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FaMO 2
Im Zuge der Digitalisierung der Bahninfrastruktur spielen Simulationsmodelle zur Beschreibung und Bewertung des Ist-Zustands (Kurzzeitverhalten) und der zukünftigen Entwicklung (Langzeitverhalten) der Fahrzeug/Fahrweg-Interaktion eine zentrale Rolle. Mit Hilfe dieser Simulationsmodelle kann beispielsweise der Einfluss einzelner Systemkomponenten und deren Wechselwirkungen mit anderen Teilsystemen auf das Kurz- und Langzeitverhalten des Gesamtsystems untersucht werden und damit die zielgerichtete Entwicklung von Produkten, der Entwurf von Teilsystem und das Ableiten von Prozessen unterstützt werden.
Darüber hinaus können solche Modelle einen wertvollen Beitrag zur Verbesserung und Bewertung von Instandhaltungsmaßnahmen leisten.
Durch die Kalibrierung und Validierung mit historischen Messdaten gewährleistet das VTI-Modell eine hohe Genauigkeit. Dank seines physikalischen Modellierungsansatzes kann es zudem zwischen unterschiedlich gestalteten Streckenabschnitten unterscheiden, wie etwa solchen mit besohlten (Betonschwelle ist an der Unterseite mit einem elastischen Material beschichtet) oder unbesohlten Schwellen. Darüber hinaus ermöglicht das Modell die Untersuchung weiterer Faktoren wie Fahrzeuggeschwindigkeit, ungefederte Massen oder Schienensteifigkeiten.
Die roten Pfeile zeigen die vertikale Krafteinwirkung
Die blauen Pfeile zeigen die laterale Krafteinwirkung
Im Forschungsprojekt wurde die Methodik dieses Modells weiter verfeinert und um die Untersuchung der sogenannten „Hanging-Sleeper“ erweitert. Mithilfe der Discrete-Element-Method (DEM) – ein Berechnungsverfahren, das die Bewegung einer großer Teilchenanzahlen berechnet – werden physikalische Effekte auf der Ebene einzelner Schotterpartikel analysiert, um ein tieferes Verständnis für das Entstehen und die Entwicklung von Hanging-Sleepern zu gewinnen.
Die gewonnenen Erkenntnisse fließen anschließend in die bestehende, recheneffiziente Modelllandschaft ein und erweitern das VTI-Modell um weitere Aussagemöglichkeiten.
Darstellung einer ”Hanging Sleeper” auch als hohlgelagerte Bahnschwelle bekannt, die teilweise oder vollständig den Kontakt zum darunterliegenden Schotter im unbelasteten Zustand verloren hat. (Holtzendorff, K. Untersuchung des Setzungsverhaltens von Bahnschotter und der Hohllagenentwicklung auf Schotterfahrbahnen. (Technische Universität Berlin, 2003).
Die entwickelten Modelle werden durch umfassende Laborversuche und historische Felddaten kalibriert und validiert, um anschließend an Situationen im Eisenbahnnetz angewendet zu werden. Diese Anwendung deckt alle Trassierungselemente ab – von geraden Gleisabschnitten über Kurven bis hin zu Weichen. Dabei werden auch Einzelfehler und Übergänge in der Steifigkeit berücksichtigt.
Mit der Methodik können sogenannte Setzungslandkarten für große Streckenabschnitte erstellt werden. Diese Analysen bieten Infrastrukturbetreibern wertvolle Einblicke, um gezielt Anpassungen am Fahrweg vorzunehmen und so die Gleisqualität zu verbessern.
Darüber hinaus ermöglicht das Modell eine detaillierte Analyse des Einflusses von Fahrzeug- und Betriebsparametern auf die Entwicklung der vertikalen und lateralen Gleislage. Dies schafft eine solide Grundlage für fundierte Entscheidungen in der Instandhaltung und Optimierung des Schienennetzes.
Nach über dreijähriger Forschungsarbeit fand am 2. Oktober 2024 das Projektabschlusstreffen bei VIRTUAL VEHICLE statt.
Projektpartner:
• SBB Infrastruktur
• ÖBB Infrastruktur AG
• voestalpine Railway Systems GmbH
• voestalpine Rail Technology GmbH
• Getzner Werkstoffe GmbH
• Institut für Eisenbahn Infrastrukturdesign, Technische Universität Graz
