Wofür steht Rail Tec Arsenal?

Rail Tec Arsenal ist nicht auf Gewinn, sondern auf Kostendeckung ausgerichtet. Als internationales Forschungs- und Testzentrum agiert RTA  neutral und unabhängig. Jedem Kunden werden dieselben Leistungen zu denselben Konditionen angeboten. Ob Straßenbahn oder Autobus, ob LKW oder Hochgeschwindigkeitszug, es wird niemand bevorzugt. Kundendaten und Testergebnisse werden absolut vertraulich behandelt, selbstverständlich sind auch alle Mitarbeiter zur Geheimhaltung verpflichtet.

Rail Tec Arsenal baut als internationales Kompetenzzentrum im Bereich thermischer Fahrgastkomfort ständig das spezifische Fachwissen aus. Neben der Durchführung von Zertifizierungstests und Versuchen im Klima-Wind-Kanal bietet RTA auch Beratungsleistungen, Studien und Auftragsentwicklungen in Bereichen wie Fahrzeugklimatisierung und thermischer Komfort an.

Eine gute Auslastung der Anlage ermöglicht es, attraktive Testpreise anzubieten. Die Kundenstruktur ist breit, Bedarfsschwankungen in einzelnen Branchen können daher besser ausgeglichen werden. Neben den Schienenfahrzeugherstellern und Bahnbetreibern zählen Nutzfahrzeughersteller (LKW und Bus) ebenfalls zum Kerngeschäft. Darüber hinaus testet RTA Seilbahnen, Stromversorgungseinrichtungen, Signalanlagen, Komponenten aus der Luftfahrtindustrie, Fassadenelemente und alle sonstigen technischen Einrichtungen, die unter extremen Witterungsbedingungen zuverlässig funktionieren müssen.

Die Entstehungsgeschichte der Fahrzeugversuchsanlage im Wiener Arsenal

Seit dem Jahr 1961 wurde in Wien am Gelände des ehemaligen Arsenal eine "wärme- und kältetechnische Versuchsanlage für Eisenbahnfahrzeuge" geführt. Sie entstand aus einer Gemeinschaftsarbeit des Forschungs- und Versuchsamtes (Office de Recherches et d' Essais, ORE, Utrecht), des Internationalen Eisenbahnverbandes (UIC, Paris) und des Bundesministeriums für Handel und Wiederaufbau. Die Republik Österreich stellte das benötigte Baugelände zur Verfügung. Es ergab sich damit die günstige Gelegenheit, die neue Fahrzeugversuchsanlage in die schon bestehende Bundesversuchs- und Forschungsanstalt für Wärme-, Kälte- und Strömungstechnik im Wiener Arsenal einzubeziehen. Zahlreiche europäische Bahnverwaltungen sowie die Republik Österreich erklärten sich zur gemeinsamen Finanzierung dieser Anlage bereit.

Am 18. September 1958 war der Baubeginn der Fahrzeugversuchsanlage.

Diese bestand aus zwei Kammern, einer Standversuchskammer und einer Fahrversuchskammer.

Am 22. Juni 1961 konnte die Anlage feierlich in Betrieb genommen werden.

In der Erstausstattung konnten in beiden Kammern voneinander unabhängig Temperaturen von - 40° bis + 50°C erzeugt werden. In der Fahrversuchskammer wurden Windgeschwindigkeiten bis 120 km/h bei - 15°C Tieftemperatur erreicht. Nach mehreren Upgrades und einem großen Umbau in den Jahren 1973/74 reichten das Temperaturspektrum von - 50°C bis + 50°C und die simulierbare Fahrgeschwindigkeit durch Winderzeugung bis 250 km/h.

Machbarkeitsstudie zur Bedarfsanalyse

Das absehbare Ende der technischen Nutzungsdauer der Fahrzeugversuchsanlage im Wiener Arsenal erforderte die Auseinandersetzung mit der Frage nach einem Nachfolgeprojekt.

Um die weltweit einmalige Kompetenz für Klimaversuche an Schienenfahrzeugen in Wien zu erhalten, wurde im Jahr 1997 eine Machbarkeitsstudie über Bedarf, Standort und Finanzierungsmodell eines neuen Klima-Wind-Kanals erstellt.

Alleine die Unterstützung der Studie durch 13 Schienenfahrzeughersteller und durch den Internationalen Eisenbahnverband (UIC) machte das große Interesse der europäischen Schienenfahrzeugindustrie an einem neuen Klima-Wind-Kanal deutlich. Das Österreichische Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie und das Österreichische Prüf- und Forschungszentrum Arsenal, als Betreiber der "Altanlage" und Know-how Geber, brachten die Bereitschaft der öffentlichen Hand zur Unterstützung dieses Vorhabens ein.

Die Machbarkeitsstudie ergab den weiterhin bestehenden Bedarf an einem Testzentrum für Klimaversuche. Es zeigte sich, dass zu den Anwendern neben den Schienenfahrzeugherstellern künftig auch vermehrt Strassenfahrzeughersteller (Nutzfahrzeuge) zu zählen sind. Eine grosse Anlage sollte genügend Kapazität für Klimatests an Eisenbahnen, Bussen und LKWs bieten. In weltweit durchgeführten Befragungen der Fahrzeughersteller wurden alle relevanten Leistungsmerkmale, Kenngrößen und Funktionen erhoben und so die Anforderungen an einen modernen Klima-Wind-Kanal erfasst.

Public Private Partnership Modell

Aufgrund der hohen Investitionskosten von € 65 Mio. und der langen Refinanzierungsdauer wurde ein Public Private Partnership Modell gewählt.

In einer derartigen Zusammenarbeit zwischen der Öffentlichen Hand und dem privaten Sektor werden die Vorteile beider Seiten vereint. Die Bonität und langfristige Finanzierungsfähigkeit des Staates und die Flexibilität der Privatwirtschaft in der Unternehmensführung.

Zur Finanzierung des Projektes wurde die in Bundesbesitz befindliche Schieneninfrastrukturfinanzierungs-Gesellschaft m.b.H. (SCHIG) als Public Partner ausgewählt. Über die 1999 gegründete Tochtergesellschaft Rail Test & Research GmbH (RTR) wurde die Errichtung der Anlage sichergestellt. Die RTA Rail Tec Arsenal Fahrzeugversuchsanlage GmbH (RTA) als Private Partner pachtet den Klima-Wind-Kanal für 35 Jahre und zeichnet für die internationale Vermarktung und die wirtschaftliche Betriebsführung der Anlage verantwortlich.

Am 1. März 1999 wurde der Projektvertrag zwischen der Errichtergesellschaft Rail Test & Research GmbH und der Betreibergesellschaft Rail Tec Arsenal abgeschlossen.

Die Republik Österreich und die Stadt Wien unterstützten das Projekt mit Eigenkapital und mit langfristigen Darlehen, es gab jedoch keinerlei Fördermittel.

Bau der Anlage durch einen Totalunternehmer

Zu Beginn der Errichtungsphase wurde die Ingenieurgemeinschaft Klima-Wind-Kanal Wien (IGW), bestehend aus JBG Gauff Ingenieure, Dornier SystemConsult und Gauff Rail Engineering zum Bauherrenvertreter bestellt, um die Projektabwicklung technisch kompetent zu begleiten und zu überwachen.

In einer internationalen funktionalen Ausschreibung wurde im Sommer 2000 die ARGE Klima-Wind-Kanal Wien, bestehend aus den Unternehmen MCE AG, AIOLOS und VA TECH Elin EBG GmbH als Bestbieter ausgewählt.

Für die Gesamtkoordination des Projektes war die MCE AG zuständig. Das Österreichische Unternehmen errichtete die Gebäudehülle und den Stahlbau. Der Kanadische Windkanalspezialist AIOLOS Engineering Corporation brachte die Windkanaltechnologie, die Windkanalsteuerung, die Rollenprüfstände und die Solarsimulation ein. VA TECH Elin EBG lieferte die gesamte Elektrotechnik, das Abgassystem, die Regen-/Schneesimulation und die komplette technische Gebäudeausrüstung.

Nach einer Detailplanungsphase erfolgte am 8. März 2001 der Spatenstich. Die tatsächliche Errichtung der Anlage auf den Paukergründen in Wien, Floridsdorf begann. Bereits fünfzehn Monate später, im Juni 2002, wurde mit "Wind On" der kleinere der beiden Klima-Wind-Kanäle zum ersten Mal in Betrieb genommen und die abschließende Testphase gestartet.

Ende Dezember 2002 wurde die Anlage nach weniger als zwei Jahren Bauzeit "in time and in budget" fertig gestellt und von der Errichtergesellschaft Rail Test & Research GmbH an die Rail Tec Arsenal zum Betrieb übergeben.

Anlagenlayout

Design der Klima-Wind-Kanäle

Bei jedem der beiden Klima-Wind-Kanäle steht eine Messwarte mit Besprechungsraum für den Kunden zur Verfügung.

Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Kanälen zeigt sich in der Länge ihrer Messstrecken. Beim großen KWK beträgt diese 100 m, genug, um einen Zug aufnehmen zu können, der aus einem Triebkopf und zwei Waggons besteht. Im kleinen KWK ist die Messstrecke 31 m lang; das reicht für einen Waggon, einen ganzen Lastzug oder einen Bus.

An den kleinen KWK ist direkt eine Vorwärmkammer angeschlossen, die einerseits zur Vortemperierung von Fahrzeugen (Angleichen der Materialtemperaturen) aber auch für die Durchführung von Klima-Wechseltests (z.B. thermische Simulation des Durchfahrens eines Tunnels im Winter) genutzt werden kann.

Zwei getrennte Vorbereitungshallen bieten über eine eigene Zutrittskontrolle Platz für Aufbau-, Entwicklungs- und Umrüstarbeiten.

Aufbau grosser Klima-Wind-Kanal 

Aufbau kleiner Klima-Wind-Kanal 

Allgemeine Messdatenerfassung

Die allgemeine Datenerfassung unterteilt sich in die anlagenspezifischen Parameter, die über ein Bus-System vom Leitrechner abgefragt werden, und die mobilen Datenerfassungssysteme, die für den versuchsspezifischen Messstellenaufbau eingesetzt werden.

Mit den mobilen Datenerfassungssystemen können bis zu 1.000 Messstellen erfasst werden. Die hierfür zum Einsatz kommenden Messmittel reichen von Lufttemperatur-, Oberflächentemperatursensoren, Luftfeuchtefühler, Niedergeschwindigkeitsanemometer bis hin zu Drucksensoren für Kältemitteldrücke, Weg-, Kraft- und Schwingungsaufnehmer, Strom-, Spannungs- und Leistungswandler etc.

Für die Temperaturmessung kommen vorwiegend PT100 zum Einsatz. Für die PT100 Messung sind spezielle Einschubkarten in den Datenerfassungssystemen vorhanden. Alle anderen Sensoren werden über normale Spannungseinschubkarten mit einstellbarem Messbereich erfasst.

Das elektrische Signal eines jeden Messfühlers wird in einem zentralen Rechner mit seinen spezifischen Kalibrierkoeffizienten in einen physikalischen Wert umgerechnet und am Server gespeichert.

Diese Messwerte sind online für den einzelnen Kunden jederzeit verfügbar. Die Versuchsauswertung erfolgt entsprechend den Kundenbedürfnissen parallel zur Durchführung der Tests und liegt bei Abschluss der Versuche vor.

Thermographie

Thermographische Untersuchungen werden einerseits zur qualitativen Beurteilung der Wärmedämmung der Wagenkastenkonstruktion eingesetzt und andererseits auch zur Beurteilung und Überprüfung der Oberflächentemperaturverteilung in der Behaglichkeitszone herangezogen (z.B. Temperatur des Fensterrahmens).

Versuche werden unter kontrollierten Umgebungsbedingungen durchgeführt. Aufnahmen (volle Wagenkastenhöhe) von der Außenseite können wegen der beengten Platzverhältnisse in den Klima-Wind-Kanälen nur über einen Spiegel gemacht werden. Dabei wird die Außenwand abschnittsweise thermographiert, die Einzelbilder werden dann EDV-gestützt zu je einem Bild pro Wagenwand zusammengesetzt.

Mit Hilfe der Thermokamera können auch Störungen in elektrischen Anlagen, die zur Erwärmung von Bauteilen führen, erkannt werden. Ebenso kann der Verlauf der Erwärmung bzw. Abkühlung verschiedener Aggregate beobachtet werden (Erstellung von Videosequenzen).

Tröpfchenmessgerät Spraytec

Bei speziellen Messungen mit dem Sprührigg ist ein Nachweis der geforderten Tröpfchengröße und deren Verteilung notwendig. Hierfür steht das System zur Spray- und Aerosolmessung von Malvern, Type RTS5A2C Spraytec mit IP65, mit einem Messbereich 0,5 µm bis 200 µm, zur Verfügung.

Foto und Videodokumentation

Neben dem Prüfbericht auf Papier werden die Daten und Berichte auch auf CD-ROM weitergegeben. Letztere zeichnen sich durch eine Interaktivität für den Betrachter aus. Im Prüfbericht eingearbeitete Bilder und Videos können durch Anklicken aktiviert werden.

Speziell bei der Durchführung von Funktionstests ist eine anschauliche Ergebnispräsentation unter Verwendung der jeweils modernsten technischen Hilfsmittel sehr wichtig. Es werden Fotos und Videos aufgenommen, Diagramme erstellt und Daten visuell analysiert. Photos und Diagramme lassen sich in einen "herkömmlichen" Bericht mehr oder weniger gut integrieren; was jedoch bisher unbefriedigend war, ist die anschauliche einfache Vermittlung zeitlicher Abläufe, z.B. das Öffnen einer vereisten Einstiegstüre.

Mit den heutigen Möglichkeiten der Computertechnik, wie Digitalisierung von Bildern und Videosequenzen und den Speichermöglichkeiten auf CD-ROM oder DVD gibt es nun auch hierfür die Lösung in Form einer neuartigen Berichtsform - der interaktive Bericht. Die Möglichkeiten hier neue Maßstäbe zu setzen scheinen grenzenlos. Neben den obigen einfachen Verknüpfungen lassen sich auch sehr rechenaufwendige Animationen der Ergebnisse mit komplexen Verknüpfungen zu den Messdaten herstellen (z.B. Visualisierung der Temperaturverteilung in einem Versuchsobjekt über eine Versuchperiode).

Das Gebläse 

Das 4,75 MW Gebläse für den 100m langen Klima-Wind-Kanal hat einen Durchmesser von 6,3m.

Mission Statement und Eigentümerstruktur

Rail Tec Arsenal ist ein international tätiges, unabhängiges Forschungs- und Testinstitut für Schienenfahrzeuge, Straßenfahrzeuge, neue Transportsysteme und alle technischen Einrichtungen, die extremen klimatischen Bedingungen ausgesetzt sind.

Als weltweit anerkannter Know-how-Träger für Klimatests betreibt Rail Tec Arsenal zwei moderne Klima-Wind-Kanäle zur Optimierung des thermischen Komforts in Massenverkehrsmitteln und zur Überprüfung und Verbesserung der Verfügbarkeit und der Sicherheit von Systemen in sensiblen technischen Bereichen.

Rail Tec Arsenal wurde als Betreibergesellschaft des Klima-Wind-Kanal Wien von den bedeutendsten europäischen Schienenfahrzeugherstellern (Alstom Transport, Bombardier Transportation, Siemens Transportation Systems, AnsaldoBreda, Firema Trasporti) und von der Österreichischen Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal GmbH gegründet.

Gegenstand des Unternehmens ist es, durch den Betrieb des Klima-Wind-Kanal Wien langfristig die notwendigen Einrichtungen und das spezifische Fachwissen zur Durchführung von Klimatests verfügbar zu halten.

Die zentralen Aufgaben der Rail Tec Arsenal sind die internationale Vermarktung und der kostendeckende Betrieb der Anlage.

Leistungsspektrum

Rail Tec Arsenal betreibt den weltweit größten Klima-Wind-Kanal, um Sicherheit, Verfügbarkeit und Komfort von Fahrzeugen und anderen sensiblen technischen Systemen unter extremen klimatischen Bedingungen zu testen und zu verbessern. Das Dienstleistungsspektrum reicht dabei von Prüfung über Forschung & Entwicklung bis hin zur Beratung.

Neutralität und Qualität

Rail Tec Arsenal ist nicht auf Gewinn ausgerichtet. Als akkreditierte Prüfstelle erbringen wir unsere Leistungen völlig neutral, unabhängig und für alle Kunden zu gleichen Konditionen.

Die staatliche Akkreditierung erfordert die Einhaltung strengster Qualitätsrichtlinien bezüglich der Richtigkeit und Zuverlässigkeit der durchgeführten Prüfungen. Rail Tec Arsenal wird diesen hohen Anforderungen gerecht, indem sie das Qualitätsmanagementsystem laufend verbessern und die Prüf- und Messeinrichtungen auf höchstem technischen Niveau halten.

Thermischer Komfort

Der thermische Komfort wird im Wesentlichen durch die Lufttemperatur, die Oberflächentemperatur der Umschließungsflächen, die Luftfeuchte und die Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst.

Für das thermische Wohlbefinden des Menschen ist das Zusammenspiel dieser Parameter maßgeblich, da der Mensch oft nicht in der Lage ist festzustellen, welche der Einflussgrößen das thermische Unbehaglichkeitsgefühl auslöst. Durch Berücksichtigung aller Einflussfaktoren ist ein Zustand erreichbar, der von einem möglichst hohen Prozentsatz der in einem Raum befindlichen Personen als behaglich empfunden wird.

Untersuchungen des thermischen Komforts

Dem Komfort in Schienenfahrzeugen und im Speziellen dem thermischen Komfort kommt im Zuge der notwendigen Attraktivitätssteigerung des öffentlichen Verkehrs eine große Bedeutung zu. Die Untersuchungs-, Optimierungs- und Entwicklungsarbeiten hinsichtlich des thermischen Komforts in Schienenfahrzeugen werden in der Regel an einem der ersten Fahrzeuge aus einer Serie durchgeführt. Um gute thermische Verhältnisse in einem Schienenfahrzeug bei allen klimatischen Verhältnissen gewährleisten zu können, sind umfangreiche Untersuchungen in einem Klima-Wind-Kanal erforderlich.

Umweltsimulation

Sowohl Fahrzeuge als auch Einzelkomponenten können speziellen Funktionstests unter verschärften klimatischen Bedingungen unterzogen werden, um neben technischen und sicherheitsrelevanten Parametern auch die Zuverlässigkeit untersuchen zu können. Eine Unterteilung der Funktionstests kann z.B. nach den geforderten Testbedingungen erfolgen:

Extreme Temperaturen: Tests an mechanischen, elektrischen und elektronischen Bauteilen
Regen: z.B. Dichtheitsuntersuchungen an Fenstern und Türen, Scheibenwischertests
Nasser Schnee: z.B. Kupplungen, Stromabnehmer, Türen, Bremsen
Trockener Schnee: z.B. Untersuchungen bei Luftansaugungen, Übergängen
Eis: Tests aller mechanisch beanspruchten Teile z.B. Stromabnehmer, Türen.

Energieeffizienz

Die Realisierung des thermischen Komforts im Fahrzeug ist mit einem nennenswerten Energieaufwand der Aggregate (Lüftungen, Klimaanlagen etc.) verbunden. Mit steigendem Problembewusstsein der Bahnbetreiber hinsichtlich des Energieverbrauchs kommt den Untersuchungen der Energieeffizienz der Nebenaggregate im Zusammenhang mit dem thermischen Komfort immer mehr Bedeutung zu.

Funktionstest hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit

Nahezu alle Einzelkomponenten können speziellen Funktionstests unter verschärften klimatischen Bedingungen unterzogen werden, um neben technischen und sicherheitsrelevanten Parametern auch die Zuverlässigkeit des Schienenfahrzeuges untersuchen zu können.

Aerodynamik

Ein Klima-Wind-Kanal kann natürlich auch für aerodynamische Messungen verwendet werden. Bei diesen Untersuchungen werden Widerstandswerte und Auftriebsbeiwerte mittels Kraftmessungen bestimmt bzw. Druck- und Strömungsverteilungen um ein Objekt gemessen.

Aerodynamische Untersuchungen

Aerodynamische Messungen werden z.B. an Komponenten wie Stromabnehmer, Scheibenwischer durchgeführt. Aber auch Messungen wie z.B. Seitenwindeffekt, Anströmung Klimagerät (Frischluftansaugung, Kondensatorabluft) können an Fahrzeugmodellen vorgenommen werden.

Schwedischer Regionalzug im Kältetest

September 2002, der für den Schwedischen Betreiber TiB bestimmte Regionalzug Itino von Bombardier im Kältetest.               Foto: © Rail Tec Arsenal

                                                                      Foto: © Rail Tec Arsenal

Projektplanung

Das genaue Erfassen der Anforderungen der RTA-Kunden an die zu planenden Forschungs- und Prüf-Dienstleistungen ist entscheidend für ein befriedigendes Ergebnis der gesamten Untersuchungen.

Durch ein gemeinsam erstelltes, sehr detailliertes Forschungs- oder Versuchskonzept wird von Anfang an sichergestellt, dass die Ergebnisse der Tests einen konkreten Nutzen für die weiteren Arbeiten der Kunden darstellen.

Die Projektplanung beinhaltet:

- Planung und Entwicklung neuer Mess-, Prüf oder Testverfahren (falls es für das konkrete Projekt erforderlich ist)

- Klärung von Schnittstellen (z.B. Anschlüsse für Energieversorgung, Befestigungsmöglichkeiten in den Teststrecken)

- Versuchsablaufplanung (Abfolge von Versuchen, Ressourcenplanung etc.)

- Detailplanung z.B. Messstellenplan, Zeichnungen für erforderliche Test- und Hilfsaufbauten

Projektabwicklung

Die Projektdurchführung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den Spezialisten des Kunden, da es sich bei den Testobjekten meist um Prototypen oder Erstserienfahrzeugen handelt, die vom Hersteller auch während der Tests begleitet werden.

Um Erkenntnisse aus den Tests sofort in den weiteren Untersuchungen berücksichtigen zu können ist es wichtig, alle Messergebnisse jederzeit online zu erfassen und auch zu analysieren. Damit ist es möglich, auch Adaptionen oder Optimierungsvarianten sofort und effizient zu prüfen.

24-Stunden-Betrieb

Da Versuche in einem Klima-Wind-Kanal insbesondere bei großen Versuchsobjekten aufgrund langer Angleich- und Ausregelvorgänge der gewünschten Witterungsbedingungen sehr zeitintensiv sind, werden die Tests in einem 24 Stunden Betrieb durchgehend an 7 Tage pro Woche durchgeführt. Dadurch wird für den Kunden die effektive Versuchszeit verlängert, da es keine zeitlichen Verzögerungen durch ein täglich neues Herstellen der erforderlichen Klimazustände gibt.

Aufbereitung der Ergebnisse

Der Projektabschluss umfasst die Aufbereitung, Analyse und Zusammenfassung der Ergebnisse. Da die Versuchsauswertung entsprechend den Kundenbedürfnissen parallel zur Durchführung der Tests erfolgt, liegt diese bereits bei Abschluss der Versuche vor.

Je nach Aufgabenstellung werden die Ergebnisse noch näher analysiert und in einem Prüfbericht, einem Bericht mit Beschreibung der Versuchserkenntnisse oder in Form eines Gutachtens zusammengefasst.

Neben den herkömmlichen Berichten auf Papier werden die Daten und Berichte auch auf CD-ROM weitergegeben. Diese elektronische Berichtsform zeichnet sich durch ihre Interaktivität für den Betrachter aus, da die im Prüfbericht eingearbeiteten Bilder und Videos durch Anklicken aktiviert werden können.

Speziell bei der Durchführung von Funktionstests ist eine anschauliche Ergebnispräsentation unter Verwendung der jeweils modernsten technischen Hilfsmittel unabdingbar. Um die Funktion wesentlicher Elemente, wie das Öffnen der Türe am vereisten Zug zu dokumentieren, werden Videos aufgenommen. Fotos unterstützen die Aussagekraft von grafisch aufbereiteten Messergebnissen.

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