Bericht der Bundesanstalt für Materialforschung herunterladen

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Zusammenfassung des BAM-Berichts

 

Glossar zu den technischen Fragen rund um den Skandal der ICE-Achsen

Betriebsfestigkeit: siehe Dauerfestigkeit

Dauerfestigkeit, auch als Betriebsfestigkeit bezeichnet: Mit Dauerfestigkeit wird die Spannungsgrenze bezeichnet, unterhalb derer es bei einer bestimmten Art und Form einer Kerbe und einer definierten Anzahl und Größe von Spannungswechseln innerhalb einer festlegten Lebensdauer nicht zum Auftreten von Ermüdungsrissen kommt .

Ermüdungsriss: siehe Schwingriss

Hochfeste Stähle: Stahlsorten, die durch Legierung und Vergütung höhere Maximallasten aufnehmen können, die jedoch gegenüber konventionellen Stählen eine deutlich geringere Dauerfestigkeit aufweisen. Die DB AG hat sich bei den neuen ICE-Reihen für den Einsatz dieser hochfeste Stähle entschieden, um dadurch dünnere und somit leichtere Achsen zu erhalten (ICE-3: 34CrNiMo6, ICE-T: 30NiCrMoV12). Das Achsgewicht spielt als Bestandteil der ungefederten Auflast für die Belastung des Unterbaus eine Rolle: Leichtere Achsen erlauben größere Abstände in der Wartung von Gleis und Gleisbett. Sie erfordern jedoch infolge der geringeren Dauerfestigkeit eine deutlich erhöhte Kontrolle und Wartung der Achsen selbst.

Inspektionsintervall: Abstand zwischen zwei Prüfungen, im vorliegenden Fall zwischen den Ultraschallprüfungen an den Achsen von Hochgeschwindigkeitszügen. Die Achsen werden dabei auf kaum Millimeter große Risse oder Kerben geprüft, die Startpunkt von Ermüdungsrissen werden können. Die DB AG gibt an, dass für die von den Herstellern der ICE-3 und ICE-T- Reihe 480.000 km Laufleistung vorgegeben seien. Sie selbst hatte bis zu dem Beinahe Unglück zwischen Frankfurt und Köln alle 300.000 km geprüft. Dabei ist die Festlegung des Prüfintervalls auch an der Größe der Belastung auszurichten. Experten weisen seit Jahren darauf hin, dass diese im Hochgeschwindigkeits- und Mischverkehr deutlich höher sind, als zum Zeitpunkt des Achsbaus bekannt war.
Die am 9.7.08 gebrochene ICE-3-Achse war nach Angaben der Bundesanstalt für Materialprüfung 150.000 km vor dem Unfall zuletzt mit Ultraschall geprüft worden. Das Eisenbahnbundesamt (EBA) hatte nach dem Unfall die Überprüfung aller ICE-3-Züge gefordert sowie Inspektionsintervalle von maximal 60.000 km. Seit geraumer Zeit prüft die DB AG nach eigenen Angaben alle 30.000 km. Dieses Intervall ist Bestandteil eines außergerichtlichen Vergleichs zwischen Bahn und EBA, in dem auch zutage kam, dass die Bahn eine millimetergenaue Ultraschallprüfung technisch und/oder personell nicht zu leisten imstande ist und daher nur mit einer Genauigkeit von 2 Millimetern prüft.

Kerbe: Dauerfestigkeitsrelevante Störung eines ansonsten homogenen Materials. Im Stahl einer Zugachse kann das eine planmäßige Unebenheit am Anschluß Rad zur Welle sein, aber auch unplanmäßige Unebenheiten der Oberfläche oder nichtmetallische Einschlüsse im Material aus dem Guß- oder Schmiedeprozess.

Klangprobe: Prüfverfahren zum Auffinden von Rissen und anderen Inhomogenitäten in Materialien, das früher bei der Bahn und heute noch in der Porzellanherstellung angewandt wird. Das Verfahren ist der Ultraschall-Prüfung in der Genauigkeit weit unterlegen. Hinsichtlich der einfachen Anwendung und zum Auffinden von großen Rissen, die bei der US-Prüfung wegen der Komplexität des Verfahrens oder aufgrund von Unachtsamkeit übersehen wurden, hat das Verfahren weiterhin seine Berechtigung. Es ist nicht auszuschließen, dass der Riss in der Achse, die am 9.7.08 bei einer Beinahe-Katastrophe auf der Höchstgeschwindigkeitsstrecke zwischen Frankfurt und Köln gebrochen ist, mit diesem Verfahren aufgefunden worden wäre. Die letzte Sichtprüfung der Achse hatte laut BAM- Gutachten zwei Tage vorher, am 7.7.08 stattgefunden. Die DB AG wendet die Klangprobe jedoch nicht mehr an. Seit Mitte der Neunziger werden speziell ausgebildete Strecken- und Gleis- und Zugläufer nicht mehr eingesetzt, Fachleute mit der erforderlichen Sensibiliserung des Gehörs fehlen mittlerweile.

Mischverkehr: Im Hochgeschwindigkeitsverkehr, also dem Eisenbahnverkehr mit Spitzengeschwindigkeiten oberhalb von 200 km/h, gibt es derzeit international drei Systeme: der japanische Shinkansen, der französische TGV sowie der deutsche ICE. Shinkansen und TGV fahren auf einem eigenen Hochgeschwindigkeitsnetz, ICEs fahren teilweise, jedoch nicht ausschließlich auf dem gleichen Netz wie der konventionelle Schienenverkehr. Diese auch als Mischverkehr bezeichnete Betriebsform bringt erhöhte Belastungen sowohl für die Gleise und den Unterbau als auch für die darauf fahrenden Räder und Achsen mit sich. Letzteres insbesondere wegen der größeren Unebenheit von Gleisen im konventionelle Schienenverkehr.

Radsatzwellen: Bestandteil des Radsatzes, zu dem bei Schienenfahrzeugen noch die beiden Radscheiben (Räder) und gegebenenfalls noch Bremsscheiben gehören. Radsatzwellen übertragen die Lasten wie Gewicht des Fahrzeugs oder Beschleunigungskräfte beim Bremsen und Anfahren auf die Radscheiben. Eine Radsatzwelle unterscheidet sich von einer einfachen Achse dadurch, dass sie auch ein Drehmoment übertragen kann. Sie werden als Hohlwellen oder als Vollwellen ausgeführt. Im Vergleich der drei Hochgeschwindigkeitssysteme Shinkansen, TGV und ICE weisen ICE-Achsen bei gleicher Spurweite die deutlich schwächeren Wellen auf: Shinkansen 190 - 209 mm, TGV: 184 - 212 mm, ICE: 160 - 190. Der damit einhergehende Verlust an Festigkeit soll durch den Einsatz hochfester Stähle ausgeglichen werden, die jedoch gleichzeitig eine deutlich geringere Dauerfestigkeit aufweisen.

Schwingriss, auch als Ermüdungsriss bezeichnet: Von einer Kerbe im Material ausgehender Riss, der sich durch Wechselbeanspruchung vergrößert. Die Größe der Wechselbeanspruchung kann dabei deutlich geringer sein als die Maximalbeanspruchung. Eine Belastung in Höhe von nur 10 oder 20 % der Maximalbeanspruchung können bei einer großen Anzahl von wechselnden Belastungen (z.B. einige Millionen mal) bereits zur Rissbildung führen. Bleibt der Riss unentdeckt, vergrößert er sich bei gleich bleibender äußerer Beanspruchung progressiv, da sich durch den Riss der Querschnitt der Achse verringert. Die Beanspruchung muss von einer ständig kleiner werdenden Fläche übertragen werden. Am Ende des Ermüdungsprozesses kommt es im verbleibenden Restquerschnitt zum Gewaltbruch. Bei der am 9.7.08 gebrochenen ICE-3-Achse waren zum Bruchzeitpunkt bereits drei Viertel der Achse durchtrennt.

Ultraschallprüfung: abgekürzt US-Prüfung ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren zum Auffinden von Rissen und anderen Inhomogenitäten in Materialien. Sie ist im Grunde eine Fortentwicklung der Klangprobe, wie sie früher bei der Bahn und heute noch in der Porzellanherstellung angewandt wird. Bei der US-Prüfung wird versucht, Störungen in der Schallausbreitung (Kerben) durch direktes Aufsetzen von Ultraschallprüfköpfen auf das Material aufzufinden. Die mit der Meßeinrichtung verbundenen Prüfköpfe beinhalten Schallgeber sowie Schallaufnehmer, die das Echo messen. Eine "Anzeige" bedeutet einen signifikanten Verlust zwischen Schallgabe und Echo. Im Bereich von planmäßigen Störungen wie am Anschluß Rad zur Welle ist die Bewertung der Anzeigen jedoch extrem schwierig, es besteht die Gefahr, dass ausserplanmäßige Störungen von planmäßigen Störungen überdeckt werden. US- Prüfungen bedürfen eines hochausgebildeten Personals, das die Interaktion der zahlreichern Parameter zwischen Prüfkörper, Meßeinrichtung und Sorgfalt der Meßausführung sicher bewerten kann.

Wechselbeanspruchung: Beanspruchung eines Bauteils (z. B. einer Achse), die sich in Stärke und Richtung häufig ändert. Wird z.B. durch angeregte Eigenschwingungen hervorgerufen, aber auch durch konstruktionsbedingt erzwungene Lastveränderungen etwa bei rotierenden Bauteilen oder bei stochastischen Lastprozessen, wie sie durch die Stöße auf unebenem Gleis bzw. unebenem Gleisunterbau gebildet werden.

13.11.2008, verantwortlich für technische Details: Dipl.-Ing. C.-F. Waßmuth

Wird fortgesetzt.

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