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 Beton - gebaut für die Ewigkeit? Ressourceneinsparung mit Reyclingbeton
19.04.2017 | Hochschule Konstanz

nachricht Gelatine statt Unterarm
19.04.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur lückenlosen Qualitätsüberwachung in der gesamten Lieferkette

25.04.2017 | Verkehr Logistik

Digitalisierung bringt Produktion zurück an den Standort Deutschland

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen