Gleise in Eigenschwingung 11.03.2014, 14:00 Uhr

Deutsche Bahn testet Schienen mit weltweit einmaligem Großgerät

Die Deutsche Bahn setzt neuerdings auf ein 1,2 Millionen teures Großgerät der Universität Hannover, um Schienen besser auf Langzeitbelastbarkeit testen zu können. Es regt sie mit Unwuchtmotoren zur Eigenschwingung an. Im Vergleich zu hydraulischen Anlagen werden somit schnellere und stromsparendere Tests möglich. 

Um Schienen auf ihre Langzeitbelastbarkeit zu testen, setzt die Bahn erstmals auf ein weltweit einmaliges Großgerät der Universität Hannover.

Um Schienen auf ihre Langzeitbelastbarkeit zu testen, setzt die Bahn erstmals auf ein weltweit einmaliges Großgerät der Universität Hannover.

Foto: Deutsche Bahn/Claus Weber

Schienen müssen unglaublichen Kräften standhalten, wenn täglich tausende Züge mit Geschwindigkeiten von bis zu 250 km/h über sie donnern. Damit es im Laufe der Jahre nicht zu Katastrophen kommt, muss die Deutsche Bahn genau wissen, wie lange eine Schiene beansprucht werden kann.

Um Schienen auf ihre Langzeitbelastbarkeit zu testen, setzt die Bahn erstmals auf ein weltweit einmaliges Großgerät der Universität Hannover. Es basiert auf einem riesigen Stahlbetonfundament, das 15 Meter breit und 20 Meter lang ist. In einer eigens gebauten Halle ist es drei Meter tief in den Boden eingelassen. „Mit diesem Gerät können wir erstmalig auch sehr große Konstruktionen mit großen Kräften und Verformungen im Bereich sehr hoher Lastwechselzahlen testen“, erklärt Prof. Steffen Marx vom Institut für Massivbau an der Leibniz Universität Hannover. 

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Tagueri AG-Firmenlogo
Teamleitung im Bereich Diagnose (m/w/d) Tagueri AG
Hamburg Zum Job 
Tagueri AG-Firmenlogo
(Junior) Consultant Funktionale Sicherheit (m/w/d) Tagueri AG
Hamburg Zum Job 
Tagueri AG-Firmenlogo
Consultant Systems Engineering (m/w/d) Tagueri AG
Hamburg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieure - Schwerpunkt konstruktiver Ingenieurbau für die Bauwerksprüfung nach DIN 1076 (m/w/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Hamburg Zum Job 
Funkwerk AG-Firmenlogo
Techniker / Ingenieur im Engineering Vertrieb (m/w/d) Funkwerk AG
deutschlandweit Zum Job 
ITW Fastener Products GmbH-Firmenlogo
Technische:r Vertriebsingenieur:in für VW ITW Fastener Products GmbH
Creglingen-Münster Zum Job 
Framatome GmbH-Firmenlogo
Senior Project Quality & OPEX Manager (m/w/d) Framatome GmbH
Erlangen Zum Job 
Rheinmetall Electronics GmbH-Firmenlogo
Elektronikentwickler (m/w/d) Rheinmetall Electronics GmbH
Rheinmetall Electronics GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur Kältemittelverdichter (m/w/d) Rheinmetall Electronics GmbH
Forschungszentrum Jülich GmbH-Firmenlogo
Ingenieur für Gebäudeausrüstung / Versorgungstechnik (w/m/d) Forschungszentrum Jülich GmbH
Jülich bei Köln Zum Job 
Diehl Aerospace GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Entwicklungsingenieur (m/w/d) Avionik (System) Diehl Aerospace GmbH
Nürnberg, Überlingen, Frankfurt am Main, Rostock Zum Job 
Rheinmetall Electronics GmbH-Firmenlogo
Projektmanager technische Entwicklungsaktivitäten (m/w/d) Rheinmetall Electronics GmbH
Neckarsulm Zum Job 
Stadtwerke Verkehrsgesellschaft Frankfurt am Main mbH-Firmenlogo
Teamleitung Haltestellen und Stationen (d/m/w) Stadtwerke Verkehrsgesellschaft Frankfurt am Main mbH
Frankfurt am Main Zum Job 
Lahnpaper GmbH-Firmenlogo
Leitung Entwicklungslabor (m/w/d) Lahnpaper GmbH
Lahnstein Zum Job 
Energieversorgung Halle Netz GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur - Fernsteuerung Energienetze (m/w/d) Energieversorgung Halle Netz GmbH
Halle (Saale) Zum Job 
Riedel Bau-Firmenlogo
Energieberater / Auditor (m/w/d) Riedel Bau
Schweinfurt Zum Job 
SWM Services GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur*in im digitalen Messwesen (m/w/d) SWM Services GmbH
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) Elektro- / Kommunikationstechnik Die Autobahn GmbH des Bundes
Frankfurt am Main Zum Job 
RENOLIT SE-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker (m/w/d) für Automatisierungstechnik RENOLIT SE
Frankenthal Zum Job 
BREMER Bremen GmbH-Firmenlogo
Kalkulator (m/w/d) BREMER Bremen GmbH

Unwuchtmotoren regen Schienen zur Eigenschwingung an

Im sogenannten Federkeller sind 100 Kilogramm schwere Zugfedern installiert. Sie bringen eine Mittellast auf die Schiene, indem sie diese leicht nach unten ziehen. „Auf den Schienen selbst sitzen mehrere Elektromotoren, die sie mit Unwucht zur Eigenschwingung anregen“, erklärt Sebastian Schneider, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Massivbau, im Gespräch mit Ingenieur.de. Ohne Ballast läge die Eigenfrequenz der zwei Meter langen Schiene bei circa 50 Hertz – also bei 50 Schwingungen pro Sekunde. Die Zugfedern senken sie auf etwa 20 Hertz. „Bei dieser Frequenz können die Unwuchtmotoren zuverlässig arbeiten und sind immer noch um ein Vielfaches schneller als Hydraulikzylinder.“

Prüfgerät der Bahn: Die Zugfedern bringen eine Mittellast auf die Schiene. Die Elektromotoren regen sie anschließend zur Eigenschwingung bei circa 20 Hertz an.

Prüfgerät der Bahn: Die Zugfedern bringen eine Mittellast auf die Schiene. Die Elektromotoren regen sie anschließend zur Eigenschwingung bei circa 20 Hertz an.

Quelle: Leipzig Universität Hannover/Institut für Massivbau)

Das Prinzip für die neue Anlage hat Prof. Marx aus dem Maschinenbau übernommen. Hier arbeiten Ingenieure schon lange mit ähnlichen Anlagen. Sogenannte Resonanzprüfmaschinen sind mit einer Fläche von ein bis zwei Quadratmetern allerdings deutlich kleiner.

Hydraulische Tests sind langsamer und energieintensiver

Um große Bauteile auf ihre Langzeitbelastbarkeit zu testen, kommen bislang meist hydraulische Testverfahren zum Einsatz. Hydraulikzylinder be- und entlasten dabei Bauteile im Wechsel. Das bringt aber einige Probleme mit sich. Meistens lassen sich nur Komponenten testen, die im Maßstab deutlich verkleinert sind. Die Ergebnisse müssen die Tester dann im nächsten Schritt auf das Originalbauteil hochrechnen. Einhundertprozentig genau ist diese Umrechnung nie. Zudem arbeiten die Zylinder verhältnismäßig langsam. Sie sind oft tagelang beschäftigt, um beispielsweise fünf Millionen sogenannte Lastwechsel durchzuführen.

Die neue Großanlage der Wissenschaftler aus Hannover soll nicht nur schneller, sondern auch deutlich energieeffizienter arbeiten als Hydraulikanlagen. Ein hydraulisches Prüfgerät in vergleichbarer Größe würde für die Untersuchung eines kleinen Probekörpers mit zehn Millionen Lastwechseln schnell 10.000 Euro verschlingen. In der neuen Anlage betragen die Energiekosten laut Forscher lediglich 100 Euro.

Die Feuertaufe für das 1,2 Millionen teure Großgerät steht kurz bevor. Im Auftrag der Deutschen Bahn sollen die Forscher 120 Eisenbahnschienen untersuchen, die auf einem Teilabschnitt der neuen Hochleistungstrasse VDE8 von Nürnberg bis Leipzig zum Einsatz kommen sollen. Die neuen Informationen aus den Belastungstests sollen dann auch dem Brückenbau zugutekommen. 

Ein Beitrag von:

  • Patrick Schroeder

    Patrick Schroeder arbeitete während seines Studiums der Kommunikationsforschung bei verschiedenen Tageszeitungen. 2012 machte er sich als Journalist selbstständig. Zu seinen Themen gehören Automatisierungstechnik, IT und Industrie 4.0.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.