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Drehgestelle auf dem Prüfstand

Ethercat-Encoder gewährleisten bei Nencki präzise Messergebnise
Drehgestelle auf dem Prüfstand

Highline-Seilzug-Encoder BTF08 mit Ethercat-Schnittstelle von Sick können aufgrund ihrer hohen Auflösung von nur 0,001 mm Abstände, Wege und Positionen extrem präzise erfassen Bilder: Sick Der Autor Jörg Spiegelhalter Produktmanager Encoder Sick www.sick.de
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Optimierung des Fahrkomforts, Minimierung von Verschleiß, Vermeidung von Entgleisungsgefahren – die Drehgestell-Prüfstände von Nencki sorgen für einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb von Metros, Straßenbahnen und Fernzügen. Teil des automatisierten Prüfkonzepts unter anderem zur präzisen Messung und Dokumentation von Lastverteilungen sind Seilzug-Encoder mit Ethercat-Schnittstelle von Sick.

Das Familienunternehmen Nencki in Langenthal in der Schweiz ist im Fahrzeug- und Anlagenbau tätig und zählt in der Bahntechnik zu den weltweit führenden Anbietern von Drehgestell-Prüfständen für Schienenfahrzeuge. „Sie werden bei Rollmaterialherstellern sowie Wartungs- und Instandsetzungsbetrieben von Bahnen, Nahverkehrsbetrieben und Metros eingesetzt, um Radlasten und die Geometrie von neuen, reparierten oder gewarteten Drehgestellen auf jeweils spezifische Anforderungen hin zu prüfen und einzustellen“, erläutert Account Manager Josef Bieri. Hierzu simulieren Hydraulikzylinder in den Prüfständen verschiedene Fahrzeuggewichte und die frontalen sowie lateralen Kräfte, die in der Fahrt, in Kurven oder bei Seitenwind auf die Drehgestelle einwirken. Eine korrekte Justierung zum Beispiel der Distanzen, Abstände und der Parallelität von Achsen, von Radpositionen und -ausrichtungen, von Federwegen und anderen Parametern optimiert den Fahrkomfort, minimiert Verschleiß und Betriebskosten – und stellt vor allem sicher, dass Züge und Bahnen zuverlässig in der Gleisspur bleiben. Die Mess-, Toleranz- und Einstelldaten können protokolliert und jederzeit zurückverfolgt werden.

Die Drehgestell-Prüfstände entstehen aus einem modularen Baukasten und werden den spezifischen Anforderungen des Kunden entsprechend ausgerüstet. Eine der wichtigsten Funktionen ist die Ermittlung und Einstellung der gleichmäßigen Lastverteilung auf jedes Rad. „Hierzu wird an jedem Rad die Last gemessen und der Primärfederweg mit insgesamt vier Highline-Seilzug-Encodern BTF08 mit Ethercat-Schnittstelle von Sick ermittelt“, erklärt Christoph Geiser von Nencki. „Aufgrund ihrer hohen Auflösung von nur 0,001 mm können sie Abstände, Wege und Positionen extrem präzise erfassen.“
Die Seilzug-Encoder bieten darüber hinaus eine Reihe weiterer Vorteile, die sie besonders für anspruchsvolle Einsatzbedingungen prädestinieren: So ist der Windungsmechanismus in einem robusten Metallgehäuse untergebracht. Schmutzabweisende Bürstenvorsätze am Seileingang verhindern das Eindringen von Staub und Schmutz und gewährleisten so ein präzises Auf- und Abrollen des Messseils. Darüber hinaus bieten Seilzug-Encoder ein hohes Maß an Schock- und Vibrationsbeständigkeit – und damit eine hohe Lebensdauer.
Der eigentliche Encoder mit seiner integrierten Ethercat-Schnittstelle ist per Servoflansch außen auf die Welle der Seilzugtrommel aufgesteckt. Zur Prüfung der Primarfederung werden die BTF08 am Rahmen des Prüfstands mit Magneten fixiert. Im oberen Bereich des Drehgestells nehmen Stangen die Seilöse des Encoders auf. Während des Prüfvorgangs misst der Seilzugencoder als jeweiliges Distanz- beziehungsweise Höhenmaß die Veränderungen der Federwege, die durch die einwirkenden Kräfte verursacht werden. „Die dabei erforderliche Genauigkeit beträgt +/- 0,1 mm und wird von den Seilzug-Encodern weit übertroffen“, sagt Geiser. Kombiniert aus Federweg und Radlast wird für jedes Rad automatisch errechnet, ob und wie stark die Primärfederung korrigiert werden muss. Dies wird durch Entfernen oder Hinzufügen von sogenannten Beilagscheiben bewerkstelligt, die die Federung entsprechend härter oder weicher machen. Die Dicke der einzusetzenden Beilagscheiben wird am Bildschirm des Prüfstands angezeigt.
Während sich die beschriebene Messanordnung bereits in zahlreichen Prüfständen bewährt, ging Nencki in diesem konkreten Projekt einen Schritt weiter. „Wir suchten nach einer Encoder-Lösung, die sich direkt in die Beckhoff-Steuerung integrieren lässt“, so Geiser. Seine Zielsetzung dabei: Weniger Verkabelungsaufwand und mehr Diagnosefunktionalität für die Endkunden. Fündig wurde er bei Sick.
Programmierung der Encoder direkt in die Konfigurationsoberfläche der Steuerung eingebunden
Nencki erreicht mit dem Einsatz der BTF08-Seilzugencoder mit Ethercat-Schnittstelle in mehrfacher Hinsicht eine deutliche Reduzierung des Integrationsaufwands: „Zunächst benötigen wir keine separate Verkabelung mehr“, bestätigt Geiser. „Hinzu kommt, dass die Programmierung der Encoder direkt in die Konfigurationsoberfläche der Steuerung eingebunden ist. Dadurch wird die Einstellung sehr erleichtert und beschleunigt.“
Darüber hinaus eröffnet die Feldbusanbindung jetzt umfangreiche Diagnosemöglichkeiten, mit denen sich die Ausfallsicherheit der Encoder inklusive ihrer Seilzugmechanik und damit der Prüfstände weiter optimieren lässt. „Überwacht werden kann beispielsweise die Temperatur im Encoder“, erklärt Bieri. „Beim Erreichen vorge- gebener Minimum- oder Maximum-Grenzwerte wird die Steuerung direkt vom Encoder auf möglicherweise kritische Betriebszustände hingewiesen.“ Als weitere Parameter können über die Feldbus-Interfaces auch die Betriebsstunden, programmierbare Positionsgrenzwerte sowie Geschwindigkeiten und Drehzahlen in die Diagnose mit einbezogen werden. Ein Zyklenzähler überwacht die Bewegung der Seilzugmechanik. Über die Vorgabe definierter Grenzwerte wird die Einhaltung der zulässigen Lebensdauerzyklen der Seilzugmechanik gewährleistet. Dadurch kann diese in einem Routine-Check geprüft und gegebenenfalls ausgetauscht werden. ■
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