Wie ein tragbarer 3D-Scanner dazu beitragen kann, Zugentgleisungen zu verhindern

Es geschah an einem späten kalifornischen Hochsommerabend, als ein Zug der Southern Pacific in einer scharfen Kurve entgleiste und in der Folge eine Lokomotive und sieben Tankwagen über die Seite eines Bahndamms stürzten.

Einer der Tankwagen landete kopfüber in der Mitte des Sacramento River, wo Metam-Natrium, ein hochgiftiges, wasserlösliches Pestizid, auslief.

Es dauerte sechs Stunden, bis die Gefahrgutspezialisten eintrafen, und weitere sechs Stunden, bis sie feststellten, dass alle 19.000 Gallonen des schwefelhaltigen Insektizids bereits in die einst unberührten Gewässer des Flusses geflossen waren und Tausende von Lachsen, Forellen und alle anderen Anzeichen von Wasserleben, bis hin zu den Algen, vernichtet hatten.

In den folgenden Stunden und Tagen wurden Hunderte von Anwohnern entlang des Flusses mit schweren Haut-, Augen- und Atemwegserkrankungen in Krankenhäuser eingeliefert, da eine giftgrüne Abgasfahne bis in den Süden des Shasta-Sees reichte.

Die Auswirkungen waren gravierend: Abgesehen von der unmittelbaren Umweltzerstörung entstanden in den folgenden Monaten und Jahren Schäden in Millionenhöhe und unermessliche Verluste für die örtliche Tourismusbranche.

Zugentgleisungen: eine weltweite Bedrohung

Jedes Jahr kommt es rund um den Globus zu Tausenden von Zugentgleisungen. Obwohl keine Todesopfer oder Umweltzerstörung nach sich ziehen, können die Auswirkungen von Sach- und Infrastrukturschäden sowie Betriebsunterbrechungen noch Jahrzehnte später in einem Eisenbahnunternehmen nachwirken.

Die große Mehrheit der Entgleisungen wird durch Gleismängel, wie gebrochene Schienen, ausgelöst. Andere Ursachen können „Spurweitenverschiebung“, Gleisfehlstellungen, defekte Weichen und Räder sein. In vielen Ländern schreiben staatliche Vorschriften vierteljährliche oder sogar monatliche persönliche Inspektionen aller Gleisabschnitte der Eisenbahnlinien eines Unternehmens vor.

Mit mehr als 160.000 Meilen Gleis allein in den USA ist die Inspektion der Schienennetze eine gewaltige Aufgabe.

Viele Eisenbahnunternehmen setzen automatisierte, schnelle Ultraschallprüfsysteme zur Erkennung von Schienenbrüchen und anderen Anomalien und Defekten ein. Diese haben sich hervorragend bewährt, wenn Tausende von Kilometern Gleis regelmäßig überprüft werden müssen.

Von der schnellen zur persönlichen Schieneninspektion

Wenn dann ein verdächtiger Gleisabschnitt entdeckt wird, kann ein Bahninspektor an den entsprechenden Ort geschickt werden, um das Gleis aus der Nähe eingehend zu inspizieren.

Es gibt jedoch Grenzen, wie viele Gleise ein Inspektor während einer einzigen Schicht besuchen und zuverlässig untersuchen kann. Hinzu kommt, dass Oberflächendefekte, je nachdem, wie auffällig sie sind, nicht immer eindeutig entdeckt werden.

Oft genug können winzige Brüche, Metallermüdung sowie Maß- und Positionsänderungen unbemerkt bleiben und sich bis zur nächsten geplanten Inspektion bis zum Materialversagen ausweiten.

Montage von Schienenbefestigungen, deren Versagen zu Entgleisungen führen kann

Darüber hinaus können visuelle Inspektionen in Hinblick auf eine einheitliche Dokumentation eine Herausforderung darstellen, da jeder Inspektor subjektiv entscheidet, ob eine Schienenkomponente oder ein Gleisabschnitt überprüft werden sollte oder nicht.

Geschieht dies nicht, stehen keine quantifizierbaren Messungen zur Verfügung, was einen potenziell riskanten blinden Fleck in den Aufzeichnungen der Sicherheitsinspektionen hinterlässt.

Beschädigter Abschnitt einer Eisenbahnstrecke

Hier kommt das 3D-Scannen ins Spiel

Aus diesem und anderen Gründen wenden sich immer mehr Bahninspektoren professionellen 3D-Handscannern zu, um Lücken in der Dokumentation kostengünstig und zeitnah zu schließen.

Für viele Bahninspektoren werden die Vorteile solcher Geräte jedoch dadurch geschmälert, dass sie in der Regel nicht nur den Scanner selbst, sondern auch einen Laptop sowie ein Netzteil samt Kabel mit sich führen müssen.

Inspiriert von modernen Methoden in der Qualitätskontrolle entdecken die Bahninspektoren schließlich Artec Leo als ideale Ergänzung zu ihrem Werkzeugkasten für die Durchführung von Sichtprüfungen. Wie Ultraschall-Schienenprüfsysteme auch ist Leo eine technische Lösung, die kontaktlose Prüfungen (NDT) ermöglicht.

Artec Leo: ein 3D-Scanner wie kein anderer

Im Gegensatz zu schnellen Ultraschall-Schienenprüfsystemen und verschiedenen anderen 3D-Scannern jedoch ist Leo jedoch zu 100 % kabellos und tragbar, verfügt über ein eigenes, unabhängiges Netzteil sowie ein Touchscreen-Display und ermöglicht es Ihnen, jeden verdächtigen Gleisabschnitt in nur wenigen Sekunden und mit einer Genauigkeit im Submillimeterbereich zu erfassen.

Nachdem Artec Markenbotschafter GoMeasure3D vermehrt Anfragen von Gleisinspektionsspezialisten bekommen hatte, beschloss er, Leo auf die Probe zu stellen und zu sehen, wie gut dieser einzigartige 3D-Scanner die Herausforderung meistern kann.

Art Pekun, 3D-Scanspezialist bei GoMeasure3D, scannt einen Schienenabschnitt mit Artec Leo

Im Zusammenspiel mit der Software Artec Studio können mit Leos Hilfe schnell umfassende, detaillierte Inspektionsberichte erstellt werden, was den Scanner auch in Hinblick auf die Einhaltung von Standards und Vorschriften umso wertvoller macht.

In Verbindung mit Artec Cloud kann ein Bahninspektor alles Mögliche – von Schienen über Weichen bis hin zu Triebwagenrädern – gründlich scannen und diese Scans zur Verarbeitung und gemeinsamen Nutzung mit Kollegen an die Cloud senden.

Nachdem Sie beispielsweise einen bestimmten Gleisabschnitt für die Inspektion erfasst haben, können Sie mit dem Scannen von Befestigungselementen, Verbindungen und Spannstangen fortfahren, während ein anderer Prüfer im Büro die Schienen, die Sie nur wenige Minuten zuvor gescannt haben, einer Oberflächenabstandsmessung unterzieht.

Überprüfung eines gescannten Schienenabschnitts auf dem Touchscreen von Leo

Die mit Leo erstellten Scans können mit CAD-Referenzmodellen verglichen werden, um zu prüfen, ob die Schienen oder andere Teile sich innerhalb der zulässigen Toleranzen bewegen.

Leicht ablesbare visuelle Wärmekarten zeigen Ihnen auf einen Blick alle Abweichungen vom Referenzmodell, und zwar bis in den Submillimeterbereich. Mit Leo und Artec Studio können Sie sogar Ihren eigenen Satz von CAD-Referenzmodellen erstellen, indem Sie die Scan-to-CAD-Funktion der Software nutzen.

Stetige Beobachtung mit Leo

Durch den Einsatz von Leo zur vollständigen Dokumentation aller Oberflächen bestimmter Gleisabschnitte sowie aller Arten von Schienenkomponenten können Bahninspektoren auf einfache Weise das tun, was Flugzeughersteller bereits praktizieren, um die langfristige strukturelle Leistung von Flügeln und Rümpfen zu testen: Wechselzeitanalysen.

Eine Oberflächenabstandskarte in Artec Studio: Vergleich zweier Scans der gleichen Schienen, die jedoch Monate auseinander liegen – einmal an einem kalten Wintermorgen gegenüber einem heißen Sommertag

Mit solchen Analysen lässt sich nicht nur feststellen, ob Toleranzen überschritten wurden oder kurz davor stehen, sondern auch,wo die Ursachen liegen.

Wenn beispielsweise die Spurweite (Breite) der Gleise über einen Zeitraum von mehreren Monaten die zulässigen Toleranzen überschreitet, könnte dies auf eine unzureichende Tiefe oder Drainage des darunter liegenden Gleisschotters zurückzuführen sein.

Oberflächenabstandskarte Artec Studio mit Darstellung von Abweichungen zwischen Schienenabschnitten

Für Anwender, die für den Übergang vom Scan zur Inspektion ein noch höheres Maß an Leistung und Flexibilität wünschen, bietet die Software Artec Studio eine nahtlose Integration mit der branchenführenden Lösung Geomagic Control X.

Mit einem Klick erhalten Sie umfassende Inspektionsberichte zu einem oder bis zu Dutzenden von Scans – diese werden im Hintergrund generiert und stehen dann umgehend für die Weitergabe an Ihre Kollegen, Vorgesetzten, Versicherungsgesellschaften und noch viele andere bereit.

Geomagic Control X vergleicht reale Scandaten von Leo mit einem CAD-Referenzmodell und ermöglicht GD&T-Messungen wie Ebenheit, Oberflächenprofil, Winkligkeit zum CAD und Parallelität.

Wenn das Unheil zuschlägt: Wie Leo bei der Rekonstruktion von Eisenbahnunfällen hilft

Im Fall einer Entgleisung oder eines anderen Bahnunfalls irgendwo entlang der Strecke können sich Bahnspezialisten und Ermittler auf die Hilfe von Leo verlassen. Jeder gebrochene Gleisabschnitt, jede Schwelle und zerdrückter Schotter am Unfallort kann innerhalb von Minuten erfasst werden.

Wenn die relevanten Objekte, einschließlich zerstörter Triebwagen, mit Leo gescannt sind, können die daraus resultierenden 3D-Modelle von den Ermittlern verwendet werden, um sämtliche Entgleisungs- und Aufprallpunkte sowie die Verformung des Schotters zu dokumentieren und zu analysieren. Daraus können dann wichtige Erkenntnisse für die Rekonstruktion jeder Phase des Unfalls gewonnen werden.

Zugentgleisung in Thailand, mit erheblichen Schäden an Gleisen, Schotter und Waggons

Kombination von Leo mit anderen 3D-Scannern

Wenn Sie sehr große oder sehr kleine Objekte scannen möchten, stehen Ihnen auch Artec Ray II und Artec Space Spider, zwei 3D-Scanner, die seit Jahren bei Inspektionen, in der Forensik und in anderen Branchen eingesetzt werden, zur Verfügung.

Mit Ray II können Sie große Objekte (z. B. Eisenbahnwaggons) oder sogar ganze Szenerien aus einer Entfernung von bis zu 130 Metern mit höchster Genauigkeit erfassen. Space Spider eignet sich hervorragend zum Scannen kleiner Objekte, etwa zum Erfassen von kleinen Werkzeugspuren an Unfallorten, winzigen Rissen, Submillimeter-Brüchen und vielem mehr.

Mit der Software Artec Studio ist es ein Kinderspiel, Scans von Leo, Ray II und Space Spider zu einem oder mehreren hochpräzisen 3D-Modellen von kleinen oder großen Schienenabschnitten oder Komponenten zu kombinieren. Dies gelingt auch mit kompletten Unfallszenen, einschließlich aller zerstörten oder intakten Waggons, der umgebenden Landschaft und allem, was sich darin befindet.

Anschließend können Sie Inspektionsberichte erstellen sowie millimetergenaue Überkopfdiagramme und Querschnitte von Schienen, Komponenten, Triebwagen und allen anderen erstellen.

3D-Scannen für Reverse Engineering von alten Eisenbahnkomponenten

Eisenbahnunternehmen können zudem noch mehr aus Leo oder anderen Artec 3D-Scannern herausholen, indem sie die Geräte für die Flächenrückführung älterer Teile und Maschinen einsetzen. Denn in den Jahrzehnten, seit sie einst vom Fließband rollten, wurden viele Tausende von Komponenten nicht mehr hergestellt.

Ein dankbarer Kandidat für Reverse Engineering: eine alte Straßenbahnkupplung

Wenn ein kritisches Zahnrad oder Ventil, ganz zu schweigen von einer komplexen Baugruppe wie einem Getriebe, ausfällt und auf dem Markt nicht mehr zu finden ist, lautet die häufigste, wenn auch kostspielige Empfehlung, die gesamte Maschine durch eine neue zu ersetzen.

Mit Leo oder einem der anderen 3D-Scanner können Sie jedoch, je nach Größe des zu scannenden Objekts, dieselben alten Objekte in wenigen Minuten digital erfassen und sie dann selbst nachbauen – zunächst in CAD und dann in der realen Welt, sei es durch CNC-Fräsen, 3D-Druck, Gießen oder eine andere Methode.

Fazit

Für die Schieneninspektion in 3D und noch vieles mehr eröffnen Leo und die anderen Scanner der Artec Familie professioneller 3D-Scanner Ihnen und Ihrem Unternehmen auf Jahre hinaus einen breiten Horizont an Möglichkeiten für Inspektionen und Reverse Engineering.