Bestimmung des Einflusses des Walzens auf den Verschleiß von Schienenfahrzeugrädern am Beispiel einer Stadtbahn

Der Verschleiß von Schienenfahrzeugrädern wird wesentlich von der Härte der Kontaktpartner (Rad und Schiene) beeinflusst. In bestehenden Verschleißmodellen wird dieser Umstand jedoch mit konstantem Einfluss der Härte berücksichtigt. Bei dem Modell nach HOLM steht die Härte im umgekehrt proportionalen Zusammenhang zum Verschleiß. Das bestehende Modell wird ergänzt, um die Entwicklung der Oberflächenhärte des Rades beim Einlaufen abzubilden. Zur Bestimmung des Einlaufverhaltens werden Versuche am Einzelrad-Rollprüfstand (Twin-Disc) durchgeführt. Es stehen zwei neu reprofilierte Räder zur Verfügung, wobei bei einem Rad die Oberflächenhärte durch vorheriges Walzen gesteigert wird. Mit den Versuchen wird ein Fahrzyklus in Form von Anfahren, Fahren mit konstanter Geschwindigkeit und Abbremsen nachgestellt. Der Fokus der Versuche mit dem ungewalzten Rad liegt auf dem Verschleiß- und Einlaufverhalten. Mit Hilfe des Rades mit der gesteigerten Oberflächenhärte wird insbesondere der Einfluss von Streumitteln auf den Verschleiß betrachtet. Eine weitere Beurteilungsgröße ist der Gradient der Oberflächenrauheit des Rades, welcher während der Versuche kontinuierlich erfasst wird. Das Ergebnis der Prüfstandversuche wird in das Härte-Verschleißmodell (HVM) überführt. Die Parametrierung des Modells erfolgt ebenfalls mit Hilfe der Versuchsreihen. Im Anschluss wird das so parametrierte HVM in Kombination mit einer Mehrkörpersimulation (MKS) zur Prognose von Verschleiß und Oberflächenhärte einer Stadtbahn eingesetzt. Das MKS-Modell umfasst neben dem eigentlichen Fahrzeug den Fahrweg in Form real nachgebildeter Strecken und den Einfluss des Fahrers in Kombination mit einem Fahrplan, welcher durch einen Regler nachgebildet wird. Die Validierung des Härte-Verschleiß Modells erfolgt mittels realer Fahrversuche. Hierbei wird ein ungewalztes Rad betrachtet. Es zeigt sich, dass die Entwicklung der Oberflächenhärte und des Radverschleißes während des Einlaufverhaltens realitätsgetreu nachgebildet werden. Sowohl die Prüfstandversuche als auch die Simulation zeigen eine Reduktion des Verschleißes beim gewalzten Rad gegenüber dem ungewalzten Rad. Aus der Simulation geht eine Einsparung von etwa 30 % hervor. Diese Größenordnung legt nahe, eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des Kaltwalzverfahrens zur Verschleißreduktion in Betracht zu ziehen.