Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Ermüdungsrisswachstum in Radsatzwellen
Wird in einem zyklisch beanspruchten Bauteil ein Riss detektiert bzw. lässt sich dessen Vorliegen nach einer durchgeführten zerstörungsfreien Prüfung nicht ausschließen, so kann die Restlebensdauer des Bauteils mit Hilfe der bruchmechanischen Methoden abgeschätzt werden. Eine solche Aufgabenstellung entsteht bei der Bewertung bzw. Dimensionierung von Radsatzwellen für im Betrieb befindliche bzw. neue Fahrzeuge. Dabei sollen mehrere werkstoff- sowie betriebsrelevante Aspekte berücksichtigt werden, u.a.:
- repräsentative Rissgeometrie
- Beanspruchung mit variablen Lastamplituden (Lastspektrum)
- Kerbwirkung bei einer Risslage in einem geometrischen Übergangsbereich
- Vorliegen von Eigenspannungen infolge von Presspassung, mechanischer Bearbeitung, Wärmebehandlung
- umfangreiche Werkstoffcharakterisierung als Folge variabler Spannungsintensitätsverhältnisse
Die meisten genannten Aspekte wurden in einem von dem BMWi sowie der deutschen Bahnindustrie geförderten Forschungsvorhaben »Eisenbahnfahrwerke-2« behandelt. Neben der experimentellen Ermittlung von erforderlichen Werkstoffdaten wurden dort methodische Grundlagen, Lösungen sowie eine Software für die Simulation des Ermüdungsrisswachstums in Radsatzwellen entwickelt.
Die Erkenntnisse aus dem genannten Forschungsvorhabens wurden erfolgreich in mehreren Projekten für die Dimensionierung von Radsatzwellen sowie die Absicherung von Inspektionsintervallen umgesetzt.