TY - THES

T1 - Entwicklung einer Methode zur Einbringung von Druckeigenspannungen in Schienenfüße

AU - Keinprecht, Manuel

N1 - gesperrt bis 01-10-2026

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist es den Stand der Wissenschaft hinsichtlich der mechanischen Oberflächenbehandlungsmethoden an Perliten für den Einsatz im Eisenbahnwesen zu evaluieren. Darüber hinaus ist der Kenntnisstand bezüglich des Einbringens von Druckeigenspannungen in diesen Werkstoff zu erweitern.Da Druckeigenspannungen im oberflächennahen Bereich die Geschwindigkeit der Rissfortpflanzung wesentlich verringern können, wird eine Möglichkeit für die Anwendung an der Fußfläche der Eisenbahnschiene gesucht. Durch die Minimierung des Rissfortschritts kann die Lebensdauer erhöht werden.Dabei zeigte die Literaturrecherche nur geringe Übereinstimmungen bezüglich der Eigenschaften der bereits untersuchten Werkstoffe und des Grundwerkstoffes für die Herstellung von Eisenbahnschienen. Deshalb wurden mehrere Behandlungsmethoden mit Hilfe einer Bewertungsmatrix im Zuge einer Vorauswahl beurteilt und gereiht.Als aussichtsreichste Methoden präsentieren sich das Kugelstrahlen, das Festwalzen, das maschinelle Hämmern sowie die Bearbeitung der Oberfläche mit dem Verfahren des Laserschockverfestigens.Nach der Überführung in den Versuchsmaßstab und der Abwicklung der experimentellen Untersuchungen wurde die Messung der Eigenspannungen mit der Bohrlochmethode durchgeführt.Die Auswertung der Dehnungen und Evaluierung der Eigenspannungen erfolgte durch die Software des Prüfsystemherstellers SINT Technology. Anschließend wurden die ermittelten Eigenspannungen grafisch aufbereitet. Die gemittelten Verläufe der eingebrachten Druckeigenspannungen werden übersichtlich dargestellt und die Behandlungsmethoden hinsichtlich ihres Wirkungsgrades bewertet.Schließlich erfolgt die Gegenüberstellung der Verfahren mit einer unbehandelten Referenzprobe. Die beiden besten mechanischen Oberflächenbehandlungsmethoden wurden aufgrund der in dieser Masterarbeit erzielten Ergebnisse gewählt und abschließend wurde für ebendiese Methoden eine Möglichkeit für die Integration in den kontinuierlichen Betrieb dargestellt.

AB - Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist es den Stand der Wissenschaft hinsichtlich der mechanischen Oberflächenbehandlungsmethoden an Perliten für den Einsatz im Eisenbahnwesen zu evaluieren. Darüber hinaus ist der Kenntnisstand bezüglich des Einbringens von Druckeigenspannungen in diesen Werkstoff zu erweitern.Da Druckeigenspannungen im oberflächennahen Bereich die Geschwindigkeit der Rissfortpflanzung wesentlich verringern können, wird eine Möglichkeit für die Anwendung an der Fußfläche der Eisenbahnschiene gesucht. Durch die Minimierung des Rissfortschritts kann die Lebensdauer erhöht werden.Dabei zeigte die Literaturrecherche nur geringe Übereinstimmungen bezüglich der Eigenschaften der bereits untersuchten Werkstoffe und des Grundwerkstoffes für die Herstellung von Eisenbahnschienen. Deshalb wurden mehrere Behandlungsmethoden mit Hilfe einer Bewertungsmatrix im Zuge einer Vorauswahl beurteilt und gereiht.Als aussichtsreichste Methoden präsentieren sich das Kugelstrahlen, das Festwalzen, das maschinelle Hämmern sowie die Bearbeitung der Oberfläche mit dem Verfahren des Laserschockverfestigens.Nach der Überführung in den Versuchsmaßstab und der Abwicklung der experimentellen Untersuchungen wurde die Messung der Eigenspannungen mit der Bohrlochmethode durchgeführt.Die Auswertung der Dehnungen und Evaluierung der Eigenspannungen erfolgte durch die Software des Prüfsystemherstellers SINT Technology. Anschließend wurden die ermittelten Eigenspannungen grafisch aufbereitet. Die gemittelten Verläufe der eingebrachten Druckeigenspannungen werden übersichtlich dargestellt und die Behandlungsmethoden hinsichtlich ihres Wirkungsgrades bewertet.Schließlich erfolgt die Gegenüberstellung der Verfahren mit einer unbehandelten Referenzprobe. Die beiden besten mechanischen Oberflächenbehandlungsmethoden wurden aufgrund der in dieser Masterarbeit erzielten Ergebnisse gewählt und abschließend wurde für ebendiese Methoden eine Möglichkeit für die Integration in den kontinuierlichen Betrieb dargestellt.

KW - mechanische Oberflächenbehandlungsmethoden

KW - Kugelstrahlen

KW - Festwalzen

KW - Hochfrequentes Hämmern

KW - Druckeigenspannungen

KW - Bohrlochmethode

KW - mechanical surface treatment methods

KW - shot peening

KW - deep rolling

KW - mechanical hammer peening

KW - residual compressive stresses

KW - borehole method

M3 - Masterarbeit

ER -