Eisenbahninfrastruktur

Die tägliche Organisation des Personen- und Güterverkehrs ist eine logistische Meisterleistung, die eine funktionierende Infrastruktur voraussetzt. Eine funktionierende Infrastruktur bedeutet geringe Störanfälligkeit und hohe Sicherheit bei gleichzeitiger Wirtschaftlichkeit.

Dieses Ziel vor Augen arbeitet der Fraunhofer Rail an Simulationsverfahren, Analysen, Konzepten und Messgeräten, die Infrastrukturbetreiber beim Planen, Entwickeln, Betreiben, Warten und Instandhalten der Infrastruktur unterstützen.

Planung und Entwicklung

Die Infrastruktur von Eisenbahnen hat eine Komplexität erreicht, die mit einfachen Ursache-Wirkungsketten nicht mehr präzise beschrieben werden kann. Hier setzen die Wissenschaftler von Fraunhofer Rail an:

  • Mit dem Verkehrs- und Wirtschaftsmodell ASTRA entwerfen sie Verkehrsszenarien, die verschiedene politische Strategien, Annahmen zur Verkehrsnachfrage und Maßnahmen zum Infrastrukturausbau berücksichtigen. Aus dem Systemmodell können sie Trends im Personen- und Güterverkehr ableiten, den Einsatz neuer Technologien sowie verschiedener Preis- und Infrastrukturausbau-Szenarien bewerten und Effekte auf Handel, Löhne und Beschäftigung vorhersagen.
  • In Verkehrssimulationen stellen die Wissenschaftler das Verkehrsgeschehen in Schienennetzen nach. Indem sie prüfen, wie sich z.B. der Bau eines Überholgleises oder das Erhöhen der Taktfrequenz auswirken, können sie Engpässe identifizieren und Maßnahmen zum Um- und Ausbau sowie zur besseren Kapazitätsauslastung des Schienennetzes empfehlen.

Höhere Achslasten und steigende Fahrgeschwindigkeiten belasten die Gleise. Fraunhofer Rail entwickelt Simulations- und Berechnungsverfahren, um Verschleiß und Materialermüdung an Schienen und Weichen, aber auch die Qualität von Schweißprozessen zu bewerten. So können bereits bei der Infrastrukturplanung geeignete Werkstoffe und Schweißprozesse ausgewählt werden.

Betrieb

Lassen sich regenerative Energiequellen auch für den Schienenverkehr erschließen? Zur Beantwortung dieser Frage ziehen die Experten von Fraunhofer Rail Systemmodelle heran, die Kosten und Versorgungssicherheit der Infrastrukturbetreiber genauso berücksichtigen wie das Innovations- und Risikopotenzial der alternativen Energiequellen und die Folgen ihres Einsatzes für die Umwelt.

Trassenpreissysteme sollen wettbewerbsneutral und wirtschaftlich sein. Unter Berücksichtigung dieser Anforderungen berät Fraunhofer Rail Infrastrukturbetreiber bei der Entwicklung von Trassenpreissystemen, die mit der Kosten- und Erlösrechnung sowie der Sensitivitätsanalyse auf ihre Wirkung geprüft werden. Soll das Trassenpreissystem außerdem umweltorientiert sein, berechnen die Experten die externen Kosten, die durch Umwelt- und Gesundheitsschäden entstehen, um sie den verursachenden Benutzern über die Trassenpreise zuzurechnen.

Für den Schallschutz an Bahntrassen sind Schallschutzwände unerlässlich.

Fraunhofer Rail forscht an neuen Materialien, die hohe Beständigkeit und vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten kennzeichnen, sowie an mikroperforierten Bauteilen, die schallabsorbierende Eigenschaften mit Transparenz verbinden – ein Novum im Schallschutz. Bei Baustellenlärm setzen die Forscher hingegen auf aufblasbare Schallschutzelemente aus Folien und Membranen, die flexibel einsetzbar und schnell montiert sind.

Wartung und Instandhaltung

Fraunhofer Rail entwickelt Lasermessgeräte für Messzüge, die auch bei hoher Geschwindigkeit Oberleitungen und Lichtraumprofil einer Strecke präzise messen. Die Geräte erfassen weitgehend wetterunabhängig und relativ zum Gleis die Lagedaten von Masten und kleinen Gegenständen, die in den Lichtraum hineinragen. Position und Verschleiß eines Fahrdrahtes messen sie berührungslos.

Fährt, bremst oder beschleunigt ein Zug entstehen Kräfte, die Gleise und Gleisbett belasten:

  • Den Oberbau überwacht Fraunhofer Rail mit einem Messrad, das die lokalen Kontaktkräfte in allen Richtungen misst, und mit einer am Gleiskörper angebrachten Sensorik. Aus den gewonnenen Daten leiten die Wissenschaftler Wartungskonzepte und –maßnahmen ab. Die Geräuschentwicklung (NVH-Verhalten), die beim Kontakt von Rad und Schiene durch vertikale Schwingungen entsteht, können sie durch Messungen ebenso bewerten, wie die Betriebsfestigkeit der im Oberbau verwendeten Baumaterialien.
  • Um Inspektions- und Schleifintervalle definieren zu können, die technisch und wirtschaftlich sinnvoll sind, untersuchen die Wissenschaftler die Kontaktbeanspruchung und die Wechselwirkung von Verschleiß und Rollkontaktermüdung an Schienen und Weichen. Durch das numerische Simulieren und Bewerten der Schweißprozesse klären sie, wie sich Verzug und Eigenspannungen in Schienen vermindern und das Auftreten von Rissen verhindern lassen.