Dipl.-Ing. Matthias Schwartze Radsatzfabrik Ilsenburg GmbH, Leiter Konstruktion/Entwicklung matthias.schwartze@rafil-gmbh.de 45 EI-Eisenbahningenieur | Februar 2010 Aufbringen einer Schicht eines geeigneten Metalls, um so die Dauerfestigkeit des Bauteils anzuheben. Auch hier wurden bereits einige Untersuchungen durchgeführt, die eine prinzipielle Eignung dieser Verfahren belegen. Weitere Einsatzmöglichkeiten Die bisher dargestellten Untersuchungen wurden weitestgehend an Bauteilen durchgeführt, die aus der unmittelbaren Serienproduktion stammen und hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit und Geometrie zeichnungskonform hergestellt wurden. Zukünftig stehen auch Forschungsvorhaben und Untersuchungen auf dem Programm, bei denen Bauteile untersucht werden, die aus dem Betriebseinsatz stammen. Insbesondere soll dabei der Einfluss von Beschädigungen der Beschichtung oder des Grundmaterials auf die Dauerfestigkeit untersucht werden, die im praktischen Fahrbetrieb z.B. durch Steinschlag und Korrosion hervorgerufen werden. Generell ist auch die Untersuchung einer erhöhten Oberflächenrauhigkeit der freien Oberflächen der Radsatzwelle bei der Neufertigung von aktueller Bedeutung. Durch eine größere Oberflächenrauhigkeit werden positive Effekte für die Beschichtung erwartet. Ziel der Dauerfestigkeitsuntersuchungen ist dabei der Nachweis, dass auch unter diesen Bedingungen die bisher in den Normenwerken definierten Dauerfestigkeitskennwerte erfüllt werden. In Abb. 6 ist der entsprechende Bereich einer derartigen Radsatzwelle gezeigt, bei der im Rahmen der Instandhaltung die Oberfläche des Korbbogenbereichs gestrahlt wurde. Ein weiteres Betätigungsfeld besteht in der Untersuchung von Getriebesitzen. Insbesondere wirkt sich hier der Einfluss von Reibkorrosion bei Getriebebauteilen mit geringem Übermaß negativ auf den Nachweis der Dauerfestigkeit aus. Für den Prüfaufbau stellt sich bei diesen Untersuchungen generell das Problem der Erzeugung eines ausreichend hohen Biegemomentes an den meist mittig auf der Radsatzwelle angeordneten Getriebesitzen, ohne dass es zu Überbeanspruchung und vorzeitigem Ausfall des Prüflings an der Einspannstelle kommt. Unter Beibehaltung des Prüfprinzips auf dem bekannten Umlaufbiegeprüfstand besteht ein Ausweg in der geometrischen Gestaltung des Prüflings. Die Abweichung von der OriginalGeometrie muss dabei in einer gesonderten Betrachtung berücksichtigt werden. Eine weitere, notwendige Vereinfachung besteht in demWegfall von durchgeleiteten Brems- und Antriebsmomenten, die jedoch gerade bei Wellen von Treibradsätzen eine nicht unerhebliche Beanspruchungskomponente darstellen. Diese Torsionsmomente können näherungsweise rechnerisch über eine Anhebung der wirkenden Biegemomente berücksichtigt werden. Ein zukünftiges Einsatzgebiet für den Umlaufbiegeprüfstand kann in Rissfortschrittsuntersuchungen für die bruchmechanische Bewertung von vorhandenen Anrissen liegen. Derartige Untersuchungen wurden bisher an idealisierten Kleinproben oder Prüflingen im Maßstab 1:3 ausgeführt. Für eine fundierte Absicherung der damit ermittelten bruchmechanischen Kennwerte sind Versuche an Originalbauteilen erforderlich. Die Erfüllung dieser Aufgabe stellt jedoch größere Anforderungen an die Steuer- und Regelungstechnik des Prüfstandes, da während des Versuches die Risslänge und -tiefe sowie die Rissform fortlaufend überwacht werden müssen. Die bisherige Steuerung ist so gestaltet, dass es bei einem Anriss aufgrund einer Änderung der Resonanzfrequenz zum Abschalten des Prüfstandes kommt und damit die Dauerfestigkeitswerte bestimmt werden. Im Gegensatz dazu ist nun für die bruchmechanische Bewertung der Prüfstand in einem Zustand zu betreiben, bei dem bereits ein Anriss vorliegt und dieser in seiner Größe anwachsen wird. Fazit Mit dem resonanzerregten Umlaufbiegeprüfstand und dem damit verbundenen Prüfverfahren steht eine robuste, einfach zu handhabende und vor allem kostengünstige Möglichkeit zur Verfügung, Dauerfestigkeitsuntersuchungen von Vollrädern und Radsatzwellen durchzuführen. Insbesondere für vergleichende Untersuchungen sowie für die Prüfungen im Rahmen einer herstellerbezogenen Produktqualifikation ist diese Prüfeinrichtung sehr gut geeignet. Für den Nachweis von Dauerfestigkeitswerten spezieller Querschnitte der Bauteile, wie z. B. für Getriebesitze, sind Anpassungen der Prüflingsgeometrie erforderlich. Eine Erweiterung des Prüfspektrums, insbesondere hinsichtlich bruchmechanischer Aspekte, ist über eine Anpassung der Steuer- und Regelungstechnik umsetzbar. LITERATUR [1] DIN EN 13260: „Bahnanwendungen – Radsätze und Drehgestelle – Radsätze – Produktanforderungen“; Deutsche Fassung EN 13260:2003 [2] DIN EN 13261: „Bahnanwendungen – Radsätze und Drehgestelle – Radsatzwellen – Produktanforderungen“; Deutsche Fassung prEN 13261:2006 [3] DIN EN 13262: „Bahnanwendungen – Radsätze und Drehgestelle – Räder – Produktanforderungen“; Deutsche Fassung EN 13262:2004 [4] EG-Richtlinie 2001/16/EG vom 19. März 2001 über die Interoperabilität des transeuropäischen Eisenbahnsystems [5] EG-Entscheidung 2006/861/EG vom 28. Juli 2006 über die Technische Spezifikation für Interoperabilität (TSI) zum Teilsystem „Fahrzeuge – Güterwagen“ des konventionellen transeuropäischen Eisenbahnsystems [6] EG-Entscheidung 2009/107/EG vom 23. Januar 2009 über die Technische Spezifikationen für die Interoperabilität zu den Teilsystemen des konventionellen transeuropäischen Eisenbahnsystems [7] DIN EN 13103: „Bahnanwendungen – Radsätze und Drehgestelle – Laufradsatzwellen – Konstruktionsverfahren“; Deutsche Fassung EN 13103:2001 [8] DIN EN 13104: „Bahnanwendungen – Radsätze und Drehgestelle – Treibradsatzwellen – Konstruktionsverfahren“; Deutsche Fassung EN 13104:2009 [9] DIN EN 13979-1: „Bahnanwendungen – Radsätze und Drehgestelle – Räder – Technische Zulassungsverfahren – Teil 1: Geschmiedete und gewalzte Räder“; Deutsche Fassung EN 13979-1:2003 [10] DIN EN ISO/IEC 17025: „Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien (ISO/ IEC 17025:2005)“; Deutsche und Englische Fassung EN ISO/ IEC 17025:2005 Abb. 6: Korbbogen einer Radsatzwelle mit einer gestrahlten Oberfläche des Korbbogens Summary Fatigue strength testing of railway wheels and wheelset shafts There are international standards and EN regulations that govern the content and form of product qualification for wheelset shafts and solid railway wheels. These rules also inform the relevant TSI regulations. In this connection, determining fatigue strength values as material- and geometry-dependent variables has major safety-related implications. The resonance-excited impact test bed and related testing procedure offer a robust, easy-to-operate and above all inexpensive way of fatigue strength testing of solid wheels and wheelset shafts. For purposes of proving the fatigue strength of special component cross-sections, such as for gear seating, the geometry of the unit under test has to be adapted. By adapting the measurement and control system, it is also possible to extend the range of tests, especially as regards fracture-mechanical aspects.
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