Analyse bremsinduzierter Schwingungen bei Schienenfahrzeugen

Reibungsinduzierte Schwingungen (FIV) in Scheibenbremssystemen von Schienenfahrzeugen stellen nach wie vor ein zentrales Problem dar, da sie die Geräuschemission, den Fahrkomfort und die strukturelle Dauerfestigkeit beeinflussen. In den vergangenen Jahrzehnten wurden zahlreiche Studien zur Modellierung und Analyse von reibungsinduzierten Schwingungen in Schienenfahrzeugbremssystemen durchgeführt. Eine präzise Modellierung dieses Phänomens ist jedoch aufgrund seines nichtlinearen Charakters und der Vielzahl einflussreicher Parameter eine große Herausforderung. Viele Arbeiten haben die Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Analyse des Schwingungsverhaltens während des Bremsvorgangs eingesetzt. Obwohl diese Methode effektiv ist, weist sie Einschränkungen bei der Anwendung auf großskalige Modelle auf, da der Rechenaufwand proportional zur Modell- bzw. Netzgröße ansteigt. Als Alternative bietet die starr-elastisch gekoppelte Mehrkörpersimulation (MKS) das Potenzial, hinreichend genaue Simulationen großskaliger Modelle – wie etwa eines vollständigen Drehgestells – bei gleichzeitig reduziertem Rechenaufwand zu ermöglichen. In dieser Arbeit wird die Modellierung eines Laufdrehgestells für einen Personenwagen untersucht. Parallel dazu wird ein neuartiger experimenteller Ansatz unter Verwendung eines elektrisch angetriebenen Bremsenprüfstands vorgeschlagen, um die Modellierungsmethode zu validieren. Die experimentelle Methode umfasst drei Testphasen und zielt darauf ab, Eigenschaften vom lokalen Kontaktverhalten bis hin zu systemweiten Wechselwirkungen zu erfassen. Die Studie zeigt, dass der vorgeschlagene starr-elastische MKS-Ansatz eine effiziente und praxisnahe Alternative zu vollständigen Finite-Elemente-Modellen für die Analyse systemweiter Schwingungen in einem bestimmten Frequenzbereich darstellt. Die Ergebnisse liefern wertvolle Einblicke in die Mechanismen der reibungsinduzierten Schwingungen und das Projekt zielt darauf ab, einen effizienten Auslegungsprozess für Schienenfahrzeugbremssysteme zu etablieren.