Crashsicherheit bei Schienenfahrzeugen

Besonderes Augenmerk liegt dabei auf Schienenfahrzeugen, wo einerseits immer mehr Crashsicherheit verlangt wird, andererseits aber aufgrund der hohen Kosten reale Crashtests nur in sehr beschränktem Ausmaß durchgeführt werden können. Mit Hilfe der Simulationsmodelle soll das Aufreißen von Schweißnähten in Zukunft besser abgeschätzt und vermieden werden.

Crashtests sind heutzutage nicht nur im Kraftfahrzeugsbereich Stand der Technik, sondern auch bei Schienenfahrzeugen. Im Zuge einer Zusammenarbeit mit Siemens Transportation Systems untersuchten TU-ForscherInnen nun im Rahmen eines von der Stadt Wien (ZIT) geförderten Forschungsprojektes speziell die Belastbarkeit von Schweißnähten bei Eisenbahnwagons im Falle eines Crashs. „Bei einem Zusammenprall werden nicht nur einzelne Strukturteile enormen Kräften ausgesetzt, sondern auch jene Stellen, an denen die Strukturteile aneinandergefügt werden.

Punktschweißungen spielen beim Crashverhalten von Kraftfahrzeugen eine wichtige Rolle. Im Gegensatz dazu sind viele Fügestellen bei Schienenfahrzeugen häufig in einem durchgeschweißt. Schweißnähte können im Falle eines Zusammenstosses aber immer kritisch sein“, betont Helmut Böhm, Vorstand des Institutes für Leichtbau und Struktur-Biomechanik der TU Wien.

Der Grund, warum Schweißstellen für Belastungen anfälliger sind, hängt mit der thermischen Beanspruchung, der sie ausgesetzt sind, zusammen. Das Metall wird an diesen Stellen aufgeschmolzen und kann dadurch seine Materialeigenschaften verändern. Anhand von Computersimulationen untersuchten Professor Böhm und Projektassistent Christian Grohs das inhomogene und wärmebeeinflusste Material von Schweißnähten. „Ziel ist, dass die Struktur bei einem Crash möglichst viel der kinetischen Energie aufnimmt.

Sie wird so gebaut, dass sie sich stark verformen kann und Faltenmuster entstehen können. Dadurch verringert sich die Verletzungsgefahr für die Insassen“, sagt Helmut Böhm. Christian Grohs ergänzt: „In Kooperation mit dem Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie wurde ein umfangreiches experimentelles Prüfprogramm definiert und abgewickelt, welches die Basis für die numerischen Untersuchungen bildet. Wir können die Testergebnisse dann nachrechnen und anhand dieser Infodaten verbesserte Modelle bauen. Die Versuchskörper wurden so definiert, dass sich die Schweißnähte an möglichst ungünstigen Positionen befinden, um im Versuch Versagen durch Aufreißen zu initiieren. Die Modelle dienen wiederum der Verbesserung der Konstruktion von Schienenfahrzeugen.“

Im Jahr 2008 wird auch eine Norm zur Kollisionssicherheit von Schienenfahrzeugen in Kraft gesetzt. Da die Crashversuche mit Schienenfahrzeugen sehr teuer sind, werden Crashfälle über Simulationen nachgewiesen. Dabei ist zu zeigen, dass sich die gezielten Verformungen von Schienenfahrzeugen im Kollisionsfall auf sogenannte Knautschzonen beschränken, die sich in Bereichen befinden, in denen sich keine Menschen aufhalten. Dr. Seitzberger, Crashexperte bei Siemens Transportation Systems: „Eine intensive grundlagen-orientierte Auseinandersetzung mit dem Thema passiver Sicherheit ist als essentiell für eine erfolgreiche künftige Projektabwicklung zu betrachten.

Das gegenständliche Projekt stellt für uns einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung des vorhandenen Know-hows und Kompetenzpotentials in diesem Bereich dar, und wird dazu beitragen, die Sicherheit moderner Schienenfahrzeuge weiter zu erhöhen.