Skip to main content
Article
Licensed
Unlicensed Requires Authentication

Anmerkungen zur Auslegung und zum sicheren Betrieb von Radsatzwellen aus der Sicht von Betriebsfestigkeit und Bruchmechanik*

  • and
Published/Copyright: September 28, 2014
Become an author with De Gruyter Brill

Kurzfassung

Die Sicherheit von Radsatzwellen beruht gegenwärtig auf zwei Säulen: der Schwingfestigkeitsauslegung und periodischen Inspektionen. Ausgehend von einem Schadensfall, der gebrochenen ICE 3-Welle von Köln, 2008, werden ausgewählte Aspekte dieser beiden Säulen diskutiert und Vorschläge zur weiteren Verbesserung gemacht. Diese betreffen u. a. Fragen einer Betriebszeitbegrenzung, Veränderungen der Schwingfestigkeit während des Betriebs infolge von Korrosion und Steinschlag, den Einfluss von Korrosion auf Schwingrissinitiierung und -fortschritt, den potenziellen Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse auf die Schwingfestigkeit, die Möglichkeiten, sie im Rahmen der Qualitätssicherung zu detektieren, sowie Fragen der Bruchmechanik und der Zuverlässigkeit zerstörungsfreier Schwingriss-Prüfverfahren im Rahmen eines Konzepts regelmäßiger Inspektionen.

Abstract

The safety assessment of railway axles is currently based on a two-column approach: Fatigue strength design and regular inspections, which, in terms of a general safety philosophy, refer to safe-life and damage tolerance concepts. Starting with a recent failure case, a broken axle of a German high speed train, discussion is presented on issues of both safety levels. These include ideas for finite life design, the treatment of in-service effects on the fatigue strength due to corrosion pits and flying ballast damage, the effect of corrosion on fatigue crack initiation and propagation, potential effects of non-metallic inclusions in steels on fatigue strength of railway axles, the way to detect them by quality control measures and issues of fracture mechanics and reliability aspects of non-destructive testing with respect to the detection of fatigue cracks.


** Korrespondenzadresse, Prof. Dr.-Ing. Uwe Zerbst, BAM Fachbereich 9.1, Unter den Eichen 87, 12205 Berlin, Germany, E-Mail:
*

Dieser Beitrag erschien bereits im DVM-Bericht Betriebsfestigkeit 2013

Prof. Dr. Uwe Zerbst (Jahrgang 1958) studierte Werkstofftechnik an der TH Magdeburg und promovierte dort zu einem bruchmechanischen Thema (1986). Anschließende berufliche Tätigkeit: Institut für Mechanik der Akademie der Wissenschaften der DDR, Chemnitz (1985–1990), GKSS-Forschungszentrum Geesthacht (1990–2009), BAM Berlin (seit 2009).

Dr. Christian Klinger (Jahrgang 1962) studierte Maschinenbau an der TU Berlin und promovierte dort zu einem Thema der Betriebsfestigkeit (1992). Berufliche Tätigkeit: Fa. Orthopedia, Kiel (1987–1990), TU Berlin (1990–1991), BAM Berlin (seit 1991).


Literatur

1 C.Klinger, D.Bettge: Axle fracture of an ICE 3 high speed train, Engng. Failure Analysis35 (2013), S. 6681Search in Google Scholar

2 European Railway Agency (ERA) (2012): Railway Safety Performance in the European Union. http://www.era.europa.eu/Document-Register/Documents/SafetyReport2012.pdfSearch in Google Scholar

3 G.Köhler: Sicherheitsphilosophie bei Konstruktion, Produktion und Betrieb von Radsätzen, Präsentation bei SFT, Graz, Österreich (2011)Search in Google Scholar

4 U.Zerbst, S.Beretta, G.Köhler, A.Lawton, M.Vormwald, H. Th.Beier, C.Klinger, I.Černý, J.Rudlin, T.Heckel, D.Klingbeil: Safe life and damage tolerance aspects of railway axles – A review, Engng. Fracture Mech.98 (2013), S. 214271Search in Google Scholar

5 EN 13103: Railway Applications – Wheelsets and Bogies – Non Powered Axles – Design Method,European Committee for Standardization (CEN), Brussels, Belgium (2001)Search in Google Scholar

6 EN 13104: Railway Applications – Wheelsets and Bogies – Powered Axles – Design Method. European Committee for Standardization (CEN), Brussels, Belgium (2001)Search in Google Scholar

7 EN 13261: Railway applications. Wheelsets and bogies. Axles. Product requirements, Annex A. European Committee for Standardization (CEN), Brussels, Belgium (2009)Search in Google Scholar

8 S.Beretta, M.Carboni, G.Fiore, A.Lo Conte: Corrosion-fatigue of A1N railway axle steel exposed to rainwater, Int. J. Fatigue32 (2010), S. 952961Search in Google Scholar

9 C. M.Sonsino: Course of SN-curves especially in the high-cycle fatigue regime with regard to component design and safety, Int. J. Fatigue29 (2007), S. 2246225810.1016/j.ijfatigue.2006.11.015Search in Google Scholar

10 M.Traupe, H.Meinen, H.Zenner: Sichere und wirtschaftliche Auslegung von Eisenbahnfahrwerken, Abschlussbericht BMBF Project19P 0061 A-F (2004)Search in Google Scholar

11 S.Beretta, M.Carboni: Endurance design procedure of wheelsets based on reliable load spectra and reliable Wöhler curves, D5.1.3: Design procedures for axles, European Project Wheelset Integrated Design and effective Maintenance (WIDEM), http://www.widem.org/file.php?id=50&save_dialogue=1 (2008)Search in Google Scholar

12 V.Grubisic, G.Fischer: Procedure for reliable durability validation of train axles, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik37 (2006), S. 973982Search in Google Scholar

13 V.Grubisic, G.Fischer: Sichere Bemessung von ICE-Radsatzwellen. ETR – Eisenbahntechnische Rundschau (2011), No. 1–2, S. 1825Search in Google Scholar

14 K.Lütkepohl, A.Esderts, M.Luke, I.Varfolomeev: Sicherer und wirtschaftlicher Betrieb von Eisenbahnfahrwerken, Abschlussbericht BMWi Project19P 4021 A-F (2009)Search in Google Scholar

15 F.Braghin, S.Cervello: Service loads assessment, S.Cantini, S.Beretta (Eds.): Structural Reliability Assessment of Railway Axles, Luccini RS, Series LRS-Techno, No. 4, Italy (2011)Search in Google Scholar

16 S.Beretta, A.Ghidini, F.Lombardo: Fracture mechanics and scale effects in the fatigue of railway axles, Engng. Fracture Mech.72 (2005), S. 195208Search in Google Scholar

17 S.Beretta, M.Carboni, A.Lo Conte, E.Palermo: An investigation of the effects of corrosion on the fatigue strength of A1N axle steel, Proc of the Institution of Mech. Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 222 (2008), S. 129143Search in Google Scholar

18 British Rail Safety and Standards Board (RSSB): Project T728: Impact of corrosion upon the high cycle fatigue properties of GB axle steel, London (2010)Search in Google Scholar

19 F. G.Murawa: Neuentwicklungen zum Schutz von Radsätzen im Hochgeschwindigkeitsverkehr, Proc. 5. Fachtagung ZfP im Eisenbahnwesen, DGZfP, Berlin, Germany (2008), Presentation 07, http://www.ndt.net/article/dgzfp-rail-2008/Inhalt/V07.pdfSearch in Google Scholar

20 Y.Unigame, K.Hiraoka, I.Takasu, Y.Kato: Evaluation procedures of non-metallic inclusions in steel for high reliable bearings, ASTM STP 1465 (Bearing Steel Technology – Advances and State of the Art in Bearing Steel Quality Assurance), ASTM International3 (2007), No. 5, S. 3441Search in Google Scholar

21 U.Zerbst, M.Schödel, H. Th.Beier: Parameters affecting the damage tolerance behaviour of railway axles, Engng. Fracture Mech.78 (2011), S. 793809Search in Google Scholar

22 J. A.Benyon, A. S.Watson: The use of Monte-Carlo analysis to increase axle inspection interval. Proc. of the 13th Int. Wheelset Congress, Rome, Italy (2001)Search in Google Scholar

23 S.Beretta, M.Carboni, J.Rudlin, I.Wei: Damage tolerance and design review for the axles of a high speed train, Proc. of the ESIS TC 24 Workshop on Damage Tolerance of Railway Axles, Mailand, Italy (2008)Search in Google Scholar

24 J.Schijve: Fatigue of Materials and Structures, 2. Auflage, SpringerBerlin, Germany (2010), S. 222Search in Google Scholar

Online erschienen: 2014-09-28
Erschienen im Druck: 2014-07-15

© 2014, Carl Hanser Verlag, München

Articles in the same Issue

  1. Inhalt/Contents
  2. Inhalt
  3. Fachbeiträge/Technical Contributions
  4. Microstructure-Oriented Fatigue Assessment of Construction Materials and Joints Using Short-Time Load Increase Procedure*
  5. Anmerkungen zur Auslegung und zum sicheren Betrieb von Radsatzwellen aus der Sicht von Betriebsfestigkeit und Bruchmechanik*
  6. Load Data Calculation in Electric Axle Drives and Fatigue Assessment for the Electric Motor Subsystem*
  7. Zur Festigkeitsbewertung von CFK-Strukturen unter Pkw-Betriebslasten*
  8. Absicherungskonzept für die Betriebsfestigkeit von HV-Speicherbatterien*
  9. Betriebsfestigkeitsanalyse von CFK-Bauteilen mit statischen Versagenskriterien*
  10. Hot-Shakerprüfung für den Lebensdauernachweis an Euro-IV-Abgasanlagen von Nutzfahrzeugen*
  11. Effects of Re-Aging on the Fatigue Properties of Aluminum Alloy AA7075
  12. Coherency and Grain Size Effects on Solidification Crack Growth in Aluminum Welds
  13. Heat Treatment Response of Nb Alloyed Cast High Speed Tool Steel
  14. Conclusions of the 5th European American Workshop on Reliability of NDE
  15. Summary of the “Open Space Technology Discussions” on Reliability of NDE
  16. NDT Reliability in the Organizational Context of Service Inspection Companies
  17. Methods to Assess the Quality of Non-Destructive Testing in Civil Engineering Using POD and GUM for Static Calculations of Existing Structures*
  18. Effects of Cement Addition on Aluminum Penetration into Alumina Based Shaped Refractories
  19. Examination of Phase Composition and Mechanical Properties of Drilling Tool Material after Electrolytic Plasma Treatment
  20. Vorschau/Preview
  21. Vorschau
Downloaded on 19.4.2026 from https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.3139/120.110593/html
Scroll to top button