Success Story

Nachhaltigkeit durch geeignete Werkstoffe​

Die geeignete Schiene-Verlegestrategie ermöglicht ein langes Leben von Schienen und Rädern

Die Europäische Union hat sich zum Ziel gesetzt, einen hohen Anteil des Passagier- und Frachtverkehrs auf Mittelstrecken von der Straße auf Schienen- und Wasserwege zu verlagern. Nicht zuletzt dadurch kommt es zu einer Zunahme des Schienenverkehrs und des Frachtaufkommens, sowie auch der Fahr­geschwindigkeiten, was unausweichlich zu höheren System- und Werkstoffbeanspruchungen der Fahr­wege führt. Damit steigen unvermeidlich die Kosten für die Instandhaltung, und es sind neue Methoden zu entwickeln, um diesen Instandhaltungsaufwand möglichst im Rahmen zu halten. Eine umfassende Digitalisierungsstrategie und ent­sprechende Entwick­lungswerkzeuge werden es in Zukunft ermöglichen, die Auswirkungen höherer Beanspruchungen auf das Rad/Schiene-System vorherzusagen und dadurch eine optimale Material­auswahl von Rad und Schiene treffen zu können.

© ÖBB Infra

F&E Methodik Schienenbereich

AC²T bietet unterschiedliche Wissens- und Geräte­module für die gesamte Entwicklungskette im Bereich Schienenfahrwege an. Diese reichen von der Simula­tion über Rad/Schiene-Modelltests bis hin zu neuen Verlegestrategien und Wartungskonzepten. Com­puterunterstützte Mehrkörper-Simulation (MKS) ermöglicht die Bestimmung der im Gleis vorherr­schenden Beanspruchungsbedingungen im Rad/Schiene-Kontakt wie beispielsweise Kontakt­fläche, Flächenpressung und Vergleichsspannung. Daraus ist es möglich, realitätsnahe Betriebs­bedingungen für Rad/Schiene-Modelltests abzulei­ten. Zur Vermeidung von aufwändigen und kostenintensiven Feldtests erfolgen diese Unter­suchungen am Modelltest mit Fokus auf schädigungs­relevante Parameter für die Beanspruchungszonen unter Verwendung von Werkstoffproben aus Originalteilen der Räder und der Schienen.

Das bei AC²T entwickelte Rad/Schiene-Tribometer ist mit umfassender Online-Messtechnik ausgestattet und ermöglicht u. a. die experimentelle Simulation unterschiedlicher Umgebungs­bedin­gun­gen (Temper­aturen von -20°C bis 70°C, Luft­feuchte, Sandeinfluss, etc.) und der Kontakt­bedin­gungen, auch jener von unterschiedlichen Bogen­radien im Schienenstrang. Die Entwicklung neuer Verlege­strategien beim Projektpartner kann somit wesentlich unterstützt werden.

Die Rad/Schiene-Entwicklungsumgebung bei AC²T vervollständigt bei den Projektpartnern sowohl die Entwicklungs- als auch Validierungsprozesse, redu­ziert die Wartungskosten und ermöglicht eine gezielte Auswahl von Rad- und Schiene-Werkstoffen.

Links: Schematische Darstellung des Rad/Schiene-Kontakts im Simulationsmodell (Foto: AC²T); rechts: Fotodokumentation des realen Rad/Schiene-Kontakts im Gleis (Foto: ÖBB Infra)

Wirkungen und Effekte ​

Durch das verwendete Testprinzip – in Kombination mit der technischen Ausstattung (Tribometer) und dem Ablauf – können Rad/Schiene-Werkstoff­kombi­nationen innerhalb von drei Tagen mit ca. 100.000 Überrollungen des Schienenkopfes charakte­ri­siert werden, was einer Lebensdauer im Gleis von einigen Jahren entspricht. Die kurze Dauer der Modelltests reicht aus, um wesentliche gleisrelevante Schädi­gungsparameter, wie plastische Gefügeverfor­mung, Verschleißwiderstand und Ermü­dung mit guter Übertragbarkeit auf den Real­betrieb zu bestimmen. Durch die kombinierte Anwendung von FEM-Simulati­on und dem Rad/Schiene-Modellteststand lassen sich unterschiedliche neue Rad- bzw. Schienenwerkstoffe charakterisieren und in kürzester Zeit bezüglich der zu erwartenden Standzeit bewerten. Das verfügbare Testprinzip kann – neben Eisenbahn­schienen – auch für hochbelastete Kranschienen-Systeme angewen­det werden.

Projektkoordination (Story)

DI (FH) DI DI Dr.mont. Andreas Trausmuth
Fachexperte
AC2T research GmbH

Partner