RAD/SCHIENE-TAGUNG 44 EI-Eisenbahningenieur | Februar 2010 gende grundlegenden Merkmale sind für dieses Prüfsystem kennzeichnend: resonanzerregtes Masse-Feder-System, • der Prüfling nimmt die Funktion der Feder ein hinsichtlich Krafteinleitung und Verlauf • des Biegemomentes liegt eine 2-PunktBiegung vor, Prüfeinrichtung gleichermaßen für Prü- • fung von Vollrädern und Radsatzwellen geeignet einfacher konstruktiver Aufbau, geringer • Energieverbrauch und Beanspruchung aller Querschnitte des • Prüflings aufgrund der Umlaufbiegung. Systembedingt ist eine statische und dynamische Kalibrierung vor dem Versuch erforderlich, da aufgrund des Betriebs im Resonanzbereich entsprechende Unterschiede auftreten können. Weiterhin ist der typische Verlauf des Biegemomentes der 2-PunktBiegung in der Radsatzwelle mit dem Maximum in der Einspannstelle und dem linearemAbfall zur Stelle der Krafteinleitung am Unwuchtmassenmotor zu berücksichtigen. Umlaufbiegeprüfstand In der Radsatzfabrik Ilsenburg werden bereits langjährig Dauerfestigkeitsuntersuchungen an Eisenbahnrädern und Radsatzwellen durchgeführt. Kernpunkt stellt dabei der für die Versuche an Original-Bauteilen installierte Umlaufbiegeprüfstand dar. Je nach Prüfaufbau wird er für die Untersuchungen sowohl von Vollrädern, als auch von Radsatzwellen eingesetzt. Die Steuerungs- und Regelungstechnik des resonanzerregten Prüfstandes wurde im Rahmen eines Forschungsprojektes an die in Deutschland z. B. bei der DB AG und bei der Fa. SincoTec in Clausthal-Zellerfeld vorhandenen, vergleichbaren Prüfstände angepasst und erfüllt damit die modernen Anforderungen an dieses Prüfverfahren. Mit einer Fundamentmasse von ca. 25 t ist der Prüfstand vergleichsweise klein ausgeführt, durch eine gezielte Abstimmung des Feder-Masse-Systems können jedoch weitgehend alle gestellten Prüfaufgaben abgedeckt werden. Folgende Merkmale sind kennzeichnend für diesen Prüfstand: Masse des Schwingfundamentes: ca. 25 t • Prüfbereich der Räder (Laufkreisdurch- • messer): 500 mm bis 1250 mm Prüfbereich der Radsatzwellen (Länge): • 1200 mm bis 2300 mm Prüffrequenz: 15 Hz bis 25 Hz • Regelung und Steuerung des Prüfstandes • mittels Regelschrank Sysmot der Fa. SincoTec Überwachung zusätzlicher Spannungs- • messstellen mittels Dehnungsmesstechnik sowie Prüfung im einstufigen Laststeigerungs- • verfahren üblich, optional auch Blockprogramme möglich. Je nach Aufgabenstellung erfolgt eine zerstörungsfreie Rissprüfung nach jeder Laststufe bzw. nach Abschluss der Versuche. In Abb. 4 ist der typische Prüfaufbau für eine Dauerfestigkeitsuntersuchung eines Vollrades gezeigt. Die Prüfstelle der Radsatzfabrik Ilsenburg wurde als eigenständige Prüfstelle nach EN ISO/IEC 17025 [10] durch die Deutsches Akkreditierungssystem Prüfwesen GmbH, DAP, begutachtet und akkreditiert. Damit erfüllt die Prüfstelle die fachlichen, technischen und qualitätsgerechten Ansprüche, die an eine Dauerfestigkeitsprüfung von sicherheitsrelevanten Bauteilen gestellt werden. Die Prüfstelle ist nunmehr in der Lage, neben der Durchführung von internen Untersuchungen auch als Dienstleister für Dritte aufzutreten. Projektbezogene Untersuchungen Ein wichtiges Aufgabengebiet des Prüfstandes stellen Dauerfestigkeitsprüfungen im Rahmen von herstellerbezogenen Produktqualifikationen(HPQ)dar,diebisherfürunterschiedliche Rad- und Radsatzwellenkonstruktionen verschiedener Vormateriallieferanten durchgeführt wurden. Neben diesen internen Untersuchungen erfolgt auch die Mitarbeit in geförderten Verbundprojekten die z.B. unter Beteiligung der Radsatzlieferanten, der Deutschen Bahn und verschiedener Systemhäuser durchgeführt werden. Innerhalb des BMBF-Projektes „Sichere und wirtschaftliche Auslegung von Eisenbahnfahrwerken“ erfolgten Grundsatzuntersuchungen hinsichtlich Dauerfestigkeit mit verschiedenen Werkstoffen. Insbesondere wurden dabei die Korbbögen (freie Oberfläche) und die Presssitze von Radsatzwellen betrachtet, um die aus verschiedenen Quellen stammenden Kennwerte zu bestätigen. Die Untersuchungen lieferten Ergebnisse, die z. T. von den erwarteten Werten abweichen und deshalb immer noch diskutiert werden. Im Nachfolgeprojekt „Sicherer und wirtschaftlicher Betrieb von Eisenbahnfahrwerken“ wurde eine vergleichende Untersuchung von Voll- und Hohlwellen im Werkstoff A4T durchgeführt. Es konnte belegt werden, dass eine Hohlwelle einen mindernden Einfluss auf die Dauerfestigkeit der Radsatzwelle hat. Die bisher in den Berechnungsnormen definierten abgeminderten zulässigen Spannungen für Hohlwellen haben sich prinzipiell bestätigt. In Abb. 5 sind zusammenfassend die Ergebnisse für diese Untersuchungen an den Vollwellen (Nr. 1 bis 5) und den Wellen mit Längsbohrung (Nr. 6 bis 10) gezeigt. In einer zusätzlichen Untersuchung innerhalb dieses Projektes wird der Einfluss einer Hohlbohrung mit geringerem Durchmesser auf die Dauerfestigkeit näher betrachtet. Eine abschließende Bewertung wird gegenwärtig erarbeitet. Weitere Forschungsprojekte beschäftigen sich mit einer dauerhaften Oberflächenbehandlung von Radsatzwellen, z. B. durch Ionenimplantieren oder durch das Abb. 4: Dauerfestigkeitsuntersuchung eines Vollrades Abb. 5: Ergebnisdarstellung der Prüfung von Radsatzwellen des Projektes „Eisenbahnfahrwerke II“ Quelle (Abb. 3-5) : Radsatzfabrik Ilsenburg Presssitzspannung Prüfhalbradsatz 120 MPa 135 MPa 145 MPa 160 MPa 170 MPa 175 MPa 195 MPa 1 1,00E+07 1,00E+07 1,00E+07 1,08E+06 2 1,00E+07 1,00E+07 3,03E+06 3 1,00E+07 6,43E+06 4 1,00E+07 1,00E+07 3,81E+06 5 1,00E+07 1,00E+07 6 1,00E+07 2,56E+06 7 1,00E+07 6,46E+06 8 1,00E+07 1,00E+07 1,00E+07 4,69E+06 9 1,00E+07 1,00E+07 1,00E+07 1,00E+07 2,86E+06 10 1,00E+07 1,00E+07 1,00E+07
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