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Auf Rädern und Schienen - wie auch anderen technischen Bauteilen und durch Rollen beanspruchten Flächen - treten wellige Verschleißformen auf, die sich negativ auf die Sicherheit, die Unterhaltungskosten und die Laufruhe der mechanischen Systeme auswirken. Die beiden Photos zeigen kurzwellige Verschleißformen auf Rädern und Schiene. Rechts ist eine langwellige typische Verschleißformation, die Polygonalisierung, schematisch dargestellt.
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Eine Eigenschaft dieser welligen Verschleißformationen ist ihr wiederkehrendes und regelmäßiges Auftreten, ohne daß sie im strengen Sinn periodisch sind. Sie treten nicht überall auf, dafür an einigen Stellen besonders verstärkt. Die Ursachen hierfür sind weitgehend ungeklärt.
Die Untersuchungen der vergangenen Jahre zum Verschleiß der Räder in
Hochgeschwindigkeitszügen u. a. im
Vorgängerprojekt "Störungsmodelle welliger Verschleißformen"
haben das Ziel, Abhilfemaßnahmen zur Verschleißoptimierung vorzuschlagen, in erreichbare
Nähe gerückt. So wurde gezeigt, daß das Entstehen welliger Verschleißformen
der Regelfall und nicht die Ausnahme ist. Außerdem wurde ein Algorithmus vorgeschlagen, mit
dem rechenzeitintensiv aber zuverlässig Verschleißformationen quantitativ vorhergesagt
werden können. Der Algorithmus basiert auf der Grundeigenschaft verschleißender
mechanischer Systeme, daß die Zeitskalen des Verschleißes und der Dynamik sehr
verschieden sind und daß der Verschleiß vom gemittelten Bewegungsverhalten beeinflußt
wird - hingegen von kurzzeitigen Änderungen weitgehend unabhängig ist. Er wurde an
einfachen 3D-Radsatzmodellen und zweidimensional ausgedehnten Laufflächen getestet. Typische
Verschleißmuster wurden bestätigt.
In dem laufenden Projekt "Kooperative numerische Methoden der Verschleißberechnung" soll der Algorithmus auf realistische Radsatzmodelle angewandt werden, wie sie z. B. von der Arbeitsgruppe an der Universität Stuttgart im Projekt "Rotordynamik elastischer Radsätze unter Einbeziehung der Kontaktmechanik unrunder Räder" entwickelt werden. Es sollen Parameterstudien hinsichtlich der Systemparameter wie Fahrgeschwindigkeit, Materialeigenschaften, Rad- und Schienenprofil durchgeführt werden. Anhand dieser Studien soll das Verschleißverhalten optimiert werden.
Ein weiteres interessantes Arbeitsgebiet ist der Vergleich unterschiedlicher Verschleiße, von der Abrasionsphase bis zu Modellen mit internen Zustandsparametern. Bei der Anwendung des Algorithmus sollen ein Mechanikmodul und ein Verschleißmodul über eine allgemeine Schnittstelle untereinander kooperieren, so daß auch andere Arbeitsgruppen ihre Ergebnisse unproblematisch einbinden können und ein Netzwerk zur realitätsnahen Simulation eines erweiterten Rad-Schiene-Systems aufgebaut wird.