Materialforschung mit Positronen: Von der Doppler-Spektroskopie zur

5.2 Untersuchung am Radreifenstahl A4T des ICE – Ein Beispiel
Die Rißbildung in Folge von Materialermüdung ist nicht nur von akademischem Interesse.
Spätestens nach dem katastrophalen Zugunglück von Eschede am 03.06.1998 [444] steht diese
Problematik im Rampenlicht der Öffentlichkeit. Die Ursache dieses Unglücks lag im Versagen
eines verschlissenen Radreifens bei einer
Fahrgeschwindigkeit von knapp 200 km/h.
Verbundräder mit Radreifen (Radtyp BR64)
wurden beim ICE1 als preisgünstige Abhilfe
gegen störende resonante Vibrationen während
der Fahrt eingeführt, und haben das Vollmetallrad
(sog. Monobloc-Rad) abgelöst. Dieser
Radtyp besteht aus einem zentralen Teil aus
Vollmetall und einem Radreifen, zwischen denen
sich eine Schicht aus Hartgummi befindet.
Da sich Radreifen und Radkern gegeneinander bewegen können, bewirkt die Zwischenschicht
eine Dämpfung etwaiger Vibrationen, die durch einseitige Annutzung oder Unwucht des Radreifens
entstehen können und führt dadurch zu einem höheren Fahrgastkomfort. Diese
Bewegung führt zu einer Auslenkung des Radreifens von der Kreisform. Auch wenn diese
Auslenkung gering ist, kommt es im Innenbereich des Reifens zu Zug- und Druckbelastungen,
die wie eine Welle kontinuierlich um den Reifen herumlaufen, und den Stahl ermüden.
Der Radreifen unterliegt also einer Wechselverformung mit ca. 5 × 10 5 Lastwechseln pro Tag,
wenn man die durchschnittliche Fahrleistung des Zuges zugrundelegt.
In diesem Zusammenhang bietet sich eine Untersuchung des Radreifenstahls mit Positronen
an. Insbesondere ist die Frage interessant, ob sich die in den vorherigen Kapiteln beschriebene
Methodik zur Vorhersage des Ermüdungsbruchs auch auf den Radreifenstahl übertragen läßt.
Bei dem hier untersuchten Stahl handelt es sich um den hochfesten austenitischen Stahl mit
der Bezeichnung A4T nach EN 13261 [445] mit der Zusammensetzung 25CrMoV4 [446].
Da eine Untersuchung an der Originalgeometrie des Reifens schwer durchführbar ist, wurde
auf handlichere Geometrien zurückgegriffen. Die Zugversuche wurden an der im letzten Kapitel
beschriebenen Flachzug-Geometrie durchgeführt (siehe auch Abbildung 5.8), während
für die Ermüdungsversuche eine spezielle Flachproben-Geometrie verwendet wurde (siehe
Abbildung 5.11). Diese wurde aus der in den vorherigen Kapiteln verwendeten Flach-
Geometrie entwickelt, um einen höheren Spannungsintensitätsfaktor im maximal belasteten
Volumen am Rand der zentralen Bohrung zu erreichen.
5.2.1 Zugversuche
Abbildung 5.11: Geometrie der Wechselverformungsproben.
Abmaße: 50 mm × 14 mm,
Dicke: 0.8 mm, Durchmesser der zentralen
Bohrung: 3 mm.
Wie bei den vorherigen Untersuchungen wurden zuerst in-situ Doppler-Messungen während
eines Zugversuchs am Radreifenstahl A4T durchgeführt, um den Dynamikbereich des
S-Parameters mit der Zugspannung zu untersuchen. Zum Vergleich wurde die gleiche Messung
am bereits gut untersuchten ferritischen Stahl C45E gemacht. Dabei kam die im letzten
Kapitel beschriebene Vorrichtung mit derselben Dehnrate von = 1.8 × 10 -6 /s zum Einsatz
(siehe Abbildung 5.8). Es wurde eine stärkere 68 Ge Quelle verwendet, um eine bessere Dehnungsauflösung
von = 2.3 × 10 -3 pro Doppler-Spektrum zu erhalten [446].
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