Entwicklung und Konstruktion eines unkonventionellen Rollprüfstands zur Untersuchung von Rollkontaktermüdung und Verschleiß an Eisenbahnrädern und -schienen

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Schindler
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471444469

Ziel dieses Projekts ist es, einen unkonventionellen Rollprüfstand zur Untersuchung von Rollkontaktermüdung und Verschleiß an Eisenbahnrädern und -schienen im Rahmen des Programms ”Neue Geräte für die Forschung” zu konstruieren, herzustellen und zu testen. Das Konzeptdesign des vorgeschlagenen Prüfstands wird in dem Antrag vorgestellt. Der Prüfstand wurde mit der Absicht entwickelt, Zwei-Scheiben-Prüfstände zu ersetzen, die derzeit zur Untersuchung der Rollkontaktermüdungs- und Verschleißmerkmalen von im Bahnbereich üblichen Stahlwerkstoffen/Stählen verwendet werden. Die Zwei-Scheiben-Prüfstande eignen sich nicht für Untersuchungen der Rollkontaktermüdung (RCF) und des Verschleißes im Rahmen von Materialprüfungen für Eisenbahnräder und -schienen, da sie nicht die Parameter in einem Rad-Schiene-Kontakt nachbilden können. Sie leiden auch unter Problemen hinsichtlich der Lösungsgenauigkeit, die sich aus der Skalierung der Ergebnisse ergeben. Herkömmliche Rollprüfstände, die zum Testen von echten Eisenbahnrädern verwendet werden, weisen auch mehrere Nachteile hinsichtlich der RCF- und Verschleißprüfung auf. Sie werden im Antrag ausführlich erörtert. Der vorgeschlagene Prüfstand kann die Einschränkungen seiner Vorgänger überwinden, da er die Ermüdungs- und Verschleißmerkmale von Materialien für Eisenbahnräder und -schienen bei realitätsnahe Kontaktbedingungen testen kann. Neben der Materialprüfung kann er auch zur Durchführung allgemeiner Kontaktuntersuchungen bei Freilauf-, Brems- und Beschleunigungsbedingungen bei realistischen Kontaktbelastungen eingesetzt werden, was ihn zu einem Mehrzweckprüfstand macht.Das Prinzip des Prüfstands wird validiert, indem die von den Rollen des Prüfstands erzeugte Kontaktfläche mit der realen Rad-Schiene-Kontaktfläche verglichen wird, anstatt sie empirisch anhand eines Modellprüfstands zu überprüfen. Dies liegt daran, dass die Lasten und Kontaktparameter, die zur Simulation von Rollkontaktermüdungs- und Verschleißphänomenen in Eisenbahnrädern und -schienen erforderlich sind, nicht in einem Modellprüfstand erzeugt werden können. FE-Berechnungen wurden durchgeführt, um die Geometrie des Kontaktfeldes zu berechnen, und die Ergebnisse davon werden im Antrag ausführlich erörtert. Dieser Antrag zielt daher auf die zweite Phase des Programms ab, in der der Prüfstand hergestellt und ein Pilotprojekt durchgeführt wird. Das Projekt ist in drei Arbeitspakete (AP) unterteilt. AP I umfasst die Detailkonstruktion des Prüfstands basierend auf dem entwickelten Konzept. In AP II wird der Prüfstand hergestellt und in Betrieb genommen. In AP III wird ein Validierungsprojekt am Prüfstand durchgeführt, um seine Fähigkeit zu beweisen, beabsichtigte Ermüdungsrisse und Verschleißerscheinungen an den Prüfkörpern zu generieren. Das komplette Projekt (AP I bis AP III) ist für 30 Monate geplant. Der Prüfstand wird nach seiner Validierung Drittforschern zur Verfügung gestellt.

• DFG-Verfahren: Neue Geräte für die Forschung