Mehr Sicherheit für Hochgeschwindigkeitszüge

José Luis López Gómez, inventor of a high-speed train guidance system

Gewinner des Publikumspreises

Jose Luis López Gómez, Erfinder eines Führungssystems für Hochgeschwindigkeitszüge

Es ist verlockend, in einem sanft schaukelnden Hochgeschwindigkeitszug ein Nickerchen zu machen – der halsbrecherischen Fahrtgeschwindigkeit von mehr als 300 km/h zum Trotz. Wenn diese Züge so schnell wie ein Formel-1-Rennwagen oder ein startendes Flugzeug dahinsprinten, sorgt eine ausgeklügelte Technik für die nötige Kurvenstabilität und gewährleistet so den Komfort und die Sicherheit der Fahrgäste.

Einer der Pioniere dieser Führungs- und Stabilisierungstechnologie ist José Luis López Gómez, der frühere technische Leiter des spanischen Eisenbahnherstellers Patentes Talgo. Seine Erfindung wurde 2007 vom EPA patentiert und sorgt dafür, dass die Räder des Zuges sicher auf den Schienen laufen und jederzeit ihre optimale Position einnehmen.

López Gómez hat mehr als vier Jahrzehnte an der Perfektionierung der Zugtechnologie von Talgo gefeilt und ein umfangreiches Patent-Portfolio innovativer Entwicklungen aufgebaut, die für den Erfolg der einzigartigen Konstruktion der Talgo-Züge entscheidend waren. Seine Methode zur Optimierung der Spurführung von Schienenfahrzeugen zählt dabei zu den bedeutendsten Leistungen.

Kein Berg zu steil

Bergregionen mit sehr kurvenreichen Zugtrassen stellen für Hochgeschwindigkeitszüge eine große Herausforderung dar. In Spanien - einem Land mit sehr vielen Bergen - hat Talgo diesem Hindernis einen Nutzen abgewonnen. Die Züge von Talgo verfügen über eine eher unkonventionelle, aber sehr erfolgreiche Konstruktion, denn die Räder sind nicht durch eine Achse verbunden, sondern einzeln montiert.

Auf diese Weise sinkt nicht nur das Gewicht; durch die einzigartige Konstruktion verlagert sich auch der Schwerpunkt nach unten, sodass die Talgo-Züge Kurven sicherer mit hoher Geschwindigkeit durchfahren können.

Um diese außergewöhnliche Konstruktion weiter zu verbessern, entwickelte López Gómez eine Reihe von Neuerungen. Die Wagen und die Räder der Talgo-Züge passen sich nun automatisch der Kurvenneigung an. So können die Fahrgäste die starken Kräfte, die beim schnellen Passieren einer Kurve auf den Zug wirken, gar nicht mehr wahrnehmen.

Das System von López Gómez nutzt die Zentrifugalkraft, um den Wagen in einer Kurve nach außen zu drücken. Es erkennt, ob und wann die Schiene eine Kurve beschreibt und richtet den Zug entsprechend aus. Auf diese Weise profitieren die Fahrgäste von einem angenehmeren Fahrverhalten, und die Talgo-Züge kommen auf kurvenreichen Streckenabschnitten 33 % schneller voran.

Auf der Schiene bleiben

Aufbauend auf dem Erfolg seines Neigetechniksystems richtete López Gómez seine Aufmerksamkeit darauf, wie sich die Räder der Talgo-Züge an die Schiene anpassen. In der Eisenbahntechnik ist seit langem bekannt, dass der Kraftschluss zwischen Rad und Schiene an deren Berührungspunkt nicht nur für erheblichen Verschleiß sorgt, sondern auch wesentlich zur Stabilität des Zuges beiträgt.

Nur eine kleine, elliptische Fläche der Zugräder berührt die Schiene, sodass sich der Reibungswiderstand erheblich reduziert. Im Gegensatz zum Autoreifen, der die Straße über seine gesamte Breite mit einer flachen Auflagefläche berührt, hat ein Zugrad an der Außenseite einen geringeren Durchmesser als an der Innenseite. Diese leicht konische Form minimiert nicht nur die Fläche, die mit der Schiene in Berührung kommt, sondern gewährleistet außerdem einen reibungslosen Lauf der Räder ohne Gleiten oder Schleifen.

Beim Durchfahren einer Kurve legen die äußeren Räder einen geringfügig weiteren Weg zurück als die inneren Räder. Dank der konischen Radform und des geringeren Durchmessers an der Außenseite können die äußeren Räder diese weitere Strecke problemlos überbrücken und drehen sich dabei idealerweise genauso schnell wie die inneren Räder.

Eine neue Art der Zugradführung

Die vom EPA im Jahr 2007 patentierte Innovation von López Gómez optimiert diese Bewegung auf folgende Weise: Sie erkennt die exakte Geschwindigkeit, mit der ein Rad sich dreht, und berechnet dann genau, welcher Teil des Rades die Schiene berührt. Anhand dieser Informationen kann das Neigetechniksystem des Zuges dafür sorgen, dass konstant der optimale Berührungspunkt beihalten wird.

Diese Technologie ist besonders nützlich, wenn ein Zug in eine Kurve einfährt bzw. aus dieser herauskommt, da die vorherigen Technologien noch nicht in der Lage waren, den Kontakt zwischen Rad und Schiene in Bezug auf eine Optimierung von Sicherheit und Komfort zu verbessern.

Das System hat sich zwar noch nicht umfassend durchgesetzt, wird aber bereits in einer Reihe von Testfahrzeugen eingesetzt - mit vielversprechenden Ergebnissen. Die Tests zeigen, dass sich genau die optimalen Flächen von Rädern und Schienen berühren. Darüber hinaus verhindert das System Quietschgeräusche, mindert den Verschleiß und steigert den Fahrtkomfort erheblich.

Talgo – fit für den globalen Markt

Der erste Talgo-Zug wurde im Jahr 1942 in Spanien gebaut und hat zahlreiche Geschwindigkeitsrekorde aufgestellt. Seitdem hat das Unternehmen viele weitere Zuggenerationen gebaut, die in Spanien oder weltweit in Betrieb genommen wurden. Dank eines automatischen Spurwechsellaufwerks bieten die Talgo-Züge eine veränderliche Spurweite - bei Bedarf kann innerhalb von höchstens vier Sekunden pro Achse von der spanischen Spurweite (1.668 mm) auf eine andere Weite umgestellt werden (die Standardspurweite in Europa beträgt 1.435  mm).

Diese Eigenschaft, an deren Entwicklung López Gómez ebenfalls mitgewirkt hat, trug wesentlich zum Erfolg des Unternehmens im Ausland bei. Talgo-Züge werden außer in Spanien auch in Frankreich, der Schweiz, Italien, Portugal, Kasachstan, Kanada und den USA eingesetzt.

Ein Leben im Zeichen des Zugs

Der im Jahr 1941 geborene Jose Luis López Gómez studierte Ingenieurwesen am Instituto Católico de Artes e Industrias (ICAI) der Universidad Pontificia Comillas in Madrid. Nachdem er erste Berufserfahrung als Maschinenschlosser und Zerspanungsmechaniker bei anderen Unternehmen gesammelt hatte, wechselte er 1967 als Produktionstechniker zu Patentes Talgo. Im Laufe seiner Karriere hatte er verschiedende leitende Positionen inne, bevor er 1990 technischer Leiter (Director Técnico) des Unternehmens wurde.

1996 wurde López Gómez zum technologischen Generaldirektor (Director General de Tecnología) ernannt und bekleidete diesen Posten bis zu seiner Pensionierung im Jahr 2004. Seitdem steht er der Unternehmensführung weiterhin als Berater zur Verfügung.

Seine Methoden zur Optimierung der Führung von Eisenbahnfahrzeugen haben in vielen technologischen Neuerungen der Firma Talgo eine entscheidende Rolle gespielt. Das Fahrverhalten von Hochgeschwindigkeitszügen hat sich in Bezug auf Stabilität und Komfort verbessert, und die Talgo-Züge sind ernstzunehmende Konkurrenten für die Luftfahrtindustrie.


Funktionsweise

Die von José Luis López Gómez patentierte Methode zur Optimierung der Führung von Schienenfahrzeugen kommt in Zügen mit Losradsätzen zum Einsatz, deren Räder sich unabhängig voneinander drehen, z. B. den Hochgeschwindigkeitszügen von Talgo.

Die Erfindung nutzt ein elektronisches System, das erkennt, wenn die Räder von ihrer optimalen Position in der Mitte der Schienen abweichen. Es umfasst außerdem eine automatische Mechanik, die die Räder wieder in diese optimale Position bringt.

Beim Durchfahren einer Kurve bewirkt die Zentrifugalkraft eine seitliche Bewegung der Zugräder, wobei sie häufig ihre optimale Laufposition verlassen.

Aufgrund ihrer konischen Form (innen breiter als außen) haben die äußeren Räder eine größere Lauffläche auf der Schiene als die inneren Räder. Daher können die äußeren Räder in Kurven den zusätzlichen Weg überbrücken, den sie gegenüber den inneren Rädern zurücklegen müssen. Idealerweise drehen sie sich genauso schnell wie die inneren Räder, die dank ihres geringeren Durchmessers an der Außenseite die kürzere Wegstrecke im Kurveninneren ausgleichen können.

Scheren die Räder seitlich zu weit aus, stoppt ein 28 mm hoher Wulst an der Innenkante des Rades (ein sogenannter Spurkranz) diese Seitwärtsbewegung und verhindert ein Abrutschen der Räder von der Schiene und damit das Entgleisen des Zuges. Berührt der Spurkranz die Schiene, wird mehr Reibung erzeugt, was sich häufig in Quietschgeräuschen und Erschütterungen der Wagen äußert.

Bei dem von López Gómez entwickelten System wird mithilfe präziser Computertechnologie die Rotationsgeschwindigkeit der einzelnen Zugräder gemessen und anschließend der Berührungspunkt mit der Schiene errechnet. Weicht ein Rad von seiner optimalen Position ab, wird es von der automatischen Mechanik wieder auf Kurs gebracht.

Rasantes Wachstum des Marktes für Hochgeschwindigkeitszüge

Die Erfindungen von López Gómez haben erheblich zum Erfolg des Unternehmens beigetragen und es Talgo erlaubt, sich in die exklusive Riege der wenigen Hersteller von Hochgeschwindigkeitszügen einzureihen.

Im Zeitraum 2008 bis 2011 wuchs die Flotte der weltweit in Betrieb befindlichen Hochgeschwindigkeitszüge von Talgo von 1.737 auf 2.517 an. Zwischen 2009 und 2011 stieg die Länge des Streckennetzes für Talgo-Züge sprunghaft von 10.700 km auf knapp 17.000 km.

Außerdem ist in nächster Zeit nicht mit einer Stagnation dieses Marktwachstums zu rechnen. Schätzungen zufolge wird die weltweite Talgo-Flotte bis 2014 mehr als 3.700 Fahrzeugeinheiten umfassen, die auf einem deutlich erweiterten Schienennetz verkehren (voraussichtlich 43.000 km weltweit). Im Laufe der nächsten zwei Jahre wird die Zahl der Länder, in denen Hochgeschwindigkeitszüge verkehren, auf 24 steigen.

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