Mirco Heitmann, Absolvent im Studiengang Bahningenieurwesen, wurde in seiner Bachelorarbeit mit dem Thema Entwicklung eines multisensorischen Messsystems für die Zustandsüberwachung von Eisenbahnrädern von Prof. Dr. Fabian Mink (IEM) und Mirza Memic (M. Sc.) (BAU) betreut. Sein Ergebnis war so herausragend, dass er dafür mit dem VDEI-Förderpreis 2025 ausgezeichnet wurde.
Der Verband Deutscher Eisenbahn-Ingenieure e. V. (VDEI) verleiht jährlich auf der Internationalen Ausstellung Fahrwegtechnik (iaf) den VDEI-Förderpreis für herausragende Arbeiten junger Ingenieurinnen und Ingenieure. Damit will der Verband gezielt den Ingenieurnachwuchs aus dem Sektor des spurgeführten Verkehrs fördern. Durch die Vergabe des Förderpreises sollen innovative Abschlussarbeiten von jungen Ingenieurinnen und Ingenieuren aus dem deutschsprachigen Raum angeregt werden.
Im Rahmen der Arbeit hat Herr Heitmann ein entsprechendes Messsystem vollständig selbst entworfen und aufgebaut. Hierzu zählte insbesondere der Entwurf der Hardware einschließlich Analogsignalaufbereitung der Signale von verwendeten Piezo-Beschleunigungsaufnehmern, Digitalschnittstellen für MEMS-Sensoren (SPI), GNSS-Empfänger (EIA-232) und SD-Karteninterface (QSPI). Die Analogsignalaufbereitung (Verstärker, Tiefpassfilter 4. Ordnung) wurde dabei ebenfalls ausführlich mit Hilfe von Schaltungssimulationen (LTSpice) simuliert und optimiert. Zur digitalen Erfassung, Weiterverarbeitung und Speicherung der Daten wurde ein Mikrocontroller entsprechend dem aktuellen Stand der Technik (STM32 ARM-Cortex-M7) ausgewählt und zunächst mit Hilfe eines Evaluationsboards erprobt und anschließend in die projektspezifische Platine integriert. Das Layout der Platine wurde vollständig von Herrn Heitmann selbst entworfen, diese anschließend zur Fertigung und Bestückung in Auftrag gegeben und in Betrieb genommen.
Ebenfalls wurde die zugehörige Software von Herrn Heitmann im Rahmen der Arbeit entwickelt. Dies bezieht sich sowohl auf die Echtzeit-Software des Mikrocontrollers als auch auf ein umfangreiches Programm zur anschließenden Datenauswertung auf dem PC.
Die Digitalisierung der Piezo-Sensorsignale erfolgt mit einer Abtastfrequenz von 16kHz mit anschließender digitalen Filterung (FIR) und Dezimierung auf 4kHz für die Langzeit-Datenspeicherung über mehrere Tage. Dies ist erheblich performanter als vorherige im Rahmen des VeRa-Projekts eingesetzten Lösungen (Abtastrate bisher ca. 100Hz). Hierdurch werden auch höherfrequente Signale aufgezeichnet und analysierbar. Für die Datenauswertung werden FFT-Verfahren (Spektralanalyse) sowie Korrelation mit den aufgezeichneten GNSS-Daten (Position, Geschwindigkeit, Höhe) eingesetzt.
Im Ergebnis kann mit dem System die Betriebseffizienz von Bahnen erhöht werden; z.B. kann akut auftretender übermäßiger Radverschleiß auf bestimmten Strecken konkreten Ursachen zugeordnet werden – hierdurch reduziert sich der Inspektionsaufwand für Fahrzeuge (weniger Werkstattfahrten) sowie Strecken (weniger Streckensperrungen).
Die Ergebnisse einschließlich der schriftlichen Ausarbeitung sind frei verfügbar und wurden in GitHub bereitgestellt: https://github.com/Ryz3D/BA