Bionik: Züge mit Entenschnäbeln

Hochgeschwindigkeitszüge mit Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 360 Stundenkilometern sind enormen physikalischen Belastungen ausgesetzt. Ein bionisch optimiertes Design dieser Züge ist von Nöten, um die Belastungen optimal abzufangen. So wird nach der besten Form gesucht, die mit dem geringsten Widerstand durch den Wind flutscht. Über die Ästhetik lässt sich dabei vielleicht streiten, jedoch sollen diese Züge ja nicht - ganz anders als bei Kraftfahrzeugen - besonders raffiniert aussehen, um Kunden anzulocken, sondern möglichst effizient, schnell und komfortabel ans Ziel kommen.

Vorbild Entenschnabel
Ebenso wie bei der aerodynamischen Optimierung von Autos – wie im Beispiel des Bionic Car - und Flugzeugen werden zunächst zeichnerische Entwürfe gemacht, die dann in einem Computermodell optimiert werden, um anschließend als echtes Modell im Windkanal zu punkten. Für das Design greifen Ingenieure gerne auf Vorbilder aus der Natur zurück. Im Unterschied zu den optischen Ansprüchen für eine Autokarosserie sind die für Züge weniger vom Geschmack des Kunden abhängig. Weshalb man beim Design hier neue Wege beschreiten kann. Die große Herausforderung bei der Entwicklung von Hochgeschwindigkeitszügen ist, dass die Luftströmungen von der Spitze her mit möglichst wenigen Luftwirbeln um den Zug herumlaufen. Die verminderten Turbulenzen helfen so auch das Geräusch des Fahrwindes zu minimieren und die Gefahr für wartende Fahrgäste am Bahnsteig zu reduzieren. Das Ergebnis der aerodynamischen Untersuchungen war eine extrem langgestreckte Schnauze des Triebwagens. Mit der charakteristischen Wulst gleicht der Triebwagen einem Entenschnabel. Solche Züge fahren heute unter anderem auf den Hochgeschwindigkeits-Strecken in Japan. Durch die „Entenschnabel“-Form soll insbesondere die Seitenwind-Empfindlichkeit und die Anfälligkeit für den Tunnelknall-Effekt verringert werden.

Tunnelknall-Effekt
Der Tunnelknall ist ein physikalisches Phänomen, das beim Hochgeschwindigkeitsverkehr durch Eisenbahntunnel auftritt. Bei Einfahrt von Fahrzeugen mit sehr hoher Geschwindigkeit in einen Tunnel entsteht eine Druckwelle, die dem Zug mit Schallgeschwindigkeit vorauseilt und am Tunnelausgang zu einem explosionsartigen Knall führen kann. Das Phänomen tritt vor allem bei langen und eingleisigen Tunnelbauwerken auf.

Den Tunnelknall-Effekt beeinflussen:

• die Einfahrgeschwindigkeit,
• die äußere Form des Zugs,
• der Tunnelquerschnitt – enge und glatte Tunnel begünstigen den Effekt
• sowie die Länge des Tunnels und
• die Oberbau (Gleiskörper)-Ausführung.

Shinkansen – japanischer Hochgeschwindigkeitszug
Bei dem japanischen Hochgeschwindigkeitszug „Shinkansen“ handelt es sich um einen Triebwagenzug, der mit einer durchgängigen hohen Reisegeschwindigkeit von etwa 200 Kilometer pro Stunde unterwegs ist. Der Tiebwagenzug setzt sich aus mehreren Einheiten zusammen. Eine Einheit besteht aus zwei Wagen, die zusammen bereits einen eigenständigen Zug bilden. Im Shinkansen fährt man immer vorwärts. Die Sitze werden nämlich gedreht, wenn der Zug in einen Kopfbahnhof einfährt und in der umgekehrten Richtung dem Bahnhof herausfährt. Die japanischen Hochgeschwindigkeitszüge befahren ein eigenes Schienennetz, welches von dem Nah- und Güterverkehr getrennt ist.