Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Entwicklungsmethodik und neue Werkstoffe machen Radsätze für Schienenfahrzeuge leichter, leiser und zuverlässiger

29.04.2005


In interdisziplinärer Zusammenarbeit mit zehn renommierten europäischen Partnern erforschte das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF im EU-Projekt HIPERWHEEL neue Entwicklungsmethoden für eine zuverlässige Auslegung von Hochleistungsradsätzen für Schienenfahrzeuge. Auf Basis der erarbeiten Methoden wurden von den beteiligten Partnern Lucchini und Otto Fuchs die HIPERWHEEL-Prototypen entwickelt. Die hybride Bauweise aus modernen Stahl und Aluminiumwerkstoffen (30NiCrMo V12; AlMgSi31; 6082-T6) ermöglicht eine Gewichtsreduzierung um ca. 25 % gegenüber bisherigen Serienradsätzen aus Stahl. Dies ermöglicht entweder einen geringeren Energieverbrauch oder eine höhere Tonnage der Schienenfahrzeuge. Zum Einsatz kommen soll das HIPERWHEEL überwiegend im europäischen Regional- und Nahverkehr. Das Marktvolumen bis 2009 wird nach einer Studie des Beratungsunternehmens SCI Verkehr GmbH - "Europäischer Betreibermarkt für den Schienenpersonennahverkehr" - mit 4,9 Mrd. Euro beziffert.


Zur Entwicklung einer europaweit gültigen Methodik wurden umfangreiche Grundsatzuntersuchungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten einen unterschiedlicher Abfall der Schwingfestigkeit unter Kontaktermüdung zwischen dem Wöhler- und Gaßner-Versuch ergibt. Bei Wöhler-Versuchen werden konstante Kraftamplituden bzw. bei Gaßner-Versuchen werden variable Kraftamplituden bei der Lebensdaueruntersuchung zugrunde gelegt. Für Radsätze bedeutet dies, dass eine zuverlässige Auslegung nur mit Hilfe der Versuche unter betriebsähnlicher Belastung möglich ist. Deshalb war der Ausgangspunkt für die neue Radsatz-Methodik, die moderne Werkstoffe, Verbindungstechniken und Fertigungsprozesse mitberücksichtigt, die umfassende experimentelle und numerische Ermittlung der Betriebsbelastungen auf verschiedenen Streckennetzen, um die realen Beanspruchungen betriebsnah abzubilden.

Die abschließende Untersuchung des HIPERWHEEL-Radsatzes wurde im weltweit einmaligen LBF-Schienenradsatzprüfstand anhand programmgesteuerter Betriebsfestigkeitsversuche auf virtuellen Versuchstrecken durchgeführt. Weiter optimiert wurde die spannungsanalytische Überprüfung sowohl experimentell als auch durch numerische Berechnung mit Hilfe der LBF®.WheelStrength Software. Im Test erreichte eine optimierte Ausführung des Radsatzes 70.000 Versuchskilometer, was einer hohen Bemessungslebensdauer von ca. 10 Millionen km entspricht. Die Untersuchungen und Bewertungen bezogen sich auf ein weites, interdisziplinäres Forschungsgebiet und umfassten u.a. die

  • experimentelle und numerische Ermittlung der Betriebsbelastungen auf verschiedenen Streckennetzen
  • Auswertung von Daten zur Bewertung von Lärm, Komfort, Laufverhalten und Betriebsfestigkeit
  • Auslegung neuer Radsätze in Stahl und Hybridbauweise (Stahl-Aluminium) mit Hilfe verschiedener experimenteller und numerischer Methoden
  • Beschreibung der Schädigungsmechanismen unter Kontaktermüdung in Schrumpfsitzen und im Rad-Schiene Kontakt

Die Versuchsergebnisse bestätigen die im Forschungsprojekt angewandte Entwicklungsmethode für eine zuverlässige Auslegung neuer Radsätze, so dass die in Europäischen Normen UIC 510-5, EN 13104 und EN 13261 enthaltenen gravierenden Einschränkungen, besonders für neue Radsätze mit modernen Werkstoffen, Verbindungstechniken und Fertigungsprozessen überwunden werden können. Die Auslegung verschiedener Radsatzkomponenten nach o.g. Normen hat in den letzten Jahren zu zahlreichen Brüchen und Rückholaktionen geführt. Bei Anwendung der neuen Methodik und dem eingesetzten Radsatzprüfstand können zukünftig neue, innovative Produkte unter Berücksichtigung der erforderlichen Sicherheit rechnerisch ausgelegt und einsatzgerecht entwickelt und optimiert werden.

"Im Rahmen des HIPERWHEEL-Projektes haben alle beteiligten Experten ihren Beitrag zur methodisch sicheren und betriebsfesten Auslegung von komplexen Sicherheitsbauteilen bei Schienenradsätzen geleistet. Mit unseren Erkenntnissen und Empfehlungen möchten wir dazu beitragen, die in den entsprechenden EU-Normen enthaltenen gravierenden Mängel zu überwinden", fasst Dr. Gerhard Fischer vom Fraunhofer LBF die Ergebnisse zusammen.

Anke Zeidler-Finsel | idw
Weitere Informationen:
http://www.lbf.fraunhofer.de/
http://www.lbf.fraunhofer.de/hiperwheel

Weitere Berichte zu: HIPERWHEEL Kontaktermüdung Radsätze Schienenfahrzeug

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon
21.02.2018 | Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V.

nachricht Wie verbessert man die Nahtqualität lasergeschweißter Textilien?
20.02.2018 | Hohenstein Institute

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Im Focus: Developing reliable quantum computers

International research team makes important step on the path to solving certification problems

Quantum computers may one day solve algorithmic problems which even the biggest supercomputers today can’t manage. But how do you test a quantum computer to...

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von Hefe für Demenzerkrankungen lernen

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Sektorenkopplung: Die Energiesysteme wachsen zusammen

22.02.2018 | Seminare Workshops

Die Entschlüsselung der Struktur des Huntingtin Proteins

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics