Mobiles Temperaturmessgeraet für Lokomotiven
Zylinderkopf-Temperaturüberwachung und Online-Datenerfassung
Bei unseren Diesellokomotiven treten wiederholt Schäden an zu heissen Zylinderköpfen auf. Die neue Temperaturbox erfasst die Motortemperaturen direkt auf der Lok und stellt sie im Büro online bereit, damit kritische Situationen früh erkannt und Massnahmen zur Senkung der Temperaturen gezielt bewertet werden können. Das gesamte Projekt erfolgte im Rahmen eines 4 Phasen Modelles.
Ausgangslage
Im Betrieb kommt es vor, dass einzelne Zylinderköpfe einer Lokomotive zu hohe Temperaturen erreichen. Die Folgen sind Undichtigkeiten, Reparaturen und bei gröberen schäden lange Ausfallzeiten. Bisher fehlte ein einfaches System, um diese Temperaturen im realen Betrieb zu messen und systematisch auszuwerten. Gefordert war deshalb eine kompakte, mobile Temperaturbox, die in eine Lok eingebaut werden kann. Zusätzlich habe ich mir als eigenes Ziel gesetzt, die Box so modular aufzubauen, dass sie später auch in anderen Projekten eingesetzt werden kann und nicht nach diesem Projekt obsolet wird.
Vorgehen
Die Arbeit gliederte sich in vier Hauptschritte:
Auswahl und Beschaffung der nötigen Bauteile wie Arduino, Stromversorgung, SD-Karte, Kommunikationsmodul und Temperatursensoren.
Programmierung der Box mit Arduino IDE.
Mechanischer Aufbau und Verdrahtung der Komponenten zu einer robusten Box für den Einsatz auf der Lok.
Testen der Funktionen am Prüftisch und auf der Lok, inklusive Anbindung an Google Sheets für die Online-Auswertung und Google Mail für Warn Mails bei überschreitung definierter Temperatur Werte.
Das Programmieren, der Aufbau und das Testen liefen in der Praxis parallel. Für die Online-Schnittstellen kam Google Apps Script zum Einsatz.
Für die Programmierung nutzte ich als Basis Beispielcodes aus den verwendeten Arduino-Bibliotheken. Diese passte ich schrittweise an, kombinierte sie miteinander und ergänzte eigene Funktionen für Messlogik, Datenaufbereitung, SD-Speicherung und die Übertragung an Google Sheets und Google Mail. Durch wiederholtes Testen mit dem Seriellen Monitor und am Prüftisch habe ich den Code laufend optimiert und Fehler behoben.
Ergebnisse
Am Ende der Arbeit liegt eine einsatzbereite Temperaturbox vor, die alle Hauptfunktionen erfüllt:
Erfassen und Speichern der Motortemperaturen auf SD-Karte
Übertragung ausgewählter Daten in eine Google-Sheets-Tabelle
Übersichtliche Darstellung der Messwerte für das Büro
Einige zu Beginn geplante Funktionen wurden bewusst weggelassen. So wurde auf einen Betrieb ohne Lokspannung verzichtet, weil im ausgeschalteten Zustand keine relevanten Daten anfallen. Die gesetzten Termine wurden im Wesentlichen eingehalten, Abweichungen lagen nur im Bereich weniger Tage.
Der volle Nutzen für den Arbeitgeber kann erst mit den endgültigen Temperatursensoren ausgeschöpft werden. Deren Lieferung hat sich verzögert, sodass sie im Projektzeitraum nicht mehr integriert werden konnten. Die restliche Funktion der Box wurde jedoch erfolgreich nachgewiesen und sauber dokumentiert. Sobald die Sensoren vorbereitet und eingebaut sind, kann das System ohne weitere Anpassungen produktiv genutzt werden.
Ausblick
Geplant ist, zunächst Referenzdaten im Winter und Frühling zu sammeln. Diese dienen als Vergleichsbasis, wenn im Sommer wieder höhere Umgebungstemperaturen auftreten und bilden die Grundlage, um mit diesen Informationen verschiedene Massnahmen zur Reduktion der Zylinderkopftemperaturen gezielt zu testen und zu bewerten.
Ausserdem soll die LED-Matrix des Arduino genutzt werden, um Fehlercodes direkt an der Box anzuzeigen. In Google Sheets sollen diese danach auch angezeigt werden damit klar ist wenn etwas defekt ist. Nach dem festen Einbau auf der Lok wird beobachtet, wie stabil die Box unter starken Vibrationen arbeitet, um bei Bedarf weitere Optimierungen vorzunehmen um die dadurch resultierende schäden zu minimieren.
