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Forscher untersuchen langfristige Folgen für Räder und Schienen

22.06.1998 - (idw) Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Hochgeschwindigkeitszüge und ein immer dichterer Fahrplan

Immer schnellere Züge und ein immer dichterer Fahrplan setzen Schienen, Fahrwerken und Gleisgrund bislang nicht gekannten Belastungen aus. Die sich daraus ergebenden Verschleißerscheinungen können nicht nur zu teuren Reparaturen, sondern auch zu Unfällen führen. Vor diesem Hintergrund hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bereits 1996 das Schwerpunktprogramm "Systemdynamik und Langzeitverhalten von Fahrwerk, Gleis und Untergrund" eingerichtet, das diese Belastungen wissenschaftlich untersuchen und Vorhersagen über die langfristigen Folgen möglich machen soll. Das Programm hat nun erste Ergebnisse hervorgebracht: Modelle wurden entwickelt, die den Verschleiß und Schäden an Fahrwerken und Schienen vorhersagbar machen.

In rund zwanzig Teilprojekten arbeiten Wissenschaftler seit zwei Jahren in dem Schwerpunktprogramm an der Frage, welche Auswirkungen die Veränderung einzelner Faktoren des Systems Eisenbahn, beispielsweise höhere Geschwindigkeiten oder der Einsatz neuer Werkstoffe, langfristig auf andere Komponenten und das Gesamtsystem hat. Oft sind solche Folgen erst lange Zeit nach der Einführung einer Veränderung erkennbar. Dabei interessiert besonders der Verschleiß metallischer Bauteile, also der Räder und Schienen, aber auch die Setzung und Zerstörung des Schotters und des Untergrunds durch wiederkehrende Druckbelastung. Die DFG stellte für die erste, zweijährige Förderungsperiode des Programms Mittel in Höhe von fünf Millionen Mark zur Verfügung, für die zweite wurden weitere fünf Millionen Mark bewilligt.

"Das System ist an die Grenze gekommen", erläutert einer der Initiatoren des DFG-Programms, Professor Dr. Klaus Knothe von der Technischen Universität Berlin, die "Grundhypothese". Zudem fehlten Erfahrungswerte, auf die bei der "normalen" Eisenbahntechnik zurückgegriffen wird, da Hochgeschwindigkeitszüge noch nicht lange genug im Einsatz sind. Darum wird nun die "Kurzzeitdynamik", beispielsweise beim Fahren auftretende Schwingungen, die sich durch Brummen und Rattern bemerkbar machen, systematisch erfaßt und mit langfristigen Schäden in Beziehung gesetzt.

"Was auf lange Sicht mit metallischen Bauteilen geschieht, können wir inzwischen gut vorhersagen", sagt sein Kollege und Mitinitiator des Schwerpunktprogramms, Professor Dr. Karl Popp vom Institut für Mechanik der Universität Hannover. Den Forschern gelang es nämlich, Modelle zu entwickeln, die in Formeln ausdrücken, was bei der Belastung geschieht. Mit diesem Wissen läßt sich nicht nur der Verschleiß vorhersagen - es können erstmals auch Aussagen über die Lebensdauer von Bauteilen gemacht werden, bevor überhaupt die ersten abgenutzt sind und ausgewechselt werden müssen. Zudem läßt sich so die Wirtschaftlichkeit von Gleisen und einzelnen Komponenten berurteilen.

Auf der Basis dieser Modelle kann man nun zu einer besseren Auslegung des Gesamtsystems kommen und durch angepaßte Geschwindigkeiten und Zughäufigkeiten das Auftreten von Schäden hinauszögern oder gar vermeiden. Die entwickelten Modelle und Methoden können zukünftig auch bei der Unfallrekonstruktion und bei der Schadensanalyse eingesetzt werden, obwohl solche Überlegungen nicht Bestandteil des Schwerpunktprogramms sind.

Probleme bereitet den Forschern noch, ein entsprechendes Modell für die Auswirkungen auf den Schotter im Gleis der Schienen aufzustellen, da hier sehr komplexe Vorgänge eine Rolle spielen.

Die Deutsche Bahn AG arbeitet eng mit den Forschern zusammen: sie unterstützt das Programm durch die Bereitstellung von Daten, ermöglicht ihnen die Teilnahme an Meßkampagnen und ist bei den regelmäßigen Treffen der Wissenschaftler vertreten.

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