Entwicklung eines Eisenbahnrades aus faserverstärktem Kunststoff

Lärmreduzierung für Nahverkehrs- und Hochgeschwindigkeitszüge durch neue Werkstoffe

Ziel der Arbeiten war die konstruktive Entwicklung, prototypische Realisierung, Erprobung und Serienfertigungsplanung eines schallreduzierten und gewichtsoptimierten Schienenlaufrades (FVK - Schienenlaufrad). Der Einsatz von Strukturbauteilen aus Faserverbundkunststoff (FVK) soll durch die guten Dämpfungseigenschaften des Werkstoffs und durch die im Vergleich zu Stahl geringe spezifische Dichte zu einem deutlich günstigeren akustischen Verhalten bei gleichzeitiger Reduzierung der Schienenradmasse führen. Weitere Entwicklungsziele sind eine Optimierung der radialen und axialen Steifigkeiten, eine möglichst aerodynamische Formgebung und die Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte, wie Herstellung, Wartung und Austauschbarkeit.

Der Einsatz eines Rad - Prototypen auf einer Strecke der Deutschen Bundesbahn AG ist fehlgeschlagen, da die vorerst angenommene Querbelastung durch Schienenstöße zur Bauteilberechnung mit 7t (7000 kg) zu niedrig gewählt wurde. Messwerte ergaben eine wesentlich höhere Querbelastung beim Durchfahren einer Weichenanlage mit Höchstgeschwindigkeit. Da das Rad für geringere Querbelastungen ausgelegt wurde, brach es an dieser Stelle. Aus neuen Abschätzungen geht hervor, dass hier mit einer Querkraft von 15t gerechnet werden müsste. Eine erste Machbarkeitsuntersuchung ergab, dass mit einer anderen Konstruktion auch mit dieser höheren Belastung das Rad realisiert werden kann.

Prototyp eines Schienenrades mit Kunststoffkomponenten   Laufkranz und Nabe aus Stahl, Scheibe aus Kunststoff

Finite Elemente Modell des Prototypen,   Verformung unter hoher Querbelastung

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