In interdisziplinärer Zusammenarbeit mit zehn renommierten europäischen Partnern erforschte das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF im EU-Projekt HIPER- WHEEL 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 (30Ni CrMo V12; AIMgSi31; 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 unterschiedlichen Abfall der Schwingfestigkeit unter Kontaktermüdung zwischen dem Wöhler- und Gaßner- Versuch. Bei Wöhler- Versuchen werden konstante, bei Gaßner- Versuchen 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 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 Versuchsstrecken 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 70000 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, sodass 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.


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    Title :

    Fraunhofer LBF präsentiert Leichtbauradsatz HIPERWHEEL - Neue Entwicklungsmethodik und neue Werkstoffe machen Radsätze für Schienenfahrzeuge leichter, leiser und zuverlässiger - Empfehlungen für EU-Norm


    Contributors:

    Published in:

    Publication date :

    2005


    Size :

    1 Seite, 1 Bild



    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Print


    Language :

    German