Auf der Schiene zum Erfolg
Auf der Schiene zum Erfolg
Simulationen über das Zusammenspiel von Zug und Gleis sind maßgeblich für die Entwicklung neuer Schienen und Weichen. Die Montanuni Leoben entwickelte eine solche Simulation - und ist damit höchst erfolgreich.
Schienen- und Weichenhersteller sehen sich mit wachsenden Ansprüchen konfrontiert: Geschwindigkeiten bis zu 400 km/h oder Achslasten von über 40 Tonnen bedeuten erhöhte Ansprüche an das Material.
Für diese Arbeit wurden Franz Dieter Fischer und Werner Daves, beide vom Institut für Mechanik an der Montanuniversität Leoben, mit dem Universitätsforschungspreis der Industrie ausgezeichnet. Um langjährige, kosten- und materialintensive, Feldversuche zu vermeiden, bedienen sich Entwickler und Hersteller Simulationen, wie der des an der Montanuni Leoben und Material Center Leoben entwickelten "Rad-Schiene-Weiche-Projekts".
Numerisches Verfahren führt zur Lösung
Hierbei wird die Interaktion zwischen Zug und Gleis, welche sich in einem millimetergroßen Kontaktbereich zwischen Rad und Schiene abspielt, mit Hilfe der finite-Elemente-Methode - einem modernen Berechnungsverfahren im Ingenieurswesen - untersucht.
Im linken Bild ist das finite Element-Modell des Rades und des Teils der Weiche mit dem Herzstück abgebildet, darunter die resultierende Reaktionskraft in der Lagerung, welche bei der Überrollung berechnet wird. Das rechte Bild dient zur Verdeutlichung der Herzstückgeometrie und zeigt das Rad auf der Flügelschiene, das später auf das Herzstück in der Mitte auflaufen wird.
"Die Simulationen reichen von der Dynamik des Überrollvorgangs bis zur Modellierung mikrostruktureller Prozesse im Mikrometerbereich der extrem verformten Oberflächenzone von Schienen", erklärt Projektleiter Werner Daves.
Erkenntnisse
Mit Hilfe der Simulation können Parameter wie Achslast, Geschwindigkeit, Profile von Schienen und Rädern, Verformungsverhalten der eingesetzten Werkstoffe oder dynamische Prozesse erkannt werden.
Zudem erlaubt es die Simulation, Einfluss von Ort, Größe und Richtung der Belastung auf die mögliche Schädigung nahe der Rad- und Schienenoberfläche zu berechnen.
Raue Oberfläche
Sämtliche Oberflächen von Schienen und Rädern sind nicht glatt, sondern rau. Im Rahmen des Projektes konnte klar gezeigt werden, dass die beobachtete extreme Verformung der Oberflächenzone direkt durch die Art der Rauigkeit bestimmt wird.
"Die Simulation zeigt einen klaren Zusammenhang zwischen Wellenlänge der Rauigkeit und Rautiefe mit der Tiefe und Größe der Verformung", erklärt Daves.
Hierarchisches Modell
Ausgehend von einer Fahrzeugsimulation konnten die Forscher Kräfte, Geschwindigkeiten und Kontaktpositionen auf ein Modell übertragen. Dieses lieferte dann ein Modell, welches die Unebenheiten und Rauigkeiten der Schienen- und Radoberflächen abbildete.
Den Erfolg der Forschungsarbeit sieht Daves in einer gut funktionierenden Forschungspartnerschaft: Über viele Jahre hinweg arbeiteten die Montanuni Leoben und das Material Center Leoben gemeinsam mit der voestalpine in Donawitz, der VAE in Zeltweg und der Siemens Transportation Systems an der Realisierung des Projekts. Optimierung schon bei Produktentwicklung
Die Simulation "Rad-Schiene-Weiche" befindet sich bereits in einem Entwicklungsstadium, in dem es für reale Vergleiche mit Versuchen, Design und Optimierung genutzt werden kann, was erhebliche Vorteile in der Produktion mit sich bringt.
"Unser Team erlaubt damit unseren industriellen Projektpartnern, ihren Kunden bei bisher völlig ungelösten Problemen im Bahnbetrieb Simulationen und Lösungsmöglichkeiten anzubieten", so Werner Daves.
quelle: steiermark.orf.at
Bild: Werner Daves
Liebe Grüße
Martin
Thema: Auf der Schiene zum Erfolg (2309-mal gelesen)
Vorheriges Thema - Nächstes Thema