SIMOOR – Simulation of Out-Of-Roundness of Railway Wheels

09/2006 – 08/2008

Unrundheiten von Eisenbahnrädern, wie z.B. Flachstellen, sind ein wesentlicher Verursacher von erhöhten Instandhaltungskosten beim System Bahn. Für den Infrastrukturbetreiber ist daher die zuverlässige Erkennung von Fahrzeugen, die die vereinbarten betriebsnotwendigen technischen Spezifikationen nicht einhalten, von besonderer Bedeutung (in Zukunft auch wichtig zur Berechnung eines verursachergerechten Infrastrukturbenützungsentgelts). Einerseits werden durch Rundheitsabweichungen der Räder die Betriebssicherheit und der Fahrkomfort erheblich beeinträchtigt, andererseits werden Instandhaltungskosten für Fahrzeug und Fahrweg erhöht. Darüber hinaus stellen unrunde Räder die wesentliche Ursache von hohen Lärmemissionen des Bahnsystems dar.

In diesem Projekt soll versucht werden, die Ursachen für Radunrundheitsbildung zu klären. Mithilfe von Simulationen sollen die Wechselwirkungen zwischen Fahrweg und Fahrzeug untersucht werden. Insbesondere werden die Normalkraftschwankungen, die erhebliche Erschütterungen des Oberbaus hervorrufen und dadurch zu einer Überbeanspruchung der Gleiskomponenten führen können, eingehend studiert.

Rundheitsabweichung in einem Radquerschnitt (Polygonisierung)

Spannungsverhältnisse bei nichtelliptischem 2-Punkt-Kontakt

In einer Langzeitrückkoppelungsschleife können die beschriebenen Normalkraftschwankungen zu einer Verstärkung vorhandener Unrundheiten führen. Es ist daher von großer Bedeutung für die Optimierung von Erhaltungs- und LC-Kosten, die Normalkraftschwankungen auf möglichst niedrigem Niveau zu halten, was wiederum nur möglich ist, wenn die Ursachen für die Radunrundheitsbildung genau geklärt sind.

Vorhandene Simulationswerkzeuge, die in der Lage sind, die Wechselwirkung zwischen Fahrzeug und Gleis zu simulieren, können nur unter der Annahme idealer Bedingungen bei Fahrzeug und Schiene eingesetzt werden. Das in diesem Projekt zu entwickelnde Simulationstool soll darauf aufbauend den Abrollvorgang unter normalen betrieblichen Bedingungen – unrunde Räder – abbilden und somit die Untersuchung der Mechanismen ermöglichen, die die Unrundheiten im System Rad/Schiene fördern.

Hierzu werden verschiedene Verschleißmodelle verglichen, plastische Deformationen und nichtelliptischer Kontakt berücksichtigt. Mithilfe von Parameterstudien wird das grundlegende Verhalten des Systems analysiert und Rückschlüsse auf die Entstehungsursachen von Radunrundheiten gezogen. Im weiteren Verlauf erfolgt die Kalibration und Feinabstimmung des Simulationsmodells mit realen Messdaten.

In fertigem Zustand kann der Einsatz von Simulationswerkzeugen schließlich die Notwendigkeit ersetzen, unterschiedliche Systemvarianten im Gleis einzubauen, sowie langwierige und teure Feldversuche überflüssig machen. Nicht zielführende Anlagenformen können auf diese Weise rasch ausgeschieden werden, Instandhaltungsmaßnahmen genauso schnell optimiert und darüberhinaus ein wesentlicher Beitrag zur Lärmreduktion erreicht werden.