Kräftemessen auf der Schiene

Für Autobauer ist der Einsatz von Messrädern bereits Routine. Sie ermitteln die Belastungen, die in Kurven und bei Bodenschwellen über das Rad in das Fahrzeug übertragen werden und ermöglichen den Ingenieuren, das Fahrzeug entsprechend zu konstruieren. Auch die Betreiber von Schienennetzen setzen Messräder ein, um herauszufinden, welche Unebenheiten oder Weichen im Gleissystem die Fahrzeuge stark belasten – anhand der Daten können sie diese Stellen gezielt ausbessern.

Schwierig wird es, wenn sich dabei – beispielsweise bei einer Fahrt um die Kurve – vertikale und laterale Kräfte überlagern. Mit traditioneller Messtechnik lassen sich diese nur schwer unterscheiden. Auch Längskräfte und Momente, die beim Beschleunigen und Bremsen auftreten, waren bisher nicht differenzierbar. Dazu kommt, dass herkömmliche Messräder über keine Gummifederung verfügen, wie sie bei Straßenbahnen eingesetzt werden.

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt haben jetzt ein Schienenmessrad entwickelt, das zwischen den verschiedenen Kräften unterscheidet und die Kontaktkräfte zwischen Rad und Schiene sehr genau bestimmt. „Das Messrad LBF®.R-Wheelos misst statt den herkömmlichen zwei gleich sechs Dimensionen“, verrät Michael Kieninger, Leiter des Kompetenzcenters Last- und Beanspruchungsanalyse am LBF, „nämlich vertikale, laterale und longitudinale Kräfte sowie deren Momente.“

Der Trick: Die Forscher schwächen das Rad, indem sie gezielt Löcher hinein fräsen. Das Ergebnis ist eine Art Speichenstruktur. „Damit erzeugen wir Stellen, die nur auf vertikale Kräfte reagieren, während andere nur die lateralen zu spüren bekommen“, erklärt Kieninger. Knapp hundert Dehnungsmessstreifen, die gezielt an den Speichen angebracht und miteinander verschaltet sind, verraten, welche Kräfte übertragen werden. Die neue Messtechnik wurde erstmalig an einem gummigefederten Rad eingesetzt. Das System erfasst präzise das dynamische Verhalten bei den Messungen.

Momentan testen und kalibrieren die Forscher das Messrad im Labor, im Herbst 2006 sind erste Streckenmessungen bei einer Straßenbahn in Frankfurt geplant. Auf der Messe InnoTrans, die vom 19. – 22. September in Berlin stattfindet, ist LBF®.R-Wheelos in Halle 4.1, Stand 228 erstmals zu sehen.

Ansprechpartner:
Michael Kieninger
Telefon: 0 61 51 / 7 05-2 67
Fax: 0 61 51 / 70 5-2 14
michael.kieninger@lbf.fraunhofer.de
Martin Große-Hovest
Telefon: 0 61 51 / 7 05-4 83
Fax: 0 61 51 / 705-2 14
martin.grosse-hovest@lbf.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
Bartningstraße 47
64289 Darmstadt