Diese Stadtbahn unterscheidet sich optisch nicht von den anderen Karlsruher Schienenfahrzeugen. Doch in ihr steckt eine ausgeklügelte Messtechnik. Diese soll umfangreiche Daten für AVG und KIT liefern.
Diese Stadtbahn unterscheidet sich optisch nicht von den anderen Karlsruher Schienenfahrzeugen. Doch in ihr steckt eine ausgeklügelte Messtechnik. Diese soll umfangreiche Daten für AVG und KIT liefern. | Foto: AVG/KIT

Projekt des KIT und der AVG

Rollendes Labor: Diese Stadtbahn soll herausfinden, warum Schienen quietschen

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Warum quietschen Schienen – und wie kann man die Lärmbelastung künftig verhindern? Nur eine von mehreren Fragen, die eine mit modernen Sensoren ausgestattete Stadtbahn in einem Forschungsprojekt beantworten soll.

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt haben die Albtal-Verkehrs- Gesellschaft mbH (AVG) und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ein Stadtbahnfahrzeug mit umfangreicher Messtechnik ausgerüstet. Dieses soll Daten etwa zu Umwelteinflüssen, zur Nutzungsweise oder zum Schienenzustand generieren. Die Karlsruher Messbahn wird ab sofort im regulären Fahrgastbetrieb eingesetzt.

Stadtbahn mit Machine Learning

Durch die regelmäßige Kontrolle ihrer Gleisanlagen mit Messzügen garantieren die Karlsruher Verkehrsunternehmen die Sicherheit ihrer Fahrgäste, teilten AVG und KIT mit. Doch wie das Forschungsprojekt der AVG in Kooperation mit dem Teilinstitut Bahnsystemtechnik des Instituts für Fahrzeugsystemtechnik am KIT (FAST) nun zeigt, können Messzüge im Zeitalter der Digitalisierung viel mehr leisten, als nur Gleise auf bestehende Schäden zu untersuchen: „Wir haben das Fahrzeug mit der neusten Messtechnik ausgerüstet“, sagt Peter Gratzfeld, Professor für Bahnsystemtechnik am FAST. „Die Messbahn wird für unser Projekt Daten produzieren, die wir mit aktuellen IT-Methoden wie Maschinellem Lernen auswerten. Unser Ziel ist es, Sicherheit, Energieeffizienz und Komfort des Schienennahverkehrs zu verbessern und den Verschleiß zu minimieren.“
Joachim Hettel, Projektbeauftragter bei den Verkehrsbetrieben Karlsruhe, zeigt einige Komponenten, die zur Erfassung der Daten in die Mess-Straßenbahn eingebaut wurden.
Joachim Hettel, Projektbeauftragter bei den Verkehrsbetrieben Karlsruhe, zeigt einige Komponenten, die zur Erfassung der Daten in die Mess-Straßenbahn eingebaut wurden. | Foto: AVG/KIT
Für die AVG ergebe sich aus dem Kooperationsprojekt ein echter Mehrwert, sagt der technische Geschäftsführer der AVG Ascan Egerer: „Mit Hilfe der installierten Sensoren erhalten wir eine Vielzahl an wertvollen Informationen dazu, wie sich unser Fahrzeug im täglichen Einsatz verhält und welchen äußeren Einflüssen es kontinuierlich ausgesetzt ist. Je mehr wir über das Fahrzeug erfahren, desto besser können wir künftig Optimierungen an unseren Straßenbahnen, aber auch an der Infrastruktur und am Betrieb vornehmen.“

Abnutzung der Gleise vorhersagen

Um Schäden an der Infrastruktur zukünftig schon früher als mit konventionellen Methoden zu erkennen, wurden Beschleunigungssensoren an den Drehgestellen der Messbahn angebracht. Diese wollen die Forscher im Zusammenspiel mit GPS-Daten nutzen, um verlässliche Vorhersagen für die Abnutzung der Gleisanlagen zu erstellen. Auch die Energieeffizienz könnte dank der Messbahn verbessert werden: Zwar wird bereits heute die Bremsenergie von Straßenbahnen ins Oberleitungsnetz zurückgespeist, dies trägt aber nur zur Energieeinsparung bei, wenn eine andere Bahn in der Nähe beim Beschleunigen diese Energie nutzen kann. Gerade in Randbezirken mit weniger gut ausgebautem Netz gehen daher bis zu 30 Prozent der Bremsenergie als Wärme verloren. Anhand ständiger Beobachtung von Parametern wie der Oberleitungsspannung, dem Energieverbrauch des Fahrzeugs sowie der Verlustleistung an den Bremswiderständen soll überprüft werden, an welchen Stellen sich potenziell stationäre Speicher zur Aufnahme der Bremsenergie eignen würden. Ein weiterer wichtiger Ansatzpunkt für die Optimierung des Schienennahverkehrs ist der Fahrgastkomfort.

Daten sollen auch Fahrertraining verbessern

So wurden etwa auch im Fahrgastraum Beschleunigungssensoren verbaut. Eine zu starke Beschleunigung kann vor allem bei der Kurvenausfahrt als unangenehm wahrgenommen werden und mit den Daten dieser Sensoren könnten zukünftig Fahrertrainings konzipiert werden.

Warum quietschen Schienen?

Für Anwohner wiederum stellt das häufig in Kurven mit geringen Radien auftretende Schienenquietschen eine Lärmbelastung dar. Mit Messmikrofonen im Zusammenspiel mit GPS-Daten, Geschwindigkeit und anderen äußeren Gegebenheiten soll analysiert werden, warum und wo das Quietschen besonders häufig auftritt.
Die genannten Beispiele zeigen nur einen kleinen Ausschnitt der großen Datenvielfalt, die durch die Karlsruher Messbahn generiert werden soll, heißt es in der gemeinsamen Presseerklärung von KIT und AVG. So sind beispielsweise auch CO2-Sensoren sowie Instrumente zur Messung der Sonneneinstrahlung oder Luftfeuchtigkeit verbaut. „Mit Hilfe von Data Mining-Techniken ist geplant, die Daten auch auf bisher nicht bekannte Zusammenhänge zu untersuchen, um die Sicherheit und den Komfort zu erhöhen sowie Kosten und Energieverbrauch zu senken “, erklärt Gratzfeld.
BNN