Neues CD-Labor an TU Graz forscht an sicheren und leichteren Schienenfahrzeugen

Schienenfahrzeuge sind im Betrieb extremen Belastungen ausgesetzt: Hohe dynamische Kräfte und viele Lastwechsel wirken bei jeder Fahrt auf sie ein. Gleichzeitig gewinnen Leichtbau, Energieeffizienz und Ressourcenschonung an Bedeutung, wobei die strengen Sicherheitsanforderungen im Schienenverkehr weiterhin zu erfüllen sind. Das heute an der TU Graz eröffnete „Christian Doppler Labor für Strukturintegrität im Schienenfahrzeugbau“ widmet sich diesen Herausforderungen und entwickelt wissenschaftliche Grundlagen für die nächste Generation von Schienenfahrzeugen.

Bundesministerium für Wirtschaft, Energie und Tourismus fördert Innovationen im Schienenfahrzeugbau

„Ein modernes Industrieland braucht die besten Verbindungen in die Zukunft“, sagt Wolfgang Hattmannsdorfer, Bundesminister für Wirtschaft, Energie und Tourismus. „Der Schienenverkehr ist Rückgrat unserer Mobilitäts- und Infrastrukturpolitik und damit ein zentraler Hebel für Wettbewerbsfähigkeit, Energieeffizienz und wirtschaftliche Resilienz. Mobilität ist eines der fünf zentralen Handlungsfelder unserer Industriestrategie, weil leistungsfähige Verkehrs- und Energiesysteme die Grundlage für industrielle Stärke bilden. Wenn wir leichtere, langlebigere und energieeffizientere Schienenfahrzeuge entwickeln, stärken wir den Klimaschutz und die technologische Souveränität und Wertschöpfung in Österreich. Das CD-Labor schafft die wissenschaftliche Grundlage dafür und stellt sicher, dass neue Erkenntnisse rasch in industrielle Anwendungen einfließen.“

„Unser Ziel ist es, wissenschaftlich fundierte Methoden bereitzustellen, die der Industrie als Grundlage für eine praktische Nutzung zur Verfügung stehen“, sagt Laborleiter Martin Leitner vom Institut für Betriebsfestigkeit und Schienenfahrzeugtechnik der TU Graz. „Damit leisten wir einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung sicherer, langlebiger und innovativer Schienenfahrzeugstrukturen.“ Dabei kooperiert das Team mit den Projektpartnern Siemens Mobility Austria GmbH, Plasser & Theurer, Export von Bahnbaumaschinen, Gesellschaft m.b.H. sowie Miba Frictec GmbH.

Zwei Module mit unterschiedlichen Blickwinkeln

Aufgebaut ist das CD-Labor in zwei Forschungsmodule. Im ersten Modul steht die Betriebsfestigkeit geschweißter Stahlstrukturen im Fokus. Solche Strukturen kommen etwa in Fahrwerksrahmen, diversen Aufbauten oder Leichtbau-Radsatzwellen zum Einsatz. Aufbauend auf bestehenden Normen und Regelwerken untersucht das Forschungsteam, wie Werkstoffwahl, Fertigungsprozesse und Nachbehandlungsverfahren die Lebensdauer von Bauteilen beeinflussen. Auch reale Belastungsszenarien, von unterschiedlichen Lastarten bis hin zu komplexen multiaxialen Beanspruchungen, werden systematisch analysiert. Ziel ist es, Ergebnisse aus Laboruntersuchungen und daraus abgeleitete Auslegungsmethoden verlässlich auf reale Fahrzeugstrukturen zu übertragen.

Tests auf einem der modernsten Prüfstände

Das zweite Modul des CD-Labors konzentriert sich auf die Strukturintegrität ausgewählter Komponenten und Systeme. Ein Schwerpunkt liegt auf dem dynamischen Verhalten von Bremssystemen, insbesondere im Zusammenhang mit reibungsinduzierten Bremsschwingungen. Neben umfangreichen Simulationen finden Experimente am Bremsenprüfstand am Campus Inffeldgasse der TU Graz statt, der zu den modernsten seiner Art gehört. Diese Untersuchungen dienen als Grundlage für die Analyse und Validierung neuer Designansätze. Eine abschließende Bewertung der Betriebsfestigkeit auf Basis von elaborierten Methoden zur Vibrationsermüdung verknüpft die Fragestellungen beider Module.

Ergänzend untersucht das CD-Labor Ermüdungs- und Verschleißprozesse durch den Rad-Schiene-Kontakt sowie in kompletten Reibbremssystemen. Mithilfe eines im Zuge des CD-Labors entwickelten Rollenprüfstands kann die Rad-Schiene-Interaktion unter realitätsnahen Bedingungen experimentell untersucht werden. Weiterführende Analysen an Scheiben- und Klotzbremssystemen sollen zudem eine Basis für neue Auslegungs- und Bewertungsmethoden dieser Komponenten bilden.

In Christian Doppler Labors wird anwendungsorientierte Grundlagenforschung auf hohem Niveau betrieben, hervorragende Wissenschafter*innen kooperieren dazu mit innovativen Unternehmen. Für die Förderung dieser Zusammenarbeit gilt die Christian Doppler Forschungsgesellschaft international als Best-Practice-Beispiel. Christian Doppler Labors werden von der öffentlichen Hand und den beteiligten Unternehmen gemeinsam finanziert. Wichtigster öffentlicher Fördergeber ist das Bundesministerium für Wirtschaft, Energie und Tourismus (BMWET).