Allgemeines
In unseren Forschungs- und Entwicklungsprojekten verbinden wir theoretisches Wissen mit langjähriger praktischer Erfahrung auf verschiedenen Gebieten der Bahntechnik. In der Durchführung unserer Projekte können wir auf die vielfältigen Labormöglichkeiten der Hochschule München zurückgreifen und umfassende Untersuchungen für unsere industriellen Partner durchführen. Eine unserer Stärken ist das fakultätsübergreifende Arbeiten, durch das wir das Spezialwissen von Kolleginnen und Kollegen aus verschiedenen Fachbereichen einbinden können.
Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte
- Energieeffiziente Antriebssysteme
- Rad/Schiene, Bremstechnik, Bremsscheiben und Bremsbeläge
- Crashsicherheit von Schienenfahrzeugen
- Fahrdynamik des Schienenverkehrs, Fahrsimulation
- Unterstützung bei Schadensfällen (Werkstoffuntersuchungen, REM) und Produktoptimierungen
Neurobrake
In Versuchen zeigt sich, dass Reibwerte von Bremsbelägen vor allem in Abhängigkeit der Vorgeschichte der Bremsereignisse erhebliche Veränderungen (±40% und mehr) aufweisen können. Unrealistische Reibwertannahmen in der Systemauslegung können im Betrieb der Fahrzeuge zu Über- oder Unterschreitungen der berechneten Bremswege führen und damit neben sicherheitsrelevanten Ereignissen auch erhöhten Materialverschleiß hervorrufen. Eine analytische Berechnung der Reibwerte ist aufgrund der vielfältigen Einflussparameter auf die Reibwertdynamik derzeit nicht zufriedenstellend möglich. Im Projekt Neurobrake wird ein Verfahren entwickelt, mit dem die Reibwerte μm der Bremsbeläge unter Verwendung künstlicher neuronaler Netze und Fuzzy Logic für jedes Bremsereignis in Abhängigkeit der Vorgeschichte bestimmt werden können. In die Reibwertprognose fließen über das Training der neuronalen Netze umfangreiche Versuchsdaten ein, die vom industriellen Projektpartner Federal-Mogul zur Verfügung gestellt werden. Über ein Berechnungsmodul wird die Reibwertprognose in eine Fahrsimulation integriert.
Fahrdynamiksimulation mit MATLAB
Für Verbrauchs- und Bremsanalysen ist es wichtig, eine Zugfahrt auf einer Strecke mit den entscheidenden Einflussgrößen zu simulieren. In der Fachgruppe Bahntechnik entwickeln wir dazu eine Fahrdynamiksimulation, mit der wir
- internationale Streckendaten durch Geodaten aus dem Internet aufbereiten können,
- Traktionssystem und Antriebsstränge vom Motor über Wandlergetriebe und Achsgetriebe bis zum Radsatz simulieren,
- Treibstoffverbräuche und Rekuperationspotentiale abschätzen,
- Fahrzeiten und erreichbare Geschwindigkeitsprofile bestimmen und
- Systemkomponenten optimieren können.
Zum Aufbau der Simulationen verwenden wir MATLAB/Simulink. Die Erkenntnisse aus der Simulation für Forschungsprojekte fließt auch in der Lehre in die Veranstaltung Fahrdynamik des Schienenverkehrs mit ein.
Abbildung: Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Motorleistung einer Diesellok
Energieeffiziente Dieselantriebe mit HyRec
Mit unserem Konzept der Rückgewinnung von Bremsenergie und der Erzeugung von Wasserstoff bzw. Methan im Fahrzeug aus der Bremsenergie sind wir in der InnovationChallenge Moving Ideas 2016 der Deutschen Bahn AG Finalist geworten. Wir wollen das innovative und zukunftsweisende Konzept weiterentwickeln und damit eine Diesellok ermöglichen, die mit einem geringeren Primärenergieeinsatz auskommt als eine vergleichbare moderne E-Lok.
Mit diesem Thema haben wir den 1. Preis der DB Innovation Challenge 2016 in der Kategorie Wissenschaft und Forschung gewonnen!
Charakterisierung von Reibmaterialien
Ziel der Untersuchungen ist die Ermittlung von reibaktiven Zonen, den sogenannten "Patches" auf der Oberfläche von Reibmaterialien mit Hilfe eines automatischen Oberflächen-Laserscanners und einer Mustererkennungssoftware. Dazu steht an der Hochschule München ein entsprechendes Gerät zur Verfügung. Ein wesentliches Element der Arbeiten stellt dabei die Erfassung und automatische Auswertung von Messungen der Oberflächenstruktur dar.
Abbildung: Aufnahme einer Reibaktiven Mikrozone auf einem Sinterbremsbelag (Patch)
3D-gedruckte Bremsscheiben
Bremsscheiben aus Eisenguss sind kostengünstig und weisen gute thermische Eigenschaften auf - leider sind sie relativ rissempfindlich. Bremsscheiben aus Stahlguss sind kaum rissanfällig - leider aber weder kostengünstig noch optimal wärmeleitend. Die Idee einer Hybridscheibe besteht darin, einen Innenkörper aus Eisenguss mit einer rissfesten Reibschicht aus speziellem Stahl zu bedrucken, so dass zwischen beiden Teilen ein stoffschlüssiger Verbund entsteht. Kritisch hier bei ist der Graphit-Anteil im Eisenguss, der beim Kontakt mit dem aufgedruckten Material ausgast und für eine schlechte Verbindung sorgt. An der Hochschule München ist es gelungen, eine stabile stoffschlüssige Verbindung herzustellen und einen hybriden Bremsscheibenwerkstoff Eisenguss-Stahl zu erzeugen.
Abbildung: Additiv gefertigte Schicht aus verschleißfestem Stahl (oben) und lamellarem Grauguss (unten)
Verbesserung der Adhäsion Rad/Schiene
Im Bahnbereich müssen Bremsen Züge mit über 1.000 t Masse aus Geschwindigkeiten jenseits der 350 km/h sicher abbremsen können. Die beste Hochleistungsscheibenbremse kann in bahntechnischen Anwendungen ihre Vorteile nicht ausspielen, wenn das erzeugte Bremsmoment am Rad nicht in eine Brems- bzw. Verzögerungskraft umgesetzt werden kann. Der Ahäsionswert zwischen Stahlrad und Stahlschiene liegt bei günstigen Verhältnissen (trockenes, sauberes Gleis) bei 0,3-0,4. Bei ungünstigen Verhältnissen wie nassen und laubbedeckten Schienen kann der Wert auf <0,05 (!) abfallen. Wir arbeiten an Methoden, die Schienenverhältnisse vor dem führenden Radsatz so zu verbessern, dass das Gleis ausreichend konditioniert wird und ein ausreichender Adhäsionswert für sichere Bremsungen auch unter ungünstigen Verhältnissen immer vorhanden ist.
Geräuscharme Bremse
Im Bereich der Bremsbeläge wird durch relativ hohen konstruktiven Aufwand versucht, eine Geräuschentwicklung zu unterdrücken. Inhalt des Forschungsprojektes ist es, dieses Ziel unabhängig vom Reibmaterial durch Modifikationen in der Bremssteuerung zu erreichen, ohne die Bremswirkung bzw. den Bremsweg zu verändern.