Lebensdauerabschaetzung von Eisenbahn-Scheibenbremsen aus Gusseisen mit Kugelgraphit

Scheibenbremsen stellen nicht nur bei Schienenfahrzeugen sicherheitsrelevante Komponenten dar. Ihre Zuverlaessigkeit im Betrieb ist also essentiell. Bremsscheiben werden generell verschiedenen Beanspruchungen unterworfen: Bremsungen, einschliesslich Notbremsungen, horizontalen und vertikalen Kraeften waehrend des Ueberfahrens von Weichen, Massenkraefte, die in der Verbindung zu den Raedern aufgrund von Relativbewegungen entstehen, und Fliehkraefte waehrend des Rollens des Rades bei hoeheren Geschwindigkeiten. In der vorliegenden Arbeit wird nur der Einfluss der thermischen Spannungen und Dehnungen beim Bremsen auf die Lebensdauer diskutiert. Die anderen Beanspruchungen wurden fuer die hier behandelten Scheibenbremsen aus dem Gusseisen mit Kugelgraphit EN-GIS-400-15 als nicht kritisch bewertet. Aufgrund des kontinuierlichen Verzugs einer Scheibenbremse nach jedem Bremsvorgang infolge Erwaermung muessen die berechneten Dehnungen experimentell durch Dehnungs- und Temperaturmessungen verifiziert werden. Die Versuche wurden in einem speziellen Pruefstand des Herstellers durchgefuehrt, und es wurde ein Kollektiv von Bremsvorgaengen bei Geschwindigkeiten von 200, 160 und 90 km/h betrachtet. Mit der urspruenglichen Auslegung konnte zwar die geforderte Lebensdauer nicht erreicht werden, aber die Stellen mit kritischer Beanspruchung wurden erkannt. Nach der Ueberarbeitung des Designs konnten Ermuedungsschaeden vermieden werden. Die vorliegende Studie ist eine Re-Evaluation einer frueheren Analyse der Betriebsfestigkeit von Eisenbahn-Scheibenbremsen. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: Disc brakes, not only for railway applications but in general in all vehicle applications are part of the safety components. Therefore, their reliability during service is essential. A disc brake is submitted to different loads: braking, including emergency braking; horizontal and vertical wheel forces and forces when driving over switches; mass forces acting in the attachment of the disc brakes to the wheels due to relative displacements and centrifugal forces during rolling of the wheel at higher speeds. In the present work, only the influence of thermal strains/stresses caused by braking on the fatigue life will be discussed. For the disc brake of the cast nodular iron EN-GJS-400-15 considered in this study, the other loads were proved not to be critical. Because of the continuous distortions of a disc brake after each brake operation due to heating, calculated local strains had to be verified experimentally by strain and temperature measurements. The experiments were carried out in a special test rig of the manufacturer where a spectrum of braking operations with the speeds of 200, 160 and 90 km/h were investigated. With the preliminary design, the required fatigue life could not be achieved but the critical fatigue areas were recognized. After the redesign of the discs, fatigue failures were prevented. This study is a re-evaluation of a former analysis on the fatigue behaviour of railway disc brakes. (A)