Sonntag, Juli 13, 2008

Radsatzwelle

Nachdem die Deutsche Bahn ihre ICE3 Flotte stilllegen musste wegen einem Radsatzwellenbruch möchte ich hier etwas Hintergrundwissen verbreiten. Dies scheint dringend nötig zu sein, denn sowohl der Wikipedia Artikel wie auch diverse Journalisten mühen sich mit den Fachbegriffen ab


Die Radsatzwelle ist die Verbindung zwischen den beiden Radscheiben. Das ganze heisst Radsatz. Der Begriff Achse wird je nach Zusammenhang sowohl für Radsatz, wie auch für Radsatzwelle verwendet und ist deshalb manchmal missverständlich.

Radsatz mit Radscheiben und Radsatzwelle


Die Radsatzwelle ist grossen Belastungen ausgesetzt. Durch das Gewicht des Fahrzeuges verbiegt die Welle wie auf dem Bild unten dargestellt. Die Stellen auf der Unterseite werden auf Druck belastet, die Stellen auf der Oberseite auf Zug.



Wenn das Eisenbahnfahrzeug fährt dreht sich die Radsatzwelle. Somit wird bei jeder Umdrehung eine bestimmte Stelle in der Radsatzwelle einmal auf Zug- und einmal auf Druck belastet. Es entsteht somit eine schwingende Belastung.

Jeder Werkstoff versagt schneller, wenn er schwingenden Beanspruchungen ausgesetzt ist. Die Theorie dazu wurde von August Wöhler Mitte des 19. Jahrhunderts entwickelt. Er versuchte gleich wie die Deutsche Bahn dem Bruch von Radsatzwellen zu finden. Die von ihm entwickelte Versuchsmethode wird noch heute benutzt und wird für die Ermittlung der Festigkeit von verschiedensten mechanischen Bauteilen eingesetzt.

Ausser der oben beschriebenen Belastung muss die Radsatzwelle auch die Kräfte bei einer Kurvenfahrt aufnehmen können, sowie die Schläge bei Fahrten über Weichen.

Bei Triebfahrzeugen wird auch das Drehmoment des Antriebs über die Radsatzwelle auf die Radscheiben übertragen. Dadurch wird die Radsatzwelle in sich verdreht und es entsteht eine zusätzliche Torsionsbelastung. Diese wird besonders stark bei Schleudervorgängen, wo sich die Radscheiben gegeneinander verdrehen können, wenn z.B nur das Rad auf einer Schiene noch Haftung hat und das andere Rad bereits am Gleiten ist.


Konstruktion
Die meisten heute eingesetzten Radsatzwellen haben einen Durchmesser von 15 bis 20 cm, sind geschmiedet und nachträglich bearbeitet. Radsatzwellen von schnellfahrenden Fahrzeugen sind manchmal mit einem speziellen Kunstoffschlagschutz beschichtet, der verhindern soll, dass aufgeworfene Schottersteine die Oberfläche beschädigen kann. Die von Fremdkörpern verursachten Beschädigungen sind oft der Ausgangspunkt von Rissen.


Prüfung
Heute werden die meisten Radsatzwellen hohl ausgeführt (ähnlich wie ein Rohr). Der Innendurchmesser der Bohrung ist zwischen 3 und 9 cm. Die Prüfung auf Risse erfolgt ebenfalls durch diese Bohrung. Dabei wird mit einem Prüfkopf ein Ultraschallsignal ausgesendet, das an Rissen reflektiert wird. Die Prüfung dauert pro Radsatzwelle 10 Minuten wenn sie mit einer automatischen Prüfeinrichtung durchgeführt wird, von Hand geht es ca. 2 Stunden.


Gab es schon früher Probleme mit Radsatzwellen ?
Die Radsatzwelle ist eines der kritischsten Elemente des Systems Eisenbahn weil ihr Versagen fast immer zu einem Unfall führt - glücklicherweise meist bei langsamer Fahrt über Weichenstrasse wie auch beim ICE3 in Köln. Probleme mit Radsatzwellen gibt es immer wieder, die aber von den Ingenieuren in der Regel gefunden und beseitigt werden können.


Hier einige Beispiele:

In Toronto bricht 1979 an einem Güterzug eine Achse. Wegen den teilweise mit Gefahrenstoffen geladenen Wagen müssen 240'000 Leute evakuiert werden.

In der Schweiz müssen 2005 einige ältere Reisezugwagen ausrangiert werden, nachdem in Aarau eine Radsatzwelle versagte. (hier mit Beschreibung der Geräusche vor und während dem Versagen.)

In München mussten zweimal die C-Wagen der U-Bahn ausser Betrieb genommen werden weil Risse an den Radsatzwellen auftraten.

Bei den mit Neigetechnik ausgerüsteten Zügen 611, 612 und ICE TD sind Risse in den Radsatzwellen aufgetreten. Sie wurden nach einem Unfall in Berlin entdeckt.

Die schwedischen X2000 Züge mussten vor einigen Jahren kurzzeitig stillgelegt werden wegen Rissen.


(Die Auflistung zeigt, dass in den meisten Fällen die Risse entdeckt wurden, bevor es zur Katastrophe kam !)

Kommentare:

gramels hat gesagt…

Danke für den Bericht, gute Zusammenfassung. Bau das doch in den Wikipedia Artikel ein.

Peter hat gesagt…

Ja, das mach ich dann schon einmal, wenn ich etwas mehr Zeit habe. Der Artikel enthält noch diverse Lücken und so. Habe da auch einen Komentar in der Diskussion hinterlassen.

Habe auch nicht gedacht, das sich plötuzlich jemand für solche technische Details eines Eisenbahnfahrzeuges interssieren könnte.

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