Die voestalpine zählt zu den weltweit führenden Stahl- und Technologiekonzernen und ist Weltmarktführer bei Bahninfrastruktursystemen. Mit ihrer Tochtergesellschaft voestalpine Railway Systems GmbH bringt der Konzern Komponenten und Systemkompetenzen sowie Simulations- und Digitalisierungsexpertise in das Konsortium von Rail4Future ein. Dr. Stephan Scheriau gibt Einblicke in die aktuelle Forschung, seine Erfahrungen im Projekt und die Potentiale durch Digitalisierung. Er leitet im Rahmen von Rail4Future den Bereich der Area 2: „Reliable Railway Tracks“.
Optimierung durch Digitalisierung
Der europäische Eisenbahnsektor ist wirtschaftlich, strategisch und für die Ökologisierung des Transportsektors von zentraler Bedeutung. Zur Bewältigung der künftigen Kapazitätssteigerungen, muss besonders die Verfügbarkeit aber auch die Robustheit des Bahnsystems weiter optimiert werden. „Um diesen gesellschaftlich äußerst relevanten Sektor grün, anpassungs- und wettbewerbsfähig in die Zukunft zu führen, bedarf es einer essenziellen digitalen Weiterentwicklung. Die Forschungen im Rahmen von Rail4Future zur Entwicklung einer neuartigen und vollständig virtuellen Validierungsplattform für Simulationen ganzer Bahnstrecken soll dies unterstützen“, so Dr. Scheriau.
Rail4Future als Leuchtturmprojekt
Besonders unterstreicht Dr. Scheriau den innovativen Forschungsansatz von Rail4Future, der ein tiefgreifendes Grundverständnis des Gesamtsystems Bahn durch Analyse der Interdependenzen von Komponenten, Subsystemen und konstitutiven Strukturen schafft. „Dadurch wird es zukünftig möglich sein, innovative Infrastrukturkomponenten, Betriebsszenarien, neuartige Schienenfahrzeuge etc. und deren Interdependenzen virtuell, im Gesamtsystemkontext darzustellen“, erklärt Dr. Scheriau.
Rail4Future wird als Leuchtturmprojekt gesehen, welches eine gemeinsame, domain-übergreifende Forschung erstmal in diesem Umfang verwirklicht und ermöglicht. Dafür ist der fachliche Austausch mit Betreibern, Rollmaterialherstellern und wissenschaftlichen Experten in einer intensiven Kooperation eine unbedingte Voraussetzung. Der vorherrschende hohe Kooperations- und Innovationsgeist, aber auch die große Motivation der oben genannten Partner im Projekt sind jedenfalls ein wertvolles Fundament für diese Forschungsarbeiten.
Digitalisierung am Beispiel
Im Projekt bringt voestalpine Railway Systems GmbH – wie eingangs erwähnt – Komponenten und Systemkompetenzen sowie Simulations- und Digitalisierungsexpertise ein. Was Digitalisierung leisten kann, führt Dipl.-Ing. Dr. Scheriau anhand von drei konkreten Beispielen aus:
„Mithilfe der Mehrkörpersimulation und der weiterentwickelten Schädigungsmodelle ist ein Grundgerüst für die Prognose des Fahrwegverhaltens bzgl. Verschleiß, Rollkontaktermüdung und Gleislage für gesamte Streckenabschnitte erstellt und validiert worden.“ Die Abwicklung der Daten aus diesen Berechnungen erfolgen bereits in der „Simulation Platform for Railway Systems“, ein Bereich der Area 1 im Projekt.
Für hochbelastete Komponenten in der Weiche wie dem „Herzstück“ und der „Zungenschiene“ wurde ein Modell zur Prognose der Profilveränderung erstellt. „Damit die Veränderungen durch Verschleiß und Plastifizierung für unterschiedliche Werkstoffe erfasst werden können, wurden an „Herzstücken“ im Labor umfangreiche Untersuchungen angestellt. Das Ergebnis ist ein für den jeweiligen Werkstoff entwickeltes Materialmodell, das in der Simulation zur Prognose der Zustandsveränderung verwendet wird“, erklärt Dr. Scheriau.
Ein hochkomplexes Thema für die Forschung ist auch die Interaktion zwischen Fahrzeug und Fahrweg. Dabei wird die Wechselwirkung im Rad-Schiene-Kontakt zwischen Fahrzeug und Gleis simuliert. „Das dazu entwickelte Modell ist in der Lage, komplexe Beanspruchungen an Fahrwegkomponenten abzubilden und die entsprechenden Fahrzeugreaktionen zu berechnen. Durch das Modell wird das Systemverständnis vertieft und die Komplexität in der Fahrzeug-Fahrweg Interaktion korrekt abgebildet“, so Dr. Scheriau.
Vision „digital unterstützter Bahnsysteme“
Das System Bahn, davon ist Dr. Scheriau überzeugt, wird in der Zukunft noch viel weiter digitalisiert sein als heute: „Unsere Vision beschreibt digital unterstützte Bahnsysteme, welche den Betreibern selbstständig Daten über ihren Zustand liefern. Das kann Wartungsprozesse wesentlich vereinfachen bzw. trägt dazu bei, dass sich die Streckenverfügbarkeit erhöht. Weiters sollen auch die laufenden Kosten des Bahnbetriebs mittel- bis langfristig sinken, während gleichzeitig die Auslastung steigt“.
Über voestalpine
Die voestalpine ist ein weltweit führender Stahl- und Technologiekonzern mit kombinierter Werkstoff- und Verarbeitungskompetenz. Die global tätige Unternehmensgruppe verfügt über rund 500 Konzerngesellschaften und -standorte in mehr als 50 Ländern auf allen fünf Kontinenten. Sie notiert seit 1995 an der Wiener Börse. Mit ihren Premium-Produkt- und Systemlösungen zählt sie zu den führenden Partnern der Automobil- und Hausgeräteindustrie sowie der Luftfahrt- und Öl- & Gasindustrie und ist darüber hinaus Weltmarktführer bei Bahninfrastruktursystemen, bei Werkzeugstahl und Spezialprofilen. Die voestalpine bekennt sich zu den globalen Klimazielen und verfolgt mit greentec steel einen klaren Plan zur Dekarbonisierung der Stahlproduktion.