Details

1. Projekt­hintergrund & Zweck
Zu Beginn der 2000er Jahre erweiterte Indian Railways sein Streckennetz schneller als je zuvor — doch eine grundlegende technische Frage blieb unbeantwortet:
Was genau erlebt ein Zugrad, wenn es über das indische Schienennetz rollt?

Jeder Kilometer Gleis erzählt eine andere Geschichte — Gefälle, Schweißnähte, Kurven, Bettungssteifigkeit und Unregelmäßigkeiten im Gleis.
Dennoch mussten sich Ingenieure jahrzehntelang auf theoretische Modelle und indirekte Schätzungen verlassen, um die dynamischen Kräfte zwischen Stahlrad und Stahlschiene vorherzusagen. Ohne direkte Daten konnten Sicherheitsmargen und Wartungspläne lediglich angenähert werden.

Das Measuring Wheel Technology Project im Rahmen der Technology Mission on Railway Safety (TMRS) wurde ins Leben gerufen, um genau das zu ändern. Unter der Leitung des IIT Kanpur und RDSO Lucknow, mit Neometrix Defence Limited als Industriepartner verantwortlich für das mechanische Systemdesign, die hydraulische Kalibrierinfrastruktur und die Instrumentierungsintegration, zielte das Projekt darauf ab, ein vollständig indigenes instrumentiertes Radsatzsystem zu entwickeln, das in der Lage ist, dynamische Rad–Schiene-Kräfte in Echtzeit zu messen — während des Fahrbetriebs zwischen Punkt A und B unter realen Einsatzbedingungen.

Dies war weit mehr als ein akademisches Experiment.
Es bildete die Grundlage für moderne Gleiszustandsüberwachung, Validierung der Fahrzeugdynamik und datenbasierte Eisenbahnsicherheit in Indien — das erste Mal, dass das Rad selbst die physikalischen Kräfte „fühlen“ und „melden“ konnte, denen es bei jeder Umdrehung ausgesetzt war.

2. Systemarchitektur & Technischer Überblick
Das Instrumentierte Messrad (IMW) ist ein multidisziplinäres System, das Präzisionsmechanik, Dehnungsmessstreifen-Instrumentierung, Telemetrie und hydraulische Simulation integriert. Es dient sowohl als Forschungswerkzeug als auch als Diagnoseplattform für Ingenieure, die das dynamische Verhalten zwischen Rad und Schiene untersuchen.

2.1 Instrumentierter Radsatz
Die zentrale Komponente ist ein hochpräzises Eisenbahnsrad, das mit Dehnungsmessstreifen in Vollbrückenschaltungen ausgestattet ist, um unabhängig zu messen:
• Vertikale Kräfte (Q) — verursacht durch statische und dynamische Achslasten  
• Laterale Kräfte (Y) — verursacht durch Kurvenfahrt, Sinuslauf und Ausrichtungsfehler  
• Torsions- und Kriechkomponenten, falls in der Konfiguration aktiviert  

Zentrale technische Merkmale:
• FEM-optimierte Positionierung der Messstreifen zur Trennung der Spannungsrichtungen  
• 350-Ω-Dehnungsmessstreifen mit Temperaturkompensation und hermetischer Abdichtung  
• Vibrationsfeste Montage und dynamische Auswuchtung (sicher bis 160 km/h)  
• Edelstahlverkabelung und Epoxidharzschutz für hohe Umweltbeständigkeit  

2.2 Induktives Telemetriesystem
Da Schleifringe für längerfristige Eisenbahnbetriebsgeschwindigkeiten ungeeignet sind, verwendet das IMW ein kontaktloses induktives Telemetriesystem zur Leistungs- und Datenübertragung.
• Sender (am Rad montiert): empfängt induktive Energie und überträgt konditionierte Sensorsignale.  
• Empfänger (am Drehgestell montiert): stellt eine stabile Erregung bereit und empfängt drahtlose Daten über einen Luftspalt von ≈ 0.1 m.  
• MT32-IND-TX/RX-, MT32-STG- und MT32-DEC16-Module übernehmen Multiplexing, Codierung und Decodierung von 16 parallelen Kanälen mit minimalem Rauschen.  
• Hochfrequente Trägermodulation gewährleistet Signalreinheit trotz Vibrationen, Feuchtigkeit und elektromagnetischer Störungen durch Fahrmotoren.  

2.3 Signalaufbereitung & Datenerfassung
Die Signale des Empfängers werden einer robusten DAQ-Einheit zugeführt, die integriert:
• Mehrkanalige Eingangskonditionierer für Dehnungsmesssignale (±10 V Eingangsbereich)  
• 16-Bit-A/D-Wandler mit ≥ 1 kHz Abtastrate pro Kanal  
• Encoder-Schnittstelle zur Erfassung von Rotationsreferenzen und Positionsmarkierungen  
• Synchronisation mit GPS oder Wegmessgebern zur Gleiskartierung  
Alle Daten werden in Echtzeit aufgezeichnet und mit Geschwindigkeit und Fahrstrecke korreliert, wodurch kontinuierliche Kraftprofile entlang der Route entstehen.  

2.4 Hydraulische Kalibrier- & Prüfstation
Die von Neometrix Defence Limited entwickelte und gefertigte hydraulische Kalibrierstation ist ein vollständig instrumentiertes Prüfsystem, das die kombinierten vertikalen und lateralen Belastungen simulieren kann, die ein Eisenbahnradsatz im Betrieb erfährt.

Zentrale Fähigkeiten:
• Zwei unabhängige servo-hydraulische Aktuatoren (vertikal / lateral)  
• Rotationsantrieb bis 1000 U/min für dynamische Kalibrierung  
• FEM-validierter Lastrahmen für 250 kN vertikal + 100 kN lateral  
• Integrierte Kraftmessdosen, Wegsensoren und Steuerungssoftware  
• Kalibrierungsgenauigkeit innerhalb ±0.5 % vom Endwert  
Die Anlage ermöglicht eine präzise Bestimmung der Kalibrierkoeffizienten, die gemessene Dehnung mit aufgebrachten Kräften verknüpfen — einschließlich Überprüfung von Linearität, Übersprechen und Hysterese vor dem Feldeinsatz.  

2.5 Software & Analytisches Framework
Die kundenspezifische Softwareumgebung bietet:
• Echtzeitvisualisierung vertikaler und lateraler Kräfte  
• Temperaturkompensation und Driftkorrekturalgorithmen  
• FFT-basierte Frequenzanalyse zur Identifikation von Vibrationssignaturen  
• GPS-verknüpfte Kraftkartierung für geographische Zuordnung  
• Export von Datensätzen nach MATLAB / LabVIEW / CSV für erweiterte Modellierung  
Dies ermöglicht Ingenieuren die Bewertung der Gleissteifigkeit, Analysen des Sinuslaufs sowie die Untersuchung des Rad–Schiene-Kontakts auf Basis eines einzigen integrierten Datensatzes.

3. Technische Spezifikationen

  

    
Parameter
    
Typischer Wert / Fähigkeit
    
Bemerkungen
  
  

    
Vertikalkraft (Q)
    
0 – 200 kN
    
Simuliert und gemessen
  
  

    
Lateralkraft (Y)
    
0 – 100 kN
    
Für Untersuchungen zur Kurvenfahrt
  
  

    
Abtastrate
    
Bis zu 5 kHz
    
Erfasst hochfrequente Transienten
  
  

    
Telemetriekanäle
    
16
    
Gleichzeitige Messung von Dehnung / Zusatzsignalen
  
  

    
Telemetrie-Abstand
    
0.1 m
    
Induktive Kopplungsdistanz
  
  

    
Raddrehzahl (Labor / Feld)
    
1000 U/min / 160 km·h⁻¹
    
Ausgewuchteter instrumentierter Radsatz
  
  

    
Kalibrierungsgenauigkeit
    
±0.5% FS
    
Verifiziert auf hydraulischem Prüfstand
  


4. Einsatz im Betrieb
Nach der Kalibrierung wird der instrumentierte Radsatz auf einem speziellen Versuchswagen oder Drehgestell montiert und auf ausgewählten Strecken der Indian Railways eingesetzt.
Während der Fahrt misst das Rad die Kräfte in Echtzeit, während Position und Geschwindigkeit gleichzeitig aufgezeichnet werden.
Feldversuche im RDSO Lucknow bestätigten die Leistungsfähigkeit des Systems unter verschiedenen Betriebsbedingungen — variierende Lasten, Kurvenradien und Gleisgeometrien.
Die Ergebnisse zeigten eine hohe Wiederholbarkeit, geringen Drift und eine klare Identifizierung von Gleisunregelmäßigkeiten, was die Eignung des Systems für dynamische Streckendiagnosen bestätigt.

5. Anwendungen
• Gleiszustandsüberwachung — Erkennung von Steifigkeitsänderungen, Setzungen, Spurverbreiterung oder Ausrichtungsfehlern.  
• Fahrzeugdynamikforschung — Validierung von Fahrwerks- und Drehgestellmodellen.  
• Bewertung von Fahrkomfort & Sicherheit — Korrelation der vertikalen/lateralen Kraftspektren mit Fahrqualitätsindikatoren.  
• Entgleisungsprognose & Modellvalidierung — empirische Daten für NUCARS / SIMPACK und interne RDSO-Modelle.  
• Wartungsplanung — vorausschauende Eingriffe basierend auf Kraftkarten-Analysen.  
• Lehr- & Forschungsplattform — Experimente in Instrumentierung und Dynamik für Postgraduiertenprogramme am IIT Kanpur und RDSO.  

6. Ingenieurtechnische Bedeutung & Vermächtnis
Das Measuring Wheel Project war ein wegweisender Meilenstein in Indiens Bestreben, hochpräzise eisenbahntechnische Messtechnik im eigenen Land zu entwickeln.
Zum ersten Mal lieferte ein vollständig indisches Konsortium — IIT Kanpur, RDSO und Neometrix Defence Limited — einen instrumentierten Radsatz und ein Kalibriersystem, das europäischen Importlösungen in Genauigkeit, Robustheit und analytischer Tiefe ebenbürtig war.

Diese Innovation verwandelte die Forschung zur Eisenbahndynamik von theoretischer Modellierung zu evidenzbasierter Ingenieurwissenschaft und ermöglichte:
• Entwicklung von Sicherheitsstandards basierend auf realen Messdaten.  
• Erste Grundlagen für zustandsbasierte Instandhaltung und intelligente Radsatzsysteme.  
• Eine Basis für spätere Arbeiten an bordeigenen Diagnosesystemen und digitaler Schieneninfrastruktur.  

Indem das Rad gewissermaßen „sprechen“ konnte, wurde die zuvor abstrakte Schnittstelle zwischen Rad und Schiene zu messbarem, umsetzbarem Ingenieurwissen.
Jede Umdrehung des Rads trug nicht nur den Zug, sondern auch die Daten, die seine Sicherheit bestimmen — ein Zeugnis für indische Innovation, akademische Strenge und die technische Exzellenz von Neometrix Defence Limited.