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Eisenbahn als mechatronisches System

Schienenfahrzeuge sind hochkomplexe Systeme, in denen die unterschiedlichsten Techniken aus dem Bereich des Maschinenbaus, der Elektrotechnik und der Informationstechnik integriert sind. Dauernd wachsende Anforderungen hinsichtlich immer größerer installierter Leistung, geringerem Gewicht, geringerem Verschleiß, höherer Wirtschaftlichkeit, höherer Crashfestigkeit und größerer Sicherheit zwingen zu einer Ausnutzung der installierten Technik bis an die Grenzen des physikalisch machbaren. Dabei verwischen sich die Grenzen zwischen den klassischen Disziplinen immer mehr. Funktionen, die bisher von elektrotechnischen oder mechanischen Teilsystemen realisiert wurden, werden immer mehr durch integrale Lösungen ersetzt, bei denen Elektrotechnik, Maschinenbau und Informationstechnik eng ineinander verwoben sind (Mechatronik).

Mechatronische Spurführung zur Verschleißreduktion im Schienennahverkehr

Der Verschleiß an Rad und Schiene ist einer der größten Kostenpositionen bei der Wartung von Schienenfahrzeugen und der Instandhaltung von Schienennetzen. Insbesondere bei sehr engen Kurven, wie sie typischerweise im Nahverkehr von Straßenbahnen durchfahren werden, treten große Anlaufwinkel zwischen Rad und Schiene und Spurkranzanlauf auf.  
Das führt zu erhöhtem Verschleiß. Um diesen zu reduzieren, forschen wir an einer robusten Regelung des Anlaufwinkels für eine optimale Spurführung in der Kurve, die aber ebenfalls ein stabiles Verhalten im geraden Gleis gewährleistet. Dabei entwickeln wir auch Verfahren, mit denen wir das Verschleißverhalten quantifizieren können.


 

Nachgeführter interoperabler Neigestromabnehmer CH-DE

Europa wächst zusammen, aber die Interoperabilität bei der Eisenbahn hinkt noch deutlich hinter her. Ein Schwerpunkt der Forschung liegt deshalb darin, die freizügige Verwendung von Schienenfahrzeugen im gesamten europäischen Netz zu erleichtern. Eine typische Problemstellung sind z.B. die unterschiedlichen Wippenprofile, die Stromabnehmer im deutschen und im schweizerischen Netz aufweisen müssen. Derzeit löst man das dadurch, in dem man unterschiedliche Stromabnehmer auf demselben Triebfahrzeug installiert. Eine weitere Herausforderung stellen Stromabnehmer für Fahrzeuge mit Neigetechnik dar. Damit der Stromabnehmer in der Kurve dem Fahrdraht folgen kann, wird er auf einen schweren Schlitten installiert, der einen hohen vertikalen Einbauraum beansprucht. Das reduziert den Fahrgastraum und schränkt das Dachdesign stark ein. Mit Hilfe einer mechatronischen Wippennachführung wollen wir eine Lösung für beide Fragestellungen erarbeiten. Neben der Realisierung der gewünschten Funktionalität ist hier vor allem die Sicherheitsbetrachtung von großer Bedeutung. Bei Ausfall oder Fehlverhalten der mechatronischen Einrichtungen muss der Stromabnehmer in einen sicheren Zustand gelangen.

 

 

Ansprechpartner

Stefan Hartmann Verschleißbewertung
Franz Jost Modellbildung und Modellbasierte Reglersynthese für ein Mechatronisches Straßenbahnfahrwerk

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