EISMON

#Carl Ritter von Ghega Institut für integrierte Mobilitätsforschung #Nationale Drittmittel #Nationales Kooperationsprojekt #Interdisziplinäres Projekt

Sondierung eines intelligenten Monitoringsystems zur Früherkennung von Eisbildung zur Verhinderung von eisabwurfinduziertem Schotterflug.

Unter ungünstigen Bedingungen und bei vorwiegend hohen Geschwindigkeiten kann es an Bahnstrecken mit Schotteroberbau zu sogenanntem Schotterflug kommen. Vor allem im Winter gilt es als sehr wahrscheinlich, dass dieser durch das Abfallen von am Fahrzeug anhaftenden Schnee- oder Eisansammlungen verursacht wird. Als Folge der hohen kinetischen Energie können beim Aufprall Schottersteine aus dem Gefüge herausgelöst und geschoßartig weggeschleudert werden. Lösen diese weitere Eisklumpen los, kann es zu einer verstärkenden Wirkung kommen, welche im Allgemeinen zu beträchtlichen Schäden an Schienenfahrzeugen (Unterflurbereich, Fahrzeugaußenseiten, etc.) und der Infrastruktur (Signalmasten, Lärmschutzwände, etc.) führt. Auch stellt Schotterflug eine erhebliche Gefahr für Personen dar, die sich im nahen Umfeld der Gleise befinden (Bahnpersonal, Passanten auf Straßen oder Wegen neben dem Gleis, etc.). Das Phänomen des Schotterflugs ist zwar seit einiger Zeit bekannt, aber die genauen Ursachen sind bislang noch nicht erforscht. Außerdem ist noch kein System bekannt, welches kritische Eisbildungen während des Betriebs frühzeitig erkennen und den Infrastrukturbetreiber entsprechend informieren kann.

Mit dieser Sondierung soll die Durchführbarkeit und Sinnhaftigkeit eines Monitoringsystems zur Erkennung kritischer Eisablagerungen zur Verhinderung von eisabwurfinduziertem Schotterflug überprüft werden, welches in anschließenden Projekten entwickelt und getestet werden soll. Da in weiterer Folge eine wissenschaftliche Untersuchung der Entstehungsursachen und der Auswirkungen von Eisabwurf als Basis für die Anforderungsdefinition und Konzeption eines Messsystems erforderlich sind (Folgeprojekte, Dissertationen), werden in dieser Sondierung auch die notwendigen Grundlagen dafür erhoben und die generelle Durchführbarkeit dieses wissenschaftlichen Teils mit untersucht.

Projektphasen


In der Sondierung werden dazu zunächst folgende Untersuchungsschritte durchgeführt:

  • Umfeldanalyse: eine internationale Erhebung dokumentierter Schotterflugvorfälle inklusive der jeweils vorherrschenden Randbedingungen wie Fahrgeschwindigkeiten, Wetterbedingungen, Fahrzeugtypen etc., sowie eine Recherche hinsichtlich der internationalen Praxis und in Entwicklung befindlicher Gegenmaßnahmen bilden die Grundlage für die weiteren Betrachtungen.
  • Grundlagen für eine mechanische Modellierung: Erhebung der notwendigen Ausgangsgrößen für eine umfassende Modellierung des kompletten Eisabwurfvorgangs (Eisklumpen, Flugbahn, Schotteroberbau, Aufprall und Schotterflug) und einer computergestützten Simulation. Mit dieser können in weiterer Folge elementare Einflussgrößen identifiziert und mit Hilfe von Parameterstudien deren Bedeutung abgeschätzt werden.
  • Manuelle Inspektion von Fahrzeugen: Durch Sichtung der Unterflurbereiche einzelner Fahrzeuge in ÖBB-Werkstätten während der Wintersaison werden erste Erkenntnisse über Ausmaß, Ort und vor allem Beschaffenheit von Schnee- und Eisablagerungen gesammelt.
  • Grundlagen Messtechnik: Da für die automatisierte Erkennung von Eis- und Schneeablagerungen während des Betriebs keine Standardlösungen existieren, wird anhand der ermittelten Rahmenbedingungen die Messaufgabe konkretisiert, potentiell geeignete Sensorkomponenten erhoben und hinsichtlich ihrer Eigenschaften miteinander verglichen.
  • Intelligentes Monitoringsystem: Die Verknüpfung der zur Verfügung stehenden Informationen bilden die Grundlagen des Monitoringsystem. Hier ist zu klären, in wie weit das System in der Lage sein kann, automatisiert Eisbildung bzw. potentielle Gefahrensituationen zu erkennen und Meldungen (Warnung) und Aktionen zu erzeugen und wie dies in bestehende Systeme der Stakeholder (vor allem Infrastrukturbetreiber) integriert werden kann.
  • Potentialabschätzung: Mittels strukturierter Problemanalyse sollen das Potential und die Durchführbarkeit der vorgeschlagenen Idee untersucht werden und am Ende sollen fundierte Informationen vorliegen, anhand derer eine Entscheidung darüber möglich ist, ob und wie die anschließenden Vorhaben durchgeführt werden können.