Glückauf - Windhoff Bahn

Der grenzüberschreitende Güterverkehr
stellt hohe Anforderungen
– logistisch, aber auch
ökologisch. Im Mittelpunkt: die
Reduzierung der Schallemission
von Rad und Schiene. Hier stellt
die TSI Noise, die neue internationale
Spezifikation für die Festlegung
der Schallemission an Eisenbahnfahrzeugen,
bereits hohe
Ansprüche – Ansprüche, denen
sich auch die Radsatzfabrik Ilsenburg
GmbH stellen muss. Auf
dem 15. Internationalen Radsatzkongress
in Prag referierte
RAFIL-Geschäftsführer Jörg Villmann
über ein entsprechendes
RAFIL-BVV-Gemeinschaftsprojekt.
glück auf wollte hierüber
Genaueres von dem Projektverantwortlichen
und Leiter Entwicklung
und Konstruktion der
RAFIL, Matthias Schwartze, wissen:
glück auf: Welche Erfolge in der
Lärmreduzierung sind denn bereits zu
verbuchen?
Matthias Schwartze: Die Umstellung
von Grauguss- auf Kunststoff-
Bremssohlen hat den Schallpegel
der Güterzüge bereits deutlich
reduziert. Voraussetzung dafür waren
allerdings moderne eigenspannungsarme
Radkonstruktionen,
wie zum Beispiel das RAFIL-Glockenrad.
Reicht dies in der Zukunft aus?
Schwartze: Keineswegs. Deshalb
haben wir zusammen mit dem
Bochumer Verein ein Forschungsprojekt
auf den Weg gebracht. Ziel
ist es zu untersuchen, ob und wie
wir das RAFIL-Glockenrad mit der
unter anderem im Hochgeschwindigkeitsverkehr
bewährten BVV-
Absorbertechnologie kombinieren
können.
Über dieses Forschungsvorhaben hat
RAFIL auch auf dem 15. Internationalen
Radsatzkongress in Prag berichtet.
Schwartze: Genau. Das Thema
lärmarmer Eisenbahnbetrieb ist
zukünftig ein bedeutendes Wettbewerbskriterium.
Das konnte man
allein schon an der Vielzahl der
Fachvorträge zu dieser Thematik
und am hohen Interesse der Kongressteilnehmer
ablesen, die etliche
Fragen zum Vortrag an Jörg
Villmann richteten.
Was wollen RAFIL und BVV erreichen?
SCHMIEDE
Leiser Grenzverkehr
RAFIL · „Mundschutz“ für thermisch hoch beanspruchbare Güterwagenräder
INTERVIEW
Schwartze: Die gemeinsame Zielstellung
zur Erreichung der Anforderungen
an die Technische
Spezifikation besagt: Die Kombination
von RAFIL-Glockenrad und
BVV-Absorbertechnologie soll den
Schallpegel nochmals um etwa
5 dB(A) im Güterzugverkehr reduzieren,
und zwar bei den üblichen
Geschwindigkeiten zwischen 80
und 120 km/h.
Und wie soll das technisch funktionieren?
Schwartze: Die durch den Roll-
Treibradsatz-Upgrade
BVV · Auch Radsätze älterer Fahrzeuge können EN-Normen-tauglich werden.
INTERVIEW
Radsätze sind für die Sicherheit
von Schienenfahrzeugen und deren
Wirtschaftlichkeit von hoher
Bedeutung. Deshalb waren sie
auch Thema beim 15. Internationalen
Radsatzkongress in Prag.
Franz Murawa, Leiter Entwicklung
und Konstruktion der Bochumer
Verein Verkehrstechnik
GmbH, referierte dort über die
Beanspruchbarkeit von Radsatzwellen.
glück auf befragte ihn dazu
nach seiner Rückkehr:
glück auf: Wie stark werden Radsatzwellen
beansprucht?
Franz Murawa: Der Betreiber erwartet
eine Lebensdauer entsprechend
Fahrzeuglebensdauer – also in der
Regel 30 Jahre. Ein moderner Zug
im Hochgeschwindigkeitsverkehr
kann in dieser Zeit etwa 15 Mio. km
zurücklegen. Kritisch dabei kann
werden: Die Welle wird bei jeder
Radumdrehung wechselnd auf
Biegung beansprucht, bei einem
Raddurchmesser von zum Beispiel
920 mm etwa 350-mal pro km und
etwa 4.500.000.000-mal während
der gesamten Einsatzzeit. Dabei
darf sie natürlich nicht durch Ermüdungsschäden
ausfallen.
Und was verursacht dieses fortgesetzte
Biegen im Extremfall?
Murawa: Bereits vor etwa 150 Jahren
stellte August Wöhler an Radsatzwellen
fest, dass Bauteile, die
wechselnd auf Biegung beansprucht
werden, brechen können – selbst
bei deutlich niedrigeren Beanspru-
Kongressfoto
Foto: ?????
Franz Murawa, Leiter Entwicklung und
Konstruktion des Bochumer Vereins
Verkehrstechnik
chungen als zum Beispiel die Zugfestigkeit.
Er stellte aber auch fest,
dass es eine Beanspruchungsgrenze
gibt. Wird diese Grenze nicht überschritten,
brechen die Stahlteile
auch nicht – unabhängig von der
Anzahl der Wechselbelastungen.
Diese Grenze wird als Dauerfestigkeitsgrenze
bezeichnet.
Was ergab sich daraus für den Bau
von Radsatzwellen?
Murawa: … erste Regelwerke zur
Dimensionierung von Radsatzwellen,
die immer weiter entwickelt
wurden. Seit 2002 erfolgt die Gestaltung
und Berechnung von Radsatzwellen
nach Europa-Normen.
Und womit befasste sich Ihr Vortrag?
Murawa: Mit Forschungsergebnissen,
die zeigen, dass auch bei Radsatzwellen
mit ungünstigen Geo-
Kongressfoto
RAFIL-Geschäftsführer Jörg Villmann
im Kongressforum
me trien die zulässigen, in den Euro
pa-Normen definierten Beanspruchungen
bei Press- und Lagersitzen
unterschritten werden können.
Was heißt „ungünstig“?
Murawa: Dass beispielsweise Press-
und Lagersitze eng benachbart und
nur schmale und flache Mulden zur
Trennung der Sitze möglich sind.
Mit welchen Nachteilen?
Murawa: Wenn beispielsweise auch
die Räder mit hohem Übermaß auf
die Wellen aufgepresst sind, können
an den Sitzenden zwischen
Welle und Nabe bei jeder Umdrehung
– begünstigt durch geringe
Durchmesserverhältnisse zwischen
Sitz und benachbarter Mulde –
kleinste Gleitbewegungen auftreten.
Diese Bewegungen können
den sogenannten Passungsrost hervorrufen,
der die Ermüdungsfestigkeit
der Welle im Bereich der Sitze
erheblich beeinflussen kann.
Mit Folgen für Normen-Einhaltung?
Murawa: Bei Neukonstruktionen
von Radsatzwellen lassen sich im
Regelfall die Konstruktionsanforderungen
der europäischen Normen
erfüllen. Bei Treibradsatzwellen
können geometrisch diffizile
Ausführungen erforderlich werden.
Gerade der Getriebebereich
kann aus Platzgründen durch sehr
eng benachbarte Press- und Lagersitze
gekennzeichnet sein. In
diesem Fall lassen sich einige der
Gestaltungsregeln der EN nicht immer
einhalten und man kann auch
nicht davon ausgehen, dass die in
den Normen festgelegten Ermü-
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vorgang des Rades angeregten typischen
Eigenschwingungen des
Rades sollen durch eine entsprechend
ausgelegte Bedämpfung
nicht mehr angeregt werden.
Hört sich für den Laien einfach an,
erfordert aber für den Fachmann eine
komplexe Lösungsstrategie. Welche?
Schwartze: Jetzt wird es leider sehr
fachspezifisch: Im ersten Schritt
haben wir die thermischen Auswirkungen
auf die Schallabsorber
ermittelt und notwendige Anpassungen
der Dämpfungsmaterialien
und ergänzenden Isolierungskonzepte
untersucht. Parallel dazu liefen
rechnerische Untersuchungen
an den Vollrädern unter Berücksichtigung
des nicht-linearen Materialverhaltens
mit verschiedenen
Befestigungskonzepten wie umlaufenden
Nuten und Axialverschraubungen.
Grundlagen dieser Untersuchungen
waren die Anforderungen
des UIC-Merkblattes 510-5
und der EN 13979-1.
Dann haben wir geometrische
Konstruktionsvarianten des Rades
einschließlich des Befestigungssystems
für den Schallabsorber
betrachtet. Dort muss ein sinnvoller
Konsens gefunden werden
zwischen dem Eigenschwingungsverhalten
und der mechanischen
Festigkeit bzw. dem Eigenspannungsverhalten
aufgrund der über
den Radkranz eingeleiteten Bremswärme.
Diese Betrachtungen müssen
wir für alle Radkranzzustände
durchführen – das heißt vom
Neuzustand bis zum Verschleißzustand.
Machen wir es wieder etwas einfacher:
Wird es funktionieren?
Schwartze: Sagen wir so: Es zeichnet
sich deutlich ab, dass die vorliegenden
bewährten Konzeptionen
zur Radschalldämpfung auch
auf das leise und thermisch hoch
beanspruchbare Güterwagenrad
übertragbar sind.
Wann können wir mit ersten Ergebnissen
rechnen?
Schwartze: Voraussichtlich im
nächsten Jahr können wir die ersten
Prototypen des neuen, leisen
Güterwagenrades fertigen. Sie
durchlaufen dann intensiv verschiedene
Prüfungen wie Bremsprüfstand,Dauerfestigkeitsprüfstand
und akustische Messungen.
Vielen Dank für das Gespräch.
In der goldenen Stadt
Bereits zum 15. Mal fand der Internationale Radsatzkongress statt, diesmal
vom 24. bis 27. September in Prag. Alle drei Jahre bietet er Fachleuten
von Bahnbetreibern, Schienenfahrzeugindustrie, Forschungseinrichtungen
und Radsatzindustrie die Gelegenheit, sich mit den neuesten weltweiten
Entwicklungen zum Thema Radsätze zu beschäftigen und über neue
Trends zu diskutieren. Dazu trafen sich etwa 300 Kongressteilnehmer aus
32 Ländern und allen fünf Kontinenten. In über 70 Vorträgen wurde dabei
über den aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik berichtet. Schwerpunkte
waren Rad/Schiene-Kontakt, Festigkeitsverhalten, Produktionstechnologien
und Oberflächenbehandlungen, zerstörungsfreie Prüfungen,
Geräuschdämpfung sowie Lebenszykluskosten und Instandhaltung. Auch
die Bahngruppe der GMH-Gruppe war auf diesem Kongress vertreten.
dungsfestigkeiten der Press- und
Lagersitze eingehalten werden.
Wie wir Sie und den BVV kennen,
konnten Sie eine Lösung präsentieren.
Murawa: Es gibt in der Tat eine
Möglichkeit, den Abfall der Ermüdungsfestigkeit
bei ungünstigen
Durchmesserverhältnissen zu vermeiden
– und zwar durch die Beschichtung
der Sitze mit einer
dünnen Schicht Molybdän. Dies
verlagert die zwangsläufig unter
Biegebeanspruchung auftretenden
Relativbewegungen im Bereich der
Nabenenden von der eigentlichen
Wellenoberfläche weg zur Molybdänschicht.
Das hält schädigende
Einflüsse dieser Gleitwege von der
Welle fern. So erreicht man auch
bei ungünstigen Geometrien die
Festigkeitswerte der EN-Normen.
Eine weitere und neue Möglichkeit
ist das BVV-Randschichtverfahren,
eine Kombination aus höherfestem
Wellenwerkstoff. Sie besteht aus
einer Randschichtbehandlung der
gesamten Wellenoberfläche – vorzugsweise
durch Gasnitrieren –
und einer weiteren Beschichtung
der Press- und Lagersitze – vorzugsweise
mit Molybdän.
Welche Vorteile hat diese Methode?
Murawa: Im Vergleich zu vergleichbarennicht-randschichtbehandelten
Wellen erhöht diese Kombination
die zulässigen Spannungen
der Press- und Lagersitze selbst bei
ungünstigen Durchmesserverhältnissen
um über 50 Prozent. Gegenüber
den Werkstoffen nach den
EN-Normen beträgt die Steige rung
sogar über 100 Prozent. Zudem
sind derartige Radsatzwellen unter
anderem sehr korrosionsbeständig.
Und wie steht es um die Festigkeitssteigerung?
Murawa: Wir haben ein Produkt
ge schaffen, mit dem man auch bei
Treibradsatzwellen älterer Fahrzeu ge
die EN-Normen nachweisen kann.
Also solche, die noch nach älteren Berechnungsverfahren
ausgelegt wurden.
Murawa: Genau. Dies ist vielfach
wegen erhöhter Sicherheitsmargen
in EN-Normen nicht möglich. Notwendig
werden solche neuen Festigkeitsnachweise,
wenn Fahrzeuge
modernisiert werden und zum
Beispiel Klimaanlagen eingebaut
werden sollen. Dann werden sie
schwerer und ein neuer Festigkeitsnachweise
muss her – orientiert am
aktuellen Stand der Normen. Mit
den randschichtbehandelten Wellen
kann dieser Nachweis erbracht
werden – ohne sonst erforderliche
Geometrieänderungen.
Ist eine Umrüstung aufwendig?
Murawa: Getriebe, Lager und Drehgestell
bleiben unverändert. Es
braucht nur eine neue Welle. Vorhandene
Aufbauteile können montiert
werden und einer Neuzulassung
steht nichts mehr im Weg.
Wie war die Resonanz der Fachleute?
Murawa: Der Markt zeigt sehr
großes Interesse. Dies beweisen
auch erste Serienlieferungen für
Treibradsatzwellen für Straßenbahnfahrzeuge.
Vielen Dank für das Gespräch.