Verkehrswegebau an der TUM – wo Forschung auf Praxis trifft

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Der Lehrstuhl und das Prüfamt für Verkehrswegebau an der TUM School of Engineering and Design (ED) integrieren Theorie und Forschung mit praxisnahen Anwendungen. Hier werden unter der Leitung von Prof. Stephan Freudenstein neue Technologien für den Straßen- bzw. Eisenbahnoberbau entwickelt und getestet.

Gemeinsam mit seinem 28-köpfigen Team untersucht Stephan Freudenstein wie sich Straßen, Flugplätze und Eisenbahnschienen unter Belastung – wie etwa durch Hitze oder schwere Last – verformen. Der Lehrstuhl an der Technischen Universität München (TUM) deckt dabei sämtliche Verkehrswege zu Land ab. Diese Kombination aus Schiene und Straße mit dem angeschlossenen Prüfamt ist in Deutschland und Europa einzigartig.

Die Entwicklung dauerhafter, instandhaltungsarmer Verkehrswege wie Betonstraßen und die Feste Fahrbahn bei Eisenbahnen sind ebenso besondere Forschungsschwerpunkte. So machen Betonstraßen hierzulande zwar nur einen geringen Anteil aus (1% in Städten, ca. 30% auf Autobahnen; im Gegensatz zu etwa 70 % Asphaltfahrbahnen auf Autobahnen), kommen aber überall dort zum Einsatz, wo sehr hohe Belastungen einwirken. Beispielsweise bei Flugplätzen, wo Flugzeuge mit einem Gewicht von bis zu 550 Tonnen starten. Was nötig ist, um solche Areale zu konstruieren, wird u.a. an der TUM-Einrichtung in Pasing, München, errechnet, entwickelt und überprüft. Zudem werden auch die ökologischen Auswirkungen von Beton in der Straßeninfrastruktur untersucht.

Integration von Theorie und Praxis
Gerade dieses komplexe Zusammenspiel von Theorie und Praxis ist es, was Stephan Freudenstein seit seiner Studienzeit am Verkehrswegebau fasziniert. "Ich bin ein Urgewächs der TUM", betont der Ingenieur, der hier nicht nur studierte und promovierte, sondern im Jahr 2008 auch die Leitung für Lehrstuhl und Prüfamt übernahm. Bevor er dem Ruf an seine Alma Mater folgte, arbeitete Freudenstein u.a. in der industriellen Entwicklung von Straßenbausystemen, sowie von Spannbetonschwellen und Feste-Fahrbahn-Systemen für den weltweiten Einsatz und war Bauleiter für die Hochgeschwindigkeitsstrecke Hannover-Berlin. Den engen Bezug zur Praxis hat er sich auch als Professor beibehalten: „Es ist mir zugutegekommen, dass ich buchstäblich mit beiden Füßen im Beton stand“, sagt Freudenstein. Insgesamt profitiert der Lehrstuhl enorm vom Austausch mit der Industrie und von Drittmittelprojekten, die sowohl Einblicke in aktuelle Entwicklungstrends als auch die schnelle praktische Umsetzung theoretischer Ideen ermöglichen. Besonders für Studierende oder Promovierende ist dieser Anwendungsbezug, die eigenen Forschungsergebnisse auch großmaßstäblich zu testen, äußerst motivierend.

Auch das zum Lehrstuhl gehörende Prüfamt für Verkehrswegebau bildet eine wichtige Schnittstelle von Academia und industrieller Anwendung. Mitarbeitende und Forschende führen hier Labor- sowie Feldversuche durch, um einzelne Komponenten oder ganze Systeme zu entwickeln und zu überprüfen. Leiter Freudenstein unterstreicht die Bedeutung des Prüfamtes: „Es ist neben dem Team an Mitarbeitenden das Wertvollste, das wir haben, weil es eine konkrete, kontinuierliche Verbindung herstellt: Von der Theorie über die Laborprüfungen bis hin zu den Feldmessungen im Gleis.“ Dabei agiert die TUM-Einrichtung unabhängig von Unternehmen, sie entscheidet neutral über Trends, Sicherheit und Zulassungspotential. Nach jeder Untersuchung stellt das Prüfamt offiziell anerkannte Forschungsberichte aus, die Unternehmen – im Falle einer positiven Beurteilung – auch bei der jeweiligen Zulassungsbehörde, z.B. beim Eisenbahnbundesamt, einreichen können. 

Digitalisierung und Klimawandel im Fokus
Zudem spielt das Prüfamt eine führende Rolle in der Entwicklung neuer Messtechniken. Beispielweise wurden hier mit Hilfe spezieller Kameras und der Digital Image Correlation (DIC) in 2D- und 3D-Systemen erstmals Messungen an Strukturen in Verkehrswegen durchgeführt. Diese Technologie wird sowohl in der Lehre als auch in der Forschung angewandt und ist ein entscheidender Schritt in der Digitalisierung von Verkehrswegen. Sie ermöglicht es, Echtzeitdaten aus schwer zugänglichen Bereichen zu erfassen und Spannungen und Verformungen von Bauteilen aus der Verkehrsinfrastruktur zu visualisieren. Die Technologie kann etwa zur Überwachung von Druckkräften in Betonfahrbahnen genutzt werden, um Hitzeschäden zu vermeiden.

Neben der Digitalisierung sind auch Klimawandel und Nachhaltigkeit entscheidende Themen, die bei der Optimierung von Systemen und Materialien im Verkehrswegebau beachtet werden. Jüngst wurde am Lehrstuhl in einer unabhängigen Studie die Umweltbilanz von Schutzeinrichtungen an Autobahnen aus regional produziertem Beton, der durch eine lange Lebensdauer und minimale Unfallschäden besticht, mit der von leichteren Stahlkonstruktionen angestoßen. Letztere, obwohl einfacher zu errichten, erfordern häufigere Reparaturen, Rohstoffe aus mehreren Ländern und entsprechend lange Transportwege, was ihren ökologischen Fußabdruck verschlechtert. Diese Untersuchung spiegelt das Bestreben wider, nachhaltigere Materialien und Konstruktionsmethoden zu fördern, die sowohl die Umweltbelastung minimieren als auch die steigenden Anforderungen an moderne Verkehrsinfrastrukturen erfüllen.

Eisenbahngleise sind ebenfalls von klimabedingten Herausforderungen betroffen. „Der Klimawandel führt zu höheren Schienentemperaturen und damit zu größerem Druck auf die durchgehend verschweißten Gleise. Wenn sie diesem Druck nicht standhalten, könnten sie unter Dynamik, sprich durch Belastung der darüberfahrenden Züge, ausknicken. Das wäre katastrophal. Wie also können wir die Gleise noch stabiler machen, damit sie diese erhöhten Kräfte aushalten?“, fasst Freudenstein zusammen. Sein Lehrstuhl arbeitet daher intensiv an der Entwicklung neuer Technologien, die Materialien sowie Design des Eisenbahnoberbaus widerstandsfähiger und flexibler gegenüber Extremwetterbedingungen machen.

Globale Perspektive und Karrierechancen
Professor Freudensteins Begeisterung und Innovationsbereitschaft für Verkehrswegebau prägen auch seine Lehrtätigkeit. Vergangenes Jahr erhielt der Professor erneut einen „Preis für gute Lehre“ von der Fachschaft Bau- und Umweltingenieurwesen der TUM. Im Bachelorstudium vermittelt er Studierenden der Fächer Bau- oder Umweltingenieurwesen grundlegende Kenntnisse. Im Masterstudium können Studierende den Fachbereich vertiefen, auch durch die Programme M.Sc. Transportation Systems und den internationalen Master Rail, Transport and Logistics (RTL) am Lehrcampus TUM Asia. Der Lehrstuhl für Verkehrswegebau ist maßgeblich an diesem Studiengang beteiligt und unterhält in Singapur einen festen Standort mit mehreren Mitarbeitenden.
Die Präsenz in Asien ermöglicht nicht nur einen interkulturellen akademischen Austausch, sondern reflektiert auch die globale Anwendbarkeit der in München und Singapur gewonnenen Erkenntnisse und Methoden. Die Verbreitung deutscher Hochgeschwindigkeitstechnologie bei Eisenbahnen in China bietet deutschen Wissenschaftler:innen wertvolle Daten aus den dort umgesetzten ca. 82.000 Kilometern Eisenbahngleisen.

Absolvent:innen des Fachbereichs seien heute gefragter denn je, sagt Freudenstein. Er bekomme fast wöchentlich Anfragen von Unternehmen, die auf der Suche nach Fachkräften sind. Aber auch der eigene Bedarf an Doktorand:innen und Wissenschaftler:innen sei immens. Dem qualifizierten Nachwuchs im Verkehrswegebau stehen folglich umfassende Karrieremöglichkeiten in Industrie und Forschung offen.

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