Reibungseffekte in Rollkontakten aufgrund von Suspensionen

Reibungseffekte spielen sowohl in der Natur, z.B. bei Lawinen und Hangrutschungen, als auch in der Technik eine wichtige Rolle. Auch im Alltag können wir uns dem Thema Reibung nur schwer entziehen, Beispiele dafür sind das sichere Gehen auf diversen Untergründen, z.B. Asphalt, Eis, Schotter, oder das Lenken von Fahrzeugen, bei dem die Reibung im Reifen-Asphalt Kontakt wesentlich die Fahrdynamik und somit die Fahrsicherheit beeinflusst. Im Eisenbahnbetrieb ist die Reibung ebenfalls von großer Bedeutung. In den Kontakten zwischen Rädern von Schienenfahrzeugen und Eisenbahnschienen beide aus Stahl gefertigt ist Reibung notwendig, um die benötigten Antriebs- und Bremskräfte zu übertragen. Diese sind für einen zuverlässigen und vor Allem sicheren Eisenbahnbetrieb notwendig. Unter normalen Umständen reicht die Reibung im Rad-Schiene Kontakt dafür auch aus, es gibt jedoch Bedingungen, bei denen sehr niedrige Reibungswerte auftreten können. Dadurch wird das erwähnte zuverlässige Antreiben und sichere Bremsen erschwert, was den zusätzlichen Einsatz von technischen Hilfsmitteln, wie z.B. das Einbringen von Sand in den Rad- Schiene Kontakt, notwendig macht. Ein Beispiel für das Auftreten von sehr niedrigen Reibwerten stellen herbstliche Bedingungen dar, bei denen Blätter auf die Schienenoberfläche fallen, die sich mit Wasser vermengen und beim Überfahren Reibungsverhältnisse erzeugen, die geschmierten Bedingungen sehr nahekommen. Als weiteres Beispiel soll das sogenannte wet-rail (nasse-Schiene) Phänomen angeführt werden. Dabei vermengen sich kleinste Verschleißpartikel von Rädern und Schienen, Eisenoxide sowie andere Festkörperpartikel mit geringen Mengen von Wasser, wodurch sich pastöse Substanzen auf Schienenoberflächen bilden, die ebenfalls zu solchen unerwünschten niedrigen Reibwerten führen können. Unangenehm dabei ist es, dass dieses Phänomen im Gegensatz zu den niedrigen Reibwerten verursacht durch Blätter wesentlich zufälliger auftritt und somit technisch wesentlich schwerer beherrschbar ist. Ein Grund dafür ist z.B. die natürliche Verdunstung des Wasseranteils, wodurch sich die Festkörperpartikelkonzentration permanent zeitlich und entlang des Gleises ändern kann. Ziel des Projektes ist es, dieses wet-rail Phänomen zu erforschen und somit besser zu verstehen. Dafür werden innovative Laborversuche mit physik-basierten Simulationsmodellen kombiniert, bei denen die dynamische Interaktion zwischen Festkörperpartikeln und Flüssigkeiten zwischen rauen Rad-Schiene-Oberflächen betrachtet wird. Das vorliegende Projekt basiert auf einer internationalen Kooperation. Die Experimente werden an der Brno University of Technology durchgeführt, während die Entwicklung der Simulationsmodelle bei Virtual Vehicle Research GmbH angesiedelt ist. Die Ergebnisse des Projektes sollen einen wesentlichen Beitrag zur Erforschung komplexer Reibungseffekte liefern, der weit über den konkreten Anwendungsfall Rad-Schiene Kontakt hinausreicht.