Messtechnologie für effizientere Schienenfahrzeugentwicklung

Auch die Betreiber von Schienennetzen setzen Messtechnik ein, um herauszufinden, welche Unebenheiten, Kurven oder Weichen im Gleissystem die Fahrzeuge stark belasten – anhand der Daten sollen diese Stellen gezielt ausgebessert werden.

Vom 23. bis 26. September zeigt das Fraunhofer LBF auf der Fachmesse Innotrans in Berlin – Halle 4.1; Stand 139 – wie mit Hilfe eines innovativen Schienenmessrades die Konstruktion von Schienenfahrzeugen gezielt verbessert werden kann.

Mit traditioneller Messtechnik lassen sich Vertikal- und Seitenkräfte nur schwer unterscheiden. Auch Längskräfte sowie Antriebs- und Bremsmomente, konnten bisher nicht während der Fahrt gemessen werden. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt haben ein Schienenmessrad entwickelt und können damit erstmals alle relevanten Lastrichtungen mit bislang unerreichter Genauigkeit messen.

„Das Messrad LBF®.R-Wheelos misst statt den herkömmlichen zwei
gleich sechs Dimensionen“, sagt Michael Kieninger, Leiter des Kompetenzcenter 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. Entsprechend industrieller Standards wurde das Messrad kalibriert und hinsichtlich seiner Festigkeit für den Fahrbetrieb freigegeben. Im Sommer 2007 wurden über acht Wochen Streckenmessungen an einer Straßenbahn der Frankfurter Verkehrsbetriebe durchgeführt. Insgesamt wurden über 200 km des Netzes auf U-Bahn und Straßenbahnstrecken sensorisch erfasst. Zusätzlich wurden Manöver wie Kurvenfahrten und Bremsen an kritischen Streckenpunkten gemessen.

Mit den bisherigen Ergebnissen aus den Testfahrten können die schädigungsrelevanten Manöver identifiziert und auf Basis valider Daten auch bewertet werden. Damit können Fahrzeuge künftig zuverlässiger entwickelt sowie Schienen, Weichen und Kurven zielgerichtet gewartet werden.

„Angesichts einer zunehmend mobilen Gesellschaft ist die Entwicklung von nachhaltigen, zuverlässigen und effizienten Strukturen für die Hersteller, Zulieferer und Betreiber schienengebundener Nahverkehrssysteme von großer Bedeutung, um Wettbewerbsvorteile erzielen zu können“, erklärt Holger Hanselka, Leiter des Fraunhofer LBF.

Ihre Expertise und Erfahrung in der Last- und Beanspruchungsanalyse bringen die Forscher am Fraunhofer LBF auch im Rahmen von europäischen Projekten wie SPURT, HIPERWHEEL, HIPERTRACK und WIDEM ein.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Michael Kieninger
Telefon: +49 6151 705-267
Email: michael.kieninger@lbf.fraunhofer.de