Schienenfahrzeuge

Fahrzeugdynamik

Längsdynamik von Schienenfahrzeugen

Bei Zugverbänden im Schienenverkehr treten mitunter sehr hohe Zuglängs- und Pufferkräfte auf. Diese können das Fahrverhalten negativ beeinflussen und im Ernstfall zu Beschädigungen der Bauteile oder zu Entgleisungen führen. Messungen und Untersuchungen zu diesem Bereich werden am Fachgebiet Schienenfahrzeuge durchgeführt. Dafür werden spezielle Kraftmessdosen und Dehnungsmessstreifen (DMS) verwendet, welche die jeweiligen Spannungen und Verformungen abbilden. Für die Zulassung von Fahrzeugen werden Lastkollektivnachweise gefordert, die oftmals durch parallele Messungen von über 100 Kanälen bei statischer und dynamischer Lasteinwirkung aufwändig ermittelt werden.

Untersuchung und Optimierung der Laufdynamik

Der für die Fahrzeugdynamik und stabilem Lauf relevante Frequenzbereich geht von 0-20 Hz und ist hier akustisch nicht wahrnehmbar. Es gibt jedoch auch höher frequente Schwingungsformen, die z. B. durch Bogenfahrten ausgelöst werden und durch ungünstige Resonanzen vom Fahrwerk oder Wagenkasten vom Fahrgast als Vibration oder Dröhnen wahrgenommen werden. Hier wurden mit den vorhandenen MKS-Berechnungsprogrammen Modelle erstellt, welche Laufdynamik und Akustik gleichermaßen betrachten, um das Problem somit möglichst nah an der Quelle zu bekämpfen.

Spurführungsoptimierung durch Profilmessungen

Die Kräfte und Bewegungen in der nur wenige Quadratmillimeter großen Schnittstelle zwischen Rad und Schiene bestimmen maßgeblich das Fahrverhalten eines Schienenfahrzeugs. Laterale und vertikale Kräfte während der Fahrt werden nur über diese relative kleine Kontaktfläche übertragen und verursachen infolgedessen sowohl bei Rädern als auch bei Schiene unerwünschtem Verschleiße und Abnutzungen, wenn kein optimiertes Rad- und Schienenprofil zur Verfügung stehen. Durch die Messung des Rad- und Schienenprofils lassen sich die Ursachenanalyse und Profiloptimierungen durchführen, sodass die Ursachen dafür vermieden bzw. Maßnahmen ergriffen werden. Damit können EVU nicht nur die Betriebszeiten des Wagens erhöhen, sondern diesen auch sicherer, effizienter, verschleiß- und wartungsärmer betreiben. 

Neuentwicklung eines Güterwagendrehgestells

Der Schlüssel zur Erhöhung der Produktivität und Reduzierung des Lärms im Schienengüterverkehr liegt im Drehgestell, das in diesem Vorhaben vollständig neu entwickelt wurde. Erreicht werden diese Ziele durch eine optimale gewichtssparende Konstruktion, Verschleißreduzierung, dem Einsatz von Diagnosetechniken und Telematik sowie eine sichere Fahrstabilität bei hohen Geschwindigkeiten. Akustikdesign soll die Lärmemission um 18 dB gegenüber heutiger Technik senken. In Bogenfahrten kann zudem durch die mitlenkenden Achsen 30 % Energie eingespart werden, da dies mit deutlich weniger Kraftaufwand möglich ist.

Detektion von Schienenbrüchen

Schienenbrüche stellen eine große Gefahr für den Betrieb dar und können im Extremfall auch zu Entgleisungen führen. Bisher werden diese Brüche erst sehr spät bemerkt und durch Wartung und Abgehen des Gleises gefunden. Die Fahrzeuge könnten mit Beschleunigungssensoren an einem Radsatz und einer entsprechenden Signalverarbeitung diese Schienenbrüche im Gleisnetz deutlich früher erkennen oder Hinweise für die Wartung geben. Andere Unstetigkeiten wie Weichen- und Schienenstöße müssen dabei ausgeschlossen werden.

Automatische Entgleisungsdetektion

Bei einer Entgleisung eines Wagens innerhalb eines langen Güterzuges (z. B. 600 Meter) wird dies aufgrund der hohen bewegten Massen nicht sofort vom Lokführer bemerkt, was dann zur Zerstörung von mehreren Kilometern Gleis oder zu anderen Katastrophen führen kann. Eine automatische Notbremsung ohne Detektion würde nur bei der Trennung der Hauptluftleitung erfolgen, was auch nicht zwangsläufig sofort bei einer Entgleisung eintreten muss. Ein in das Bremssystem integrierter pneumatischer Entgleisungsdetektor an jedem Wagen soll im Ernstfall eine Notbremsung auslösen und den Schaden möglichst gering halten. Grundlage für die technische Auslegung eines solchen Detektors sind Beschleunigungsmessungen und die geeignete Position am Güterwagen, welche bei realen Entgleisungsversuchen gewonnen wurden.

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