Ruhige Fahrt bei Tempo 200

In Hochgeschwindigkeitszügen ist ab Tempo 200 km/h oft ein Brummen oder Dröhnen zu hören. Unrundheiten in Rädern versetzen den Zug in Schwingung, verursachen die Geräusche und einen erhöhten Materialverschleiß. Ein mechatronisches Konzept wirkt aktiv dagegen.

Wenn Hochgeschwindigkeitszüge mit einem Tempo von 200 km/h über die Schienen sausen, ist im Innern oft ein Brummen oder Dröhnen zu hören. Grund dafür sind kleinste Unrundheiten der Räder. Diese versetzen den Zug in Schwingung. Neben den störenden Geräuschen verursachen die unrunden Räder einen erhöhten Materialverschleiß. In einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF und der Deutschen Bahn AG geförderten Verbundvorhaben untersuchten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Informations- und Datenverarbeitung IITB gemeinsam mit einem Industriepartner die Ursache von Unrundheiten und entwickelten ein mechatronisches Konzept, das die Schwingung aktiv tilgt.

Zunächst erarbeiteten die Fraunhofer-Forscher CAD- und Simulationswerkzeuge, mit denen sie abbilden konnten, welche Kräfte ab 200 km/h an welchen Stellen auf Rad und Schiene wirken. »Es hat sich gezeigt, dass die Kontaktkraftspitzen im Radaufstandspunkt, also dort wo die Räder auf der Schiene aufliegen, wesentlich für den Materialverschleiß sind und somit auch die Unrundheiten hervorrufen«, kommentiert Dr. Helge-Björn Kuntze vom IITB.

Ein wirkungsvolles Gegenprinzip sind aktiv geregelte Tilger. »Hier werden passive Tilger, wie sie beispielsweise in einer Waschmaschine zu finden sind, mit Hilfe eines elektronischen Reglers gezielt angesteuert«, beschreibt Dr. Kuntze. Für die schnell fahrenden Züge wird das mechanische Prinzip – ein bestimmtes Ausgleichsgewicht wird mit einer anpassbaren Feder und einem Kraftstellglied kombiniert – zusätzlich mit Elektronik versehen. Simulationen zeigen, an welcher Stelle des Rades welches Gewicht die Schwingung optimal ausgleicht. Diese mit Hilfe von Sensoren messbare Schwingung variiert je nach Geschwindigkeit des Zuges. Der elektronische Regler stellt dann die Spannung der Feder ein und synchronisiert den Takt der Gegenschwingung bedarfsgerecht und punktgenau. Die unerwünschte Schwingungsenergie wird abgeleitet und das Rad läuft ruhig. Dadurch reduziert sich der Materialverschleiß deutlich.

Noch harrt das System der prototypischen Erprobung. Die Aussicht auf geringeren Materialverschleiß, erhöhten Fahrkomfort für die Reisenden und weniger Lärmbelastung für die Umwelt spricht dafür, die Untersuchungen bald fortzuführen, um eine serienreife Lösung zu entwickeln.

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