Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Lösungsansätze für Probleme im Schienenverkehr

09.12.2003


DFG-Schwerpunktprogramm legt Abschlussbericht vor



Schneller, stärker, schwerer. Im Eisenbahnverkehr ist in den letzten Jahrzehnten die Fahrgeschwindigkeit, die Antriebsleistung und die Achslast kontinuierlich erhöht worden. Diese wachsenden Belastungen führen zu Schädigungen und Verschiebungen der Schottersteine unter den Schwellen sowie im gesamten Untergrund. Die dabei entstehenden Gleisverformungen verursachen einen ungleichförmigen Profilverschleiß an den Rädern sowie Schäden auf Lauffläche von Rad und Schiene. Dies beeinträchtigt nicht nur den Fahrkomfort, sondern auch die Sicherheit und kann im Extremfall zu katastrophalen Unfällen wie 1998 in Eschede führen. Zusätzlich werden Wartungsarbeiten entlang der Gleise in immer kürzeren Abständen nötig. Dies führt zu hohen Instandhaltungskosten. Das Schwerpunktprogramm "Systemdynamik und Langzeitverhalten von Fahrwerk, Gleis und Untergrund" setzte sich zum Ziel, diese Belastungsvorgänge wissenschaftlich zu beschreiben und mit den erarbeiteten Lösungsansätzen langfristig zu Verbesserungen im Bahnverkehr beizutragen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) förderte das Schwerpunktprogramm von 1996 bis 2002 mit mehr als sechs Millionen Euro.



Im Gegensatz zu den bisher eher detailorientierten Untersuchungen nahmen die Forscher in diesem Schwerpunktprogramm das Gesamtsystem in den Blick. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von 15 Universitäten und weiteren wissenschaftlichen Einrichtungen untersuchten die dynamischen Wechselwirkungen von Fahrzeug, Gleis und Untergrund sowie das Langzeitverhalten der Komponenten des Gesamtsystems.

Bei Zugfahrten wirken starke Kräfte auf Schienen, Schwellen und Untergrund ein. Diese verursachen unter den Schwellen so genannte Setzungen. Das bedeutet, dass die einzelnen Schottersteine sich nach unten und zur Seite verschieben und somit unter den Schwellen Hohlräume entstehen. Fährt ein Zug über diese hohlgelagerten Schwellen, führt dies zu hohen dynamischen Belastungen an Rädern und Schienen, die wiederum auf den Schotter zurück übertragen werden. Bisher konnten diese Vorgänge wissenschaftlich nur unzureichend beschrieben und berechnet werden. Im Schwerpunktprogramm testeten die Forscher unterschiedliche Belastungssituationen an Versuchsanordnungen, die teilweise sogar im Maßstab 1:1 gebaut waren. Aufgrund der erzielten Messergebnisse entwickelten sie neue Rechenmodelle für das Verhalten des Schotters. So konnten die Ingenieure der Universität Karlsruhe die elastische Federwirkung der Schotterschicht exakter beschreiben. Parallel dazu erstellte die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung ein neues Setzungsmodell und Forscher an der Universität Hannover entwickelten neue Simulationswerkzeuge. Diese Modelle flossen in weiterführende Simulationen ein, die das Ziel hatten, den Schichtaufbau des Schotters zu optimieren. Den Wissenschaftlern der Technischen Universität Berlin gelang es, die Wechselwirkungen der einzelnen Komponenten von Untergrund, Gleis und Fahrzeug zu berücksichtigen und miteinander zu verknüpfen. Diese Erkenntnisse könnten dazu beitragen, den Schotter zukünftig so zu schichten, dass eine stabilere Schüttung entsteht. Dadurch würden die zeitlichen Abstände der Gleisinstandsetzung vergrößert und die Kosten gesenkt.

Der Kontakt von Rad und Schiene stellt die zentrale Verbindung bei Schienenfahrzeugen dar. Um die Wechselwirkung zwischen Fahrzeug und Schiene beschreiben zu können, müssen die Reibungskräfte berechnet werden, die beim Beschleunigen und Abbremsen entstehen und den Verschleiß an Rad und Schiene verursachen. Ingenieure der Technischen Universität Dresden entwickelten ein neues Berechnungsverfahren für diese Vorgänge, mit dem sich auch Rückschlüsse auf den Prozess der Materialermüdung ziehen lassen.

Im Blickpunkt der Forschungen stand neben den Wechselwirkungen auch das Langzeitverhalten von Untergrund, Gleis und Fahrwerk. Forscher der Technischen Universität Darmstadt untersuchten experimentell, wie sich die Gleise bei Verformungen des Untergrundes langfristig verändern, und entwickelten entsprechende Rechenmodelle. An den Universitäten Stuttgart, Braunschweig und Rostock wurde auch das Langzeitverhalten der Räder unter verschiedenen Beanspruchungen simuliert. Ein besonderer Schwerpunkt lag dabei auf dem Phänomen der so genannten "unrunden Räder". Aufgrund eines ungleichförmigen Profilverschleißes an den Rädern entstehen diese Verformungen. Sie können zu einem kurzfristigen Abheben der Räder sowie zu einem deutlichen Brummgeräusch führen, was für den Fahrgast eine starke Komforteinbuße darstellt. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass dieser ungleichförmige Verschleiß auch ohne Gleisverformungen auftreten kann und vermutlich von der Geschwindigkeit abhängig ist. Die Stuttgarter Wissenschaftler erarbeiteten daher Vorschläge für neue Radkonstruktionen.

Die Untersuchungen aus den einzelnen Teilprojekten des Schwerpunktprogramms lieferten Ergebnisse, die mögliche Grundlagen für zukünftige technische Entwicklungen in Konstruktion, Wartung und Reparatur bieten und damit langfristige Problemlösungen im Bahnverkehr versprechen.

Weitere Informationen erteilt:

Prof. Dr.-Ing. Karl Popp
Institut für Mechanik der Universität Hannover
Tel.: 0511/762-4161
Email: popp@ifm.uni-hannover.de

Dr. Eva-Maria Streier | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-hannover.de

Weitere Berichte zu: Schiene Schwerpunktprogramm Untergrund

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verkehr Logistik:

nachricht Zur Sicherheit: Rettungsautos unterbrechen Radio
18.01.2017 | KTH Royal Institute of Technology Schweden

nachricht Hubschrauberflüge unter Extrembedingungen simulieren
27.12.2016 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verkehr Logistik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flashmob der Moleküle

19.01.2017 | Physik Astronomie

Tollwutviren zeigen Verschaltungen im gläsernen Gehirn

19.01.2017 | Medizin Gesundheit

Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile

19.01.2017 | Verfahrenstechnologie