Influencing rolling contact fatigue and wear by different rail grades and contact conditions

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

Steigende Achslasten, dichter werdende Zugfrequenzen und höhere Reisegeschwindigkeiten sorgen sowohl im Personen- als auch im Güterverkehr für steigende Belastungen auf Fahrzeuge und Fahrweg. Infrastrukturbetreiber müssen sich zunehmend den Konsequenzen dieser erhöhten Belastungen stellen – Kosten, hervorgerufen durch Verschleiß und Rollkontaktermüdung (RCF). Gemäß der Shakedown Theorie stehen mehrere Ansätze zur Verfügung, um die Ausbildung der Schädigung auf der Schienenoberfläche zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Die Schienengüten-Wahl beeinflusst die Ausbildung der Schädigung durch die Mikrostruktur und durch die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Reibungsbedingungen mit Hilfe eines Schienenkopfkonditionierungsmittels (Friction Modifier) gezielt zu beeinflussen und somit die maximalen Traktionskräfte, die zwischen Rad und Schiene übertragen werden, zu reduzieren. Ein Friction Modifier stellt gezielt einen konstanten mittleren Reibwert zwischen Rad und Schiene ein, ohne das Anfahrts- und Bremsverhalten der Züge negativ zu beeinflussen. Darüber hinaus wird auch die Kraftschlusskurve zwischen Rad und Schiene dahingehend beeinflusst, dass sie kein Maximum im Kurvenverlauf aufweist (positive Reibungscharakteristik) und dadurch „Stick-Slip“ Effekte verhindert werden. Diese Dissertation untersucht das Verschleiß- und RCF-Verhalten verschiedener perlitischer und bainitischer Schienenstähle am vollmaßstäblichen Rad-Schiene Prüfstand der voestalpine Schienen GmbH bei trockenen und Friction Modifier behandelten Rad-Schiene Kontaktbedingungen. Die Ergebnisse werden mit Erkenntnissen aus diversen Gleistests der voestalpine Schienen GmbH verglichen. Der Prüfstand ermöglicht die Erzeugung von realistischen Rad-Schiene Kontaktbedingungen, die zur Ausbildung von Verschleiß und RCF innerhalb eines kurzen Zeitraumes von 100.000 Überrollungen führen. Die Ergebnisse am Prüfstand zeigen deutlich die überlegene Verschleiß- und RCF-Beständigkeit hochfester perlitischer Schienenstähle. Bainitische Schienenstähle zeigen ein abweichendes Verhalten. Ihre Verschleißbeständigkeit ist im Vergleich zu perlitischen Stähle mit demselben Härteniveau reduziert, jedoch weisen sie eine erhöhte Beständigkeit gegenüber RCF- Schäden auf. Die Testreihe mit Friction Modifier Applizierung zeigt deutlich das Potential des Friction Modifiers zur zusätzlichen Reduzierung von Verschleiß und RCF und der daraus folgenden Verlängerung der Schienenliegedauer. Obwohl die Ergebnisse vom Rad-Schiene Prüfstand und aus verschiedenen Gleistests der voestalpine Schienen GmbH denselben Trends folgen, zeigen sich in den Absolut-Werten doch deutliche Unterschiede zwischen Labor und Gleis. Diese Unterschiede lassen sich durch spezifische Einschränkungen und Limitierungen am Rad-Schiene Prüfstand im Vergleich zu realen Gleisbedingungen erklären. Schließlich werden aus den vorhandenen Daten Ideen und Ansätze abgeleitet, die einerseits das prüfstandspezifische Verschleißverhalten der getesteten Schienengüten erläutern sollen, als auch die Schienengüten-abhängige Ausbildung von periodischen Rissen an der Fahrkante (Head Checks genannt) erklären sollen.

Details

Titel in ÜbersetzungDer Einfluss von verschiedenen Schienengüten und unterschiedlichen Kontaktbedingungen auf Verschleiß und Rollkontaktermüdung von Schienen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2012