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Über dieses Buch

Eisenbahnen sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Doch während mehrheitlich die Züge als Transportmittel im Vordergrund stehen, rückt dieses zweibändige Werk die Eisenbahnschienen in das Zentrum der Betrachtung. Deren Weiterentwicklung ist auch heute noch längst nicht abgeschlossen. Sie müssen gewaltige Lasten tragen und dabei hohe Geschwindigkeiten aushalten. Zur Ausfall- und Unfallreduzierung beschäftigen sich die Autoren mit Schienenfehlern.
Dieser zweite Band führt zunächst in die Grundlagen der Bruchmechanik ein – die Basis zur Analyse rissartiger Schienenfehler. Die verschiedenen Arten der bruchmechanischen Analyse und des Sicherheitsnachweises werden behandelt. Betrachtet werden u.a. die Effektivität der zerstörungsfreien Schienenprüfung, die Sicherheitsbewertungen zur Bestimmung zulässiger Rissgrößen, die Analyse kritischer Rissgrößen, die Geschwindigkeit des Risswachstums, die Auswirkungen der Rissgeometrie, die Ermittlung der Rissgrößen mit Hilfe der Monte-Carlo-Simulation sowie die erforderliche Sicherheitsbewertung und die Gefahr von Folgebrüchen.Darüber hinaus beschäftigen sich die Autoren intensiv mit bruchmechanischen Eigenschaften, insbesondere mit der Analyse und Bewertung rissartiger Defekte in Eisenbahnschienen. Sie analysieren die Beanspruchung der Schienenwerkstoffe und leiten aus der sicherheitstechnischen Bewertung der bruchmechanischen Analyse die zulässigen Rissgrößen und die Periodizität der zerstörungsfreien Prüfung ab. Im Fokus stehen der Einfluss der Verspannungstemperatur auf das Bruch- und Risswachstumsverhalten, die Rissausbreitung an Federstellen in Weichenschienen, die Ausbreitung von Rollkontaktermüdungsrissen und die Betriebsgefährdung durch Folgebrüche.Ein besonderes Extra dieses Werkes ist der enthaltene „Katalog der Schienenfehler“.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Die bruchmechanische Behandlung rissartiger Schienenfehler

Zusammenfassung
Um das Verhalten rissartiger Fehler in Eisenbahnschienen analysieren zu können, bietet sich als wissenschaftliche Grundlage die Bruchmechanik an, häufig eingeschränkt auf die linear-elastische Bruchmechanik. Die Grundlagen dieses Wissenschaftsbereiches werden dargelegt. Als Maß der Werkstoffbeanspruchung an der Rissspitze werden Spannungsintensitätsfaktoren angegeben für unterschiedliche Risskonfigurationen in Eisenbahnschienen. Diesen Werten sind die bruchmechanischen Eigenschaften des originalen sowie auch des kaltverformten Schienenwerkstoffs gegenüberzustellen bei Berücksichtigung der unterschiedlichen Rissausbreitungsphänomene. Zu betrachten sind dabei auch die Einflüsse, die sich durch die Übertragung der Versuchsergebnisse auf die Analysen praktischer Versagensfälle ergeben. Die Art der bruchmechanischen Analysen und des Sicherheitsnachweises werden ausführlich behandelt.
Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

2. Von der Wahrscheinlichkeit der zerstörungsfreien Fehlerauffindung zur bruchmechanischen Rissbewertung bei der Deutschen Reichsbahn

Zusammenfassung
Ausgehend von der Wahrscheinlichkeit der Auffindung der unterschiedlichen Risse in den Eisenbahnschienen der Deutschen Reichsbahn wird die Effektivität der zerstörungsfreien Schienenprüfung betrachtet. Mit unterschiedlichen Analysemethoden bei Berücksichtigung relevanter Einflussgrößen wie Profiltyp, Verspannungstemperatur und geschädigter Profilbereich werden kritische Risse analysiert. Mithilfe probabilistischer Analysen und einer anschließenden Sicherheitsbewertung werden die Größen zulässiger Risse bestimmt. Für die bei der früheren Deutschen Reichsbahn maßgebenden rissartigen Schienenfehler ist ein „Katalog der Schienenfehler“ erarbeitet worden.
Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

3. Der Einfluss der VerspannungstemperaturVerspannungstemperatur auf die Rissausbreitung in Eisenbahnschienen

Zusammenfassung
Da die Größe der wirksamen Verspannungstemperatur der Schienen lückenloser Gleise einen wesentlichen Einfluss auf das Verhalten rissartiger Schienenfehler hat, wurden für unterschiedliche Verspannungstemperaturen die kritischen Rissgrößen und die Geschwindigkeit des Risswachstums analysiert.
Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

4. Zur Rissausbreitung an FederstellenFederstelle in ZungenschienenZungenschiene

Zusammenfassung
Solange in der Anfangszeit des Eisenbahnwesens auf den Schienen nur eine Lokomotive verkehrte, wurden Weichen auf der Strecke nicht benötigt (vgl. Abb. 1.1, Band 1, mit dem Rundkurs, auf dem Richard Trevithick 1808 in London seine Lokomotive der Öffentlichkeit vorstellte). Doch schon beim Umspannen der Lokomotive vor einen Zug mit mehreren Wagen zur Umkehr der Fahrtrichtung wurden Weichen erforderlich, erst recht, wenn ein Zug auf einer sonst eingleisigen Strecke an einem stehenden oder begegnenden Zug vorbeifahren sollte. Das Ausweichen wird mit Hilfe von Weichen realisiert. Verwendet wurden bei der 1825 eröffneten Strecke Stockton–Darlington eine frühe Variante der heutigen Bauart mit Zungenteil und Herzstück, während auf der 1835 eröffneten Strecke Brüssel–Mecheln Schleppweichen genutzt wurden [4.1]. Letztere bargen jedoch das Risiko der Entgleisung in sich, wenn die Weiche bei der Fahrtrichtung vom Zweiggleis zum Stammgleis nicht ordnungsgemäß gestellt wurde. Anders als bei den Schleppweichen stellen sich die Zungenschienen bei einer derartigen Fahrtrichtung ohne Entgleisungsrisiko (Abb. 4.1 links) selbstständig um, so dass Schleppweichen um die Mitte des 19. Jahrhunderts aus den Eisenbahngleisen verschwanden.
Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

5. Analyse der Rollkontaktermüdungsrisse in Eisenbahnschienen

Zusammenfassung
Da durch Rollkontaktermüdung in Eisenbahnschienen nicht nur Risse entstehen, sondern auch Brüche mit schwerwiegenden Folgen verursacht werden können, wurde das bislang zur Beseitigung der Riffeln eingesetzte Schienenschleifen als Gegenmaßnahme zur Beseitigung und Unterdrückung der Rollkontaktermüdungsrisse genutzt. Mit der Problematik dieser Defekte befasste sich der Sachverständigenausschuss D 173 des Office de Recherches et d’Essais (ORE) bzw. des European Rail (ERRI) in den 1990er-Jahren. Im Rahmen der Untersuchungen des ERRI [5.3, 5.4] kam es allerdings nicht zu einer befriedigenden Lösung des Rissausbreitungsproblems. Es wurden zwar viele FE-Berechnungen mit zwei- und dreidimensionalen Modellen durchgeführt und eine Vielzahl von Diagrammen für Verläufe von Spannungsintensitätsfaktoren für alle drei Rissöffnungsarten erstellt, jedoch wurden diese Ergebnisse keiner Bewertung unterzogen und keiner praktischen Nutzung zugeführt, so dass keine Aussagen über Wachstumsgeschwindigkeiten oder -richtungen der Rollkontaktermüdungsrisse getroffen werden konnten.
Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

6. Betriebsgefährdende Betriebsgefährdung Ausbrüche Ausbruch , DurchbrücheDurchbruch und GleislückenGleislücke

Zusammenfassung
Die in Eisenbahnschienen und in ihren Schweißverbindungen auftretenden Fehler können Brüche, Anrisse und sonstige Beschädigungen sein. Trotz der qualitativen Unterschiede bei den genannten Schienenfehlern wurde in der Anleitung für die Behandlung der Schienenbruchmeldebogen von 1939 [6.1] für die Deutsche Reichsbahn festgelegt: „Es sind nicht nur vollständige Brüche zu melden. Auch Anrisse im Kopf, Steg oder Fuß, längs oder quer, sowie Risse zwischen den Laschenlöchern gelten als Bruch und müssen gemeldet werden.“ Durch diese Formulierung wird berücksichtigt, dass in Abhängigkeit von der Zeit und der in ihr auf die Schienen einwirkenden Belastungen sich aus Beschädigungen Risse und aus denen wiederum Brüche entwickeln können.
Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

Backmatter

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