Die Eisenbahn ist ein spurgebundenes Verkehrsmittel, bei dem der Rad-Schienekontakt einen wesentlichen Einfluß auf Fahrkomfort und Fahrsicherheit hat. So kommt den Laufflächenformen von Rad und Schiene und deren zeitliche Entwicklung durch Verschleiß eine besondere Bedeutung zu. In dieser Arbeit wird ein Modell entwickelt, mit dem die Ausbildung welliger Verschleißmuster auf Eisenbahnrädern simuliert werden kann. Deren Entstehungsmechanismus wird in der Wechselwirkung zwischen den rasch ablaufenden Bewegungen der Fahrzeug-Fahrwegdynamik und den langsamen Verschleißvorgängen gesehen. Die Fahrzeug-Fahrwegdynamik wird über ein Modell eines in einem Drehgestell aufgehängten Radsatzes, der auf zwei Schienen läuft, beschrieben. Im einzelnen werden die Radsatzbewegungen über Energiesausdrücke erfaßt, die dynamischen Steifigkeiten der Schienen ermittelt, die Zwangsbedingungen des Rad-Schienekontakts formuliert und somit die Fahrzeug-Fahrwegbewegungen bezüglich der vergleichsweise großen lateralen Drehgestellbewegung entwickelt. Aus den Relativbewegungen im Kontakt wird die dort auftretende Reibleistung abgeleitet und daraus die Reibleistungsverteilung auf der Lauffläche über Fourier- und Legendrepolynome approximiert. Gemäß der Reibarbeitshypothese wird der Materialabtrag auf den Laufflächen proportional zur approximierten Reibleistungsverteilung angesetzt. Für ausgewählte Betriebsbedingungen wird die Entstehung welliger Verschleißmuster simuliert. Aus einem Anfangszustand sehr geringer Laufflächenstörungen bilden sich Verschleißmuster aus, die sich in ihrer Kehlung und den Welligkeiten über dem Umfang unterscheiden. In den spurkranznahen Laufflächenbereichen entwickeln sich Welligkeiten anderer Wellenlänge als an den Stirnseiten. Die Berechnungsergebnisse stimmen qualitativ mit Beobachtungen der Bahn überein.
Wellige Verschleißmuster auf Laufflächen von Eisenbahnrädern
Wavy wear pattern on the treads of railway wheels
Braunschweiger Schriften zur Mechanik ; 47 ; 1-147
2002
147 Seiten, Bilder, Tabellen, 97 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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