Rollendes Material

Für einen zuverlässigen und effizienten Bahnverkehr sind moderne Schienenfahrzeuge unerlässlich. Diese werden einschließlich ihrer Transportgüter als »Rollendes Material« bezeichnet.

Fraunhofer Rail bietet Leistungen über den kompletten Produktlebenszyklus von der Entwicklung und Herstellung bis zum Betrieb und der Instandhaltung des Rollenden Materials an.

Entwicklung#

Die Leistungen von Fraunhofer Rail im Entwicklungsprozess von Schienenfahrzeugen umfassen Maßnahmen zur Sicherstellung von Zuverlässigkeit und Lebensdauer, zur zeit-, kosten- und ressourcenoptimierten Herstellung, zur Verbesserung von Sicherheit, Ergonomie und Komfort für Nutzer der Schienenfahrzeuge sowie zur Minderung von Lärm- und Schadstoffemissionen an die Umwelt.

Im Bereich der Zulassung von sicherheitsrelevanter Software im Bahnbereich berät Fraunhofer Rail bei der Entwicklung von dezentralen und modularen Architekturen, deren Validierung und Zertifizierung sowie bei der Verbesserung von Entwicklungsprozessen und der Erstellung von Sicherheitsdokumenten gemäß EN 50128.

Mit umfassenden numerischen und experimentellen Verfahren auf den Gebieten der Bauteildimensionierung sowie Methoden der Werkstoffcharakterisierung und Bauteilprüfung wird ein sicherer, zuverlässiger und wirtschaftlicher Betrieb von Schienenfahrzeugen garantiert. Vor diesem Hintergrund haben sich die Entwickler von Fraunhofer Rail auf belastete Sicherheitsbauteile und Strukturen, wie z.B. Wagenkästen, Lager, Bremsen, Räder und Radsatzwellen sowie komplette Radsätze spezialisiert.

Die Simulation und Optimierung von Fertigungsschritten, deren Automatisierung und Flexibilisierung sowie Technologien zur Qualitätsprüfung sichern eine effiziente Herstellung von Produkten.

Moderne Methoden der Geräusch-, Hygiene-, Raumklima- und Sitzkomfortuntersuchung sowie Verfahren der Chrashanalyse sollen die Zufriedenheit und Sicherheit der Passagiere gewährleisten. Innovative Verfahren des Sound-Designs, der Akustikbauteilentwicklung und des Usability Engineering (z.B. aktive Sitzkomfortbeeinflussung) verbessern die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte.

Herstellung#

Fraunhofer Rail entwickelt physikalische Methoden der zerstörungsfreien dimensionellen Messung und Prüfung von Fahrzeugkomponenten sowie der Charakterisierung von Werkstoffen und überführt diese in die Anwendung zur Kontrolle und Überwachung von Fertigungsprozessen sowie zur Qualitätsprüfung der hergestellten Bauteile.

Diese Lösungen werden überall dort eingesetzt, wo sicherheitstechnische Aussagen und Qualitätsnachweise gefordert sind. Die methodische Kompetenz von Fraunhofer Rail umfasst die physikalischen Verfahrensgrundlagen, Sensorik, Gerätebau, Handhabungstechniken, Techniken zur Ergebnisbewertung und Dokumentation sowie die Qualifizierung und Validierung neuer Prüfverfahren und -geräte.

Die Erfassung kleinster Materialfehler wird durch die Anwendung von innovativen Prüftechnologien mittels Ultraschall, Wirbelstrom, Röntgentechnik und Thermographie ermöglicht.

Da die Produktqualität ein Wettbewerbsfaktor ist, gewinnen In-Prozess Mess- und Prüftechniken immer mehr an Bedeutung, um eine 100%-Prüfung zu gewährleisten und durch eine schnelle Rückkopplung eine Prozessregelung zu ermöglichen. Für die Prüfung von Geometrie- und Oberflächenmerkmalen in der Fertigung bieten sich Verfahren des maschinellen Sehens an. Berührungslos messende optische Sensoren sind für solche Anwendungen wegen ihrer hohen Messgeschwindigkeit besonders geeignet. Diese ermöglichen auch eine verbesserte Integration des Menschen in moderne Fertigungsprozesse durch Bereitstellung von Assistenz- und Überwachungsfunktionen.

Betrieb#

Zur Vermeidung von Schäden an Mensch, Umwelt, Infrastruktur, dem Schienenfahrzeug und dessen Ladungen sowie zur Sicherstellung eines störungsfreien Bahnverkehrs entwickelt Fraunhofer Rail innovative Technologien zur Überwachung von Schienenfahrzeugen und den damit zu transportierenden Gütern sowie zur Fehlerdiagnose an Fahrzeugkomponenten.

Dabei kommen sowohl mobile, d.h. fahrzeuggebundene, als auch stationäre, d.h. an ausgewählten Überfahrstellen positionierte Lösungen zum Einsatz.

Mobile Lösungen ermöglichen z.B. Fahrbetriebsmessungen zur Sicherstellung der Betriebssicherheit in unterschiedlichen Fahrsituationen und Beladungszuständen.

Stationäre Lösungen überwachen heiß gelaufene Achsenlager und feststehende Bremsen an Personen- und Güterzügen mittels berührungsfrei messenden Infrarotsensoren. Optische Messsysteme werden in das Gleisbett integriert und ermöglichen die Überwachung des Radprofilverschleißes. Ultraschallprüfköpfe werden in den Schienenkopf integriert und gestatten die Prüfung der Radlauffläche auf Schädigungen während der Zug über die Prüfstrecke rollt. Damit kann den Anforderungen an die Steigerung von Sicherheit, Fahrkomfort und Betriebszuverlässigkeit Rechnung getragen werden. In der Anwendung vielfach erprobte Profilraumscanner auf Grundlage moderner Laser-Technologie können z.B. verrutschte Ladungen oder Überpufferungen erfassen und Warnmeldungen an entsprechende Leitstellen weitergeben. Spektroskopische Messungen ermöglichen die Erfassung von unzulässigen Abgasemissionen, Bränden und Leckagen. Sie leisten einen wichtigen Beitrag für unsere Umwelt und die Sicherheit im Bahnverkehr.

Instandhaltung und Zustandsüberwachung#

Fraunhofer Rail entwickelt Lösungen zur Instandhaltung und Zustandsüberwachung von Komponenten der Schienenfahrzeuge sowie der dazu zum Einsatz kommenden Maschinen und Anlagen.

Beanspruchungsmessungen und sich anschließende Lebensdauerberechnungen bis hin zu bruchmechanischen Untersuchungen gewährleisten eine sichere Festlegung von Wartungs- und Instandhaltungszyklen. Damit können Kosten gespart und die Lebensdauer von Komponenten verlängert werden.

Moderne Mess- und Prüfverfahren in Kombination mit Analysetechniken ermöglichen eine zustandsorientierte Wartung und Instandhaltung sowie eine Bestimmung der verbleibenden Abnutzungsvorräte.

Radsatz-Messstände prüfen in Instandhaltungswerken den Verschleißzustand der Räder. Bei klotzgebremsten Rädern von Güterwagen werden unzulässige Zugeigenspannungen im Radkranz mittels Ultraschall erkannt. Auf dieser Grundlage erfolgt eine zuverlässige Festlegung von Instandhaltungsstufen. Nach der Reprofilierung von Radsätzen stellen Prüfanlagen die Einhaltung von geometrischen Anforderungen sowie die Rissfreiheit an stark beanspruchten Bauteilen sicher. Dabei kommen optische Messtechnologien sowie Ultraschall- und Wirbelstromprüfverfahren  zum Einsatz.

Managementsysteme in Verbindung mit RFID-Technologien ermöglichen eine zuverlässige Dokumentation aller Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten über den kompletten Lebenszyklus von technischen Komponenten.