Die Rißbildung im Sichelankerbereich bei Stehkesseln von Dampflokomotiven war Untersuchungsanlaß. Der Entstehungszeitpunkt der Risse ist nicht bekannt, insofern war keine Aussage über nachträgliche Auswirkungen möglich. Risse wurden bei Prüfungen nach EBO (Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung) festgestellt. Da Kessel aus zahlreichen Einzelelementen zusammengesetzt sind, ist eine Festigkeitsberechnung als Ganzes nach dem Regelwerk problematisch. Zur abschnittsweisen Berechnung der Vergleichsspannung wurde die konservative Schubspannungshypothese angewandt. Nach Regelwerk ergibt sich für den Prüfzustand bei 20 Grad C und 21 bar Berechnungsdruck 10,245 mm erforderliche Mindestwandstärke, beim Betriebszustand mit 230 Grad C und 16 bar Berechnungsdruck hingegen 10,976 mm Wandstärke. Die Standortbestimmung erfolgte mit der Finite-Element-Festigkeitsanalyse auf Basis eines Schalenmodells und linerplastischen Materialverhaltens. Druck und Temperatur wurden als Lastfälle separat und in Kombination untersucht. Ergebnisse: maßgebliche Kesselbereiche weisen unzulässig hohe Beanspruchungen auf, Sichelanker führen zu keiner höheren Tragfestigkeit der Kesselwandung, Ermüdungsschäden sind Kerbbeanspruchungsfolgen, die Temperaturbeanspruchung ist relativ gering gegenüber der Druckbeanspruchung. Risse im Sichelankerbereich stellen keine Gesamtgefährdung dar. Berechnungsgrundlage für die Volumenmodellberechnung war: Betriebsdruck = 16 bar, Elastizitätsmodul E = 197000 N/mm2, Fließgrenze SigmaF = 173 N/mm2, Verfestigungsmodul VM = 1000 N/mm2. Das reale Verfestigungsverhalten bringt eine zusätzliche Sicherheitsreserve. Eine Fließgrenzüberschreitung ist nur an den Queranker-Lochrändern festzustellen. Sie hat aber keinen Einfluß auf das Tragverhalten der Kesselwand. Der gemessene Spannungsverlauf liegt unterhalb des Vergleichsmaximums. Bei einer Referenzanalyse mit 30 bar Betriebsdruck wurde keine Erschöpfung der Tragfestigkeit festgestellt. Festigkeitsmäßig bestehen hinsichtlich der Rißbildung keinerlei Bedenken. Inwieweit sich die Rißbildung fortsetzt, wurde nicht untersucht. Der Rißfortschritt setzt aber einen bestimmten Zugspannungszustand voraus.
Zur Tragfähigkeitsbewertung von Lokomotivkesseln
TÜ Technische Überwachung, Düsseldorf ; 37 , 11/12 ; 15-19
1996
5 Seiten, 6 Bilder, 1 Tabelle, 12 Quellen
Article (Journal)
German
Lokomotive , Dampfkessel , Rissneigung , Rissprüfung , Rissbildung , Spannungsfestigkeit , Druckprüfung , Technischer Überwachungsverein , Berechnungsmethode , Werkstoffbeanspruchung , Wanddicke , Finite-Elemente-Methode , Festigkeitsberechnung , theoretische Untersuchung , Wärmebelastung , Elastizitätsmodul , Vergleichsspannung (Mechanik) , Fließgrenze , Steifigkeit , Kerbspannung , Streckgrenze , Rissfortpflanzung
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