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.

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.

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
- ÖBB-Infrastruktur AG, Österreich
- AC2T research GmbH, Österreich