Weniger Frust für Fahrgäste: Neuer Sensor soll Kapazitäten im Schienennetz steigern

Wenn im selben Zeitraum mehr Züge in einem Streckenbereich unterwegs sind, können mehr Passagiere und Güter befördert werden. Grundlage dafür ist eine genaue Ortung der Züge.

Mobilitätsalternative Bahn? Leider gibt es immer wieder Probleme mit mangelnden Kapazitäten, unvorteilhaften Taktungen und häufigen Verspätungen. Automatisierungstechnik könnte hier Abhilfe schaffen, doch bisher fehlen die notwendigen Daten zu den genauen Positionen der jeweiligen Züge im Streckennetz. Eine neue Sensortechnik könnte das ändern. Sie wurde am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zusammen mit einem Team der Bosch-Tochter ITK Engineering entwickelt. Die Sensoren erfassen dazu den „magnetischen Fingerabdruck“ der Schiene und damit die genaue Position von Zügen. Die Technik wird auf der Branchenmesse InnoTrans 2022, vom 20. bis 23. September in Berlin, vorgestellt.

Magnetischer Sensor ermittelt „Fingerabdruck“ der Bahnschiene

„Indem wir die Position eines Zuges auf dem Gleis genauer und zuverlässiger bestimmen als bisher, können Züge in kürzeren zeitlichen Abständen einen Gleisabschnitt passieren – die Kapazität pro Gleiskilometer steigt“, zeigt sich Martin Lauer vom Institut für Mess- und Regelungstechnik (MRT) des KIT überzeugt. Zum Einsatz kommt dabei ein Magnetsensor. Lauer beschreibt die Funktionsweise des neuen Magnetic Railway Onboard Sensor (Maros) wie folgt: „Auch ein Bahngleis aus Metall hat eine Art Fingerabdruck, der an jeder Stelle ein ganz individuelles Profil aufweist.“ Der Maros könne diesen genau erkennen. Tobias Hofbaur, Programmmanager Bahntechnik bei ITK Engineering, ergänzt: „Somit lassen sich Züge weltweit gleisgenau und kontinuierlich lokalisieren.“

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Der Sensor wird dazu an der Fahrzeugunterseite befestigt. Er erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das von den ferromagnetischen Stoffen wie den Schienen oder dem Befestigungsmaterial der Schienen beeinflusst wird. Gleichzeitig misst der Sensor, wie stark sich das elektromagnetische Feld verändert. „So lässt sich jedem Streckenabschnitt ein exakter elektromagnetischer Fingerabdruck zuteilen“, erklärt Lauer.

Für die Ortung sei dann im Hintergrund eine Software inklusive intelligenter Algorithmen erforderlich, mit denen die individuelle Ortssignatur einer exakten geografischen Position zugeordnet werden kann. Dazu muss laut dem ITK-Engineering-Experten Hofbaur jede Bahnstrecke mindestens einmal abgefahren und vermessen werden, ehe diese Daten dann mit Kartenmaterial der Zugstrecke übereinandergelegt werden können. Dann könne jeder nachfolgende Zug mit entsprechender Sensortechnik präzise lokalisiert werden.

Magnetsensorik hat Vorteile gegenüber der Ortung per GPS oder Kamera

Heute weltweit genutzte Lösungen zur Positionsbestimmung von Zügen haben Defizite. So sind im Gleis verbaute Informationsträger (Balisen) beispielsweise zwar zuverlässig, aber teuer. Kamerasysteme sind dagegen bei Nacht oder Schneefall nur eingeschränkt funktionsfähig. GPS-Signale wiederum stoßen in Tunnels, Gebirgstälern oder Häuserschluchten an ihre Grenzen. Außerdem ist die Ortsauflösung der Daten zu gering, um bei mehreren nebeneinanderliegenden Gleisen sicher zu erkennen, welches Gleis gerade befahren wird.

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Der Marcos-Sensor schafft demnach laut dem Entwicklungsteam in all diesen Bereichen Abhilfe. „Die Lokalisierung ist somit exakter denn je, kostengünstiger als andere Technologien und weltweit auf allen Stahlschienen einsetzbar“, sagt Hofbaur. Ein flächendeckender Einsatz des Systems verspreche eine um 35 % bessere Auslastung von Schienennetzen.