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Göttinger Wissenschaftler forschen an neuen Hochgeschwindigkeitszügen

Mit Katapulttechnik zum Zug der Zukunft Göttinger Wissenschaftler forschen an neuen Hochgeschwindigkeitszügen

Eine ungewöhnliche Modelleisenbahnanlage ist in einer Halle auf dem Gelände des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) aufgebaut. Die Bahnstrecke hat nur ein Gleis, das 60 Meter schnurgeradeaus führt und in einem Haufen Styroporkugeln endet.

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Daniela Heine erforscht die Ausbreitung von Druckwellen bei der Tunneleinfahrt.

Quelle: Niemann

Göttingen. Statt simulierter Landschaften gibt es entlang der Strecke lediglich eine Haube aus Plexiglas, die mit Kabeln und Sonden bestückt ist.

Wissenschaftler können hier das Fahrverhalten von bis zu 400 Kilometern pro Stunde schnellen Zügen in Tunneln testen. „Diese Tunnelsimulationsanlage ist weltweit einzigartig“, sagt der Leiter des DLR-Instituts für Aerodynamik und Strömungsmechanik, Professor Andreas Dillmann. Das Ziel der Forscher ist ehrgeizig: Sie wollen einen Hochgeschwindigkeitszug entwickeln, der dem Flugzeug Konkurrenz machen kann.

Die Versuchsanlage ist Bestandteil des Projekts „Next Generation Train“,  mit dem sich Forscher aus neun DLR-Instituten seit mehreren Jahren beschäftigen. Auf den ersten Blick gleichen die Anforderungen, die der „Zug der Zukunft“ erfüllen soll, einer Quadratur des Kreises: Der Superzug soll um 25 Prozent schneller fahren können als aktuelle ICE-3-Züge. Gleichzeitig soll er mehr Passagiere transportieren und nur noch halb so viel Energie pro Sitzplatz verbrauchen.

Außerdem muss er die vorgeschriebenen Sicherheitsstandards erfüllen und so ausgelegt sein, dass er auch bei unterschiedlichsten Fahr- und Streckenverhältnissen nicht umkippt, abhebt oder entgleist. Als wäre das alles nicht schon kompliziert genug, soll der Zug der Zukunft auch noch weniger Lärm verursachen und mehr Komfort bieten.

Um diesen Fragestellungen nachgehen zu können, müssen die Forscher modellhaft möglichst reale Bedingungen simulieren können. Der Clou der Tunnelsimulationsanlage besteht in der Verbindung von modernster Messt- mit antiken Wehrtechniken.

Die Forscher hatten nach einer effizienten Methode gesucht, um Zugmodelle in kürzester Zeit beschleunigen zu können. Fündig wurden sie bei den alten Römern: Diese setzten vor 2000 Jahren sogenannte Torsionsgeschütze ein, um Pfeile auf ihre Gegner zu schießen, und erzielten dabei Geschwindigkeiten von bis zu 200 Stundenkilometern. Die Göttinger Anlage kombiniert die römische Katapulttechnik mit heutigen Flugzeugkatapulten.

Besonders kritisch ist bei Hochgeschwindigkeitszügen die Tunneleinfahrt. „Dabei entsteht eine Druckwelle, die ähnlich wie bei Überschallflugzeugen Knallgeräusche auslösen kann“, erläutert Daniela Heine. Die Physikerin untersucht seit vier Jahren die Ausbreitung dieser Druckwellen. „Je schneller der Zug und je enger der Tunnel, desto stärker ist die Druckwelle“, erklärt sie.

Um mehr Passagiere transportieren zu können, werden die neuen Züge doppelstöckig ausgelegt sein und damit eine deutlich höhere Querschnittsfläche haben. Damit nehmen sie auch mehr Tunnelfläche ein und lösen eine stärkere Druckwelle aus.

„Um zu verhindern, dass sich die Druckwelle im Tunnel auftürmt und am Ende einen lauten Knall erzeugt, muss der Druckanstieg bei der Einfahrt möglichst flach verlaufen“, erklärt die Physikerin. Hierfür hat sie bereits einen Lösungsansatz gefunden: Ein dem Tunnel vorgelagertes Portal mit vertikalen Lüftungsschlitzen kann die Druckwelle um bis zu 70 Prozent abschwächen.

Ein anderes Problem ist der Seitenwind. Schon bei Tempo 300 wird die Spitze von doppelstöckigen Zügen entlastet, bei Tempo 400 ist der Effekt entsprechend größer. „Bei starkem Seitenwind könnte der Triebkopf trotz eines Zuggewichts von hunderten von Tonnen kippen“, erläutert Sigfried Loose.  

Für den DLR-Standort Göttingen birgt die Zugforschung auch ein großes wirtschaftliches Potenzial. Weil der Zugverkehr immer mehr an Bedeutung gewinnt und vielerorts neue Hochgeschwindigkeitsstrecken gebaut werden, bekommen die Aerodynamik-Experten inzwischen Aufträge von Zugherstellern aus aller Welt.

Von Heidi Niemann

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