Schie­nen­fahr­zeuge mög­lichst rasch abzu­brem­sen ist tech­nisch eine schwie­rige Auf­gabe. Ein neues Chris­tian Dopp­ler Labor an der TU Wien forscht nun gemein­sam mit dem Indus­trie­part­ner Knorr-Brem­sen an neuen Anwendungen. 

Schie­nen­fahr­zeuge haben einen gro­ßen Vor­teil gegen­über Fahr­zeu­gen mit Gum­mi­rei­fen. Der Roll­wi­der­stand ist gering, man ver­liert kaum Ener­gie durch Rei­bung und genau das macht den Schie­nen­ver­kehr so effi­zi­ent und umwelt­scho­nend. Bei raschen Ver­zö­ge­run­gen und Brems­vor­gän­gen wird genau die­ser Vor­teil zum Nach­teil, denn dann ist mög­lichst hohe Rei­bung gefragt. 

Ein neues CD-Labor an der TU Wien soll die Brems­tech­no­lo­gie von Schie­nen­fahr­zeu­gen nun genauer unter­su­chen und ver­bes­sern. Indus­trie­part­ner ist das Unter­neh­men Knorr-Bremse. Das Labor wird wie­der durch eine Pro­gramm­li­nie des BM für Arbeit und Wirt­schaft ermög­licht. „Exzel­lente For­schung, wie in die­sem CD-Labor, ist das Fun­da­ment für zukünf­tige Inno­va­tio­nen des Schie­nen­ver­kehrs. Davon pro­fi­tie­ren sowohl Rei­sende und Pend­le­rIn­nen wie auch der Stand­ort Öster­reich und die Umwelt“, sagt Mar­tin Kocher, Bun­des­mi­nis­ter für Arbeit und Wirtschaft.

Sand und Magnete
„Der Brems­weg ist bei Schie­nen­fahr­zeu­gen nor­ma­ler­weise viel län­ger als man das vom Auto kennt und Fak­to­ren wie Nässe kön­nen das noch ver­stär­ken“, sagt Johan­nes Edel­mann, Lei­ter des neues CD-Labors. Es gibt unter­schied­li­che Tech­ni­ken, die Brems­wir­kung bei Stra­ßen­bah­nen oder Eisen­bahn­zü­gen zu erhö­hen. Eine Mög­lich­keit sind soge­nannte San­dungs­sys­teme. Dabei wird im Zug Sand mit­trans­por­tiert, der dann bei der Brem­sung direkt vor den Rädern auf den Schie­nen ver­streut wer­den kann. Das sorgt für stär­kere Reibung.

Außer­dem sind in Schie­nen­fahr­zeu­gen oft Magnet­schie­nen­brem­sen ein­ge­baut. „Dabei han­delt es sich um einen Metall­rah­men mit Elek­tro­ma­gne­ten, der im Fahr­werk des Schie­nen­fahr­zeugs ange­bracht ist“, erklärt Edel­mann. „Beim Brem­sen wer­den die Elek­tro­ma­gnete an die Schiene gezo­gen und schlei­fen auf der Schiene.“ Der Kon­takt zwi­schen Schiene und Rädern spielt in die­sem Fall gar keine Rolle – selbst wenn die Räder auf­grund schlech­ter Bedin­gun­gen rut­schen, kann die Anhal­tung immer noch mit den Magnet­schie­nen­brem­sen erfolgen. 

Bes­sere Brems­leis­tung mit weni­ger Ver­schleiß und Energieaufwand
Genau her­aus­zu­fin­den, wie sol­che Brems­sys­teme opti­miert wer­den kön­nen, ist wis­sen­schaft­lich kom­pli­ziert : „Man muss etwa das dyna­mi­sche Ver­hal­ten wäh­rend des Brems­pro­zes­ses genau ver­ste­hen. Die ein­zel­nen Kom­po­nen­ten kön­nen schwin­gen und das kann die Brems­wir­kung beein­träch­ti­gen“, erläu­tert Johan­nes Edel­mann. Beson­ders bei Schie­nen­kreu­zun­gen und Wei­chen oder auch bei ver­schmutz­ten Schie­nen ist die Inter­ak­tion zwi­schen dem Brems­sys­tem und der Schiene über­aus komplex.

Hier grei­fen dann meh­rere For­schungs­dis­zi­pli­nen inein­an­der : Die Mecha­nik zur Beschrei­bung von Bewe­gung und Berech­nung von Rei­bungs­kräf­ten, die Elek­tro­dy­na­mik zur Ana­lyse des elek­tro­ma­gne­ti­schen Ver­hal­tens der Magnet­schie­nen­bremse und die Tri­bo­lo­gie, die sich mit Abnüt­zung und Ver­schleiß von gegen­ein­an­der rei­ben­den Mate­ria­lien beschäf­tigt. Im neuen CD-Labor sol­len nun mathe­ma­ti­sche Modelle und kom­plexe Com­pu­ter­si­mu­la­tio­nen dazu ent­ste­hen. Und für spe­zi­fi­sche Mes­sun­gen wird an der TU Wien ein neuer Prüf­stand errichtet.

Erfolg­rei­che Pro­gramm­li­nie der Chris­tian Dopp­ler Labors
„Es geht darum, gleich meh­rere Ziele gleich­zei­tig zu errei­chen“, sagt Johan­nes Edel­mann. „Wir möch­ten eine gute Brems­leis­tung, beson­ders auch bei schwie­ri­gen Bedin­gun­gen. Außer­dem soll durch bes­sere Brems­sys­teme der Ver­schleiß mini­miert und die Infra­struk­tur geschont wer­den. Und zusätz­lich möch­ten wir auch noch das Gewicht der Brems­sys­teme mini­mie­ren, um Ener­gie zu spa­ren“, so der Lei­ter des neuen CD-Labors.

Grund­sätz­lich wird in den Chris­tian Dopp­ler Labors anwen­dungs­ori­en­tierte Grund­la­gen­for­schung in Zusam­men­ar­beit mit inno­va­ti­ven Unter­neh­men aus Indus­trie und Mit­tel­stand betrie­ben. Die­ses koope­ra­tive Modell gilt auch inter­na­tio­nal als Best-Prac­tice-Bei­spiel. Die Chris­tian Dopp­ler Labors wer­den von der öffent­li­chen Hand und den betei­lig­ten Unter­neh­men gemein­sam finan­ziert. Wich­tigs­ter öffent­li­cher För­der­ge­ber ist das Bun­des­mi­nis­te­rium für Arbeit und Wirt­schaft (BMAW).

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