen, zwischen denen die beweglichen Weichenschienen – die „Zungen“ – hin und her gestellt werden. Bislang registrieren verkabelte Messfühler zwischen Weiche und einem Verteilerkasten neben den Schienen die Witterungsverhältnisse und sorgen dafür, dass die Weichenheizung nur bei Bedarf aktiviert wird.
Die an der HTWK Leipzig entwickelten, winzigen Sensorknoten funktionieren komplett drahtlos und energieautark.
Quelle: Florian Strakosch/HTWK Leipzig
Die Steuerung im Verteilerkasten empfängt die Daten und setzt bei Bedarf die Weichenheizung in Gang. Künftig könnten bis zu acht Sensoren der HTWK Leipzig je eine Weiche überwachen und die einzelnen Heizstäbe ausschließlich bei Bedarf aktivieren. Zusätzlich könnten die Sensoren den verschleißbedingten Ausfall von Weichenheizungen rechtzeitig diagnostizieren auch so zu einem effizienteren Betrieb beisteuern.
General Electric hat eine Düse für Lokomotiven entwickelt, die Zugschienen von Eis, Schnee und Dreck befreit. Die computergesteuerte Düse springt immer dann an, wenn die Antriebsräder der Lok die Haftung zu verlieren drohen. Dann bläst sie mit Überschallgeschwindigkeit Druckluft über den Schienenstrang. Mehr dazu finden Sie hier.
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