Fahrdynamik – Einfluss des Kraftschlussbeiwerts (KSB) auf Reibwert, Geschwindigkeit und Bahnstromsysteme
Früher sprach man allgemein vom Reibwert zwischen Rad und Schiene.
Durch die vertiefte Forschung zur Wechselwirkung der Kontaktpaarung Rad/Schiene und zur Entwicklung moderner Bremssysteme erfolgte eine klare begriffliche Trennung:
Von Reibung im physikalischen Sinn spricht man beispielsweise bei der Reibpaarung zwischen Bremsbelag und Scheibe einer Scheibenbremse.
Zwischen Rad und Schiene hingegen entsteht eine Kraftübertragung, weshalb hier der Begriff Kraftschluss präziser ist.
Der KSB wird mit dem Formelzeichen μ beschrieben. Messungen zeigen, dass die Funktion μ = f(V) einen hyperbelähnlichen Verlauf aufweist:
Bei niedriger Geschwindigkeit ist μ hoch (ca. 0,3 – 0,5), während er mit zunehmender Geschwindigkeit auf etwa 0,15 abfällt.
Diese physikalische Abhängigkeit bestimmt wesentlich das Fahrverhalten und die Energieübertragung im Eisenbahnbetrieb.
Für sehr hohe Geschwindigkeiten beträgt dann der KSB etwa 0,15. Im europäischen Rahmen
(TSI) wurde für Hochgeschwindigkeitszüge der KSB beim Anfahren und beim Bremsen
festgelegt:
Beim Bremsen bis 200 km/h μ = 0,15, beim Anfahren von 200 bis 350 km/h μ = 0,15 linear abnehmend auf 0,10
Die Abhängigkeit des KSB von der Geschwindigkeit und die Eigenschaften des
Reihenschlussmotors (kann unter Last anlaufen) sind physikalische Ursache für die
Entwicklung des 16,7 Hz-Bahnstrom ist.
Die ausführliche Darstellung dieses Zusammenhanges sprengt hier den Rahmen.
Zwischen Rad und Schiene gibt es noch eine Querbewegung in Y-Richtung.
Der Radsatz kann sich im Rahmen des sog. Spurspieles auch in Y-Richtung bewegen.
Im Vortrag über die Fahrzeugkomponenten wird das Spurspiel genau beschrieben.
Wenn der Radsatz aber in Y-Richtung gleitet (rutscht) beeinflusst dies den KSB.
Es wird diskutiert, ob die Beziehung
μ Ƭ = const
gilt oder eine vektorielle Beziehung nach einem Kräfteparallelogramm gilt.
Ƭ
vermindert
μ
in der Maßgabe, dass bei einem geringeren μ die Zug-(Brems-)Kraft geringer wird.
Die modernere Forschung zeigt den KSB und den Reibwert als resultierender Wert verschiedener Parameter, die ihrerseits von weiteren Einflussgrößen abhängen.