Rotordynamik elastische Radsätze unter
Einbeziehung der Kontaktmechanik, unrunde Räder

Beschreibung

Ziel des im Rahmen des Schwerpunktprogrammes Systemdynamik und Langzeitverhalten von Fahrwerk, Gleis und Untergrund der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG laufenden Projektes ist die Untersuchung des Einflusses rotordynamischer Effekte von Eisenbahnradsätzen und der dynamischen Kopplung von Gleis und Radsatz auf den an Radlaufflächen auftretenden ungleichförmigen Verschleiß. Hintergrund dieses Projektes ist das beim Hochgeschwindigkeitszug ICE häufig zu bemerkende Brummgeräusch, das im Frequenzbereich um etwa 100 Hz eine deutliche Komforteinbuße darstellt.

Für die Untersuchung dieser dynamischen Probleme wird ein mechanisches Modell des Radsatzes einschließlich des Drehgestells und Wagenkastens erstellt. Die Beschreibung erfolgt mit Hilfe der Methode der Elastischen Mehrkörpersysteme, da diese eine Berücksichtigung der im betreffenden Frequenzbereich auftretenden Strukturschwingungen des Radsatzes ermöglicht. Hierzu wird zunächst der Radsatz mit Hilfe des FEM Programms ANSYS diskretisiert und anschließend eine Eigenmodeanalyse durchgeführt. Nach der Auswahl der für den entsprechenden Frequenzbereich relevanten Eigenformen werden die Struktureigenschaften des Radsatzes durch das Programm FEMBS als Ansatzfunktionen in Form eines SID-Files zur Verfügung gestellt. Die Beschreibung des mechanischen Systems als Elastischen Mehrkörpersysteme erfolgt durch den symbolische Mehrkörperalgorithmus NEWEUL.

Da der Rad-Schiene-Kontakt einen wesentlichen Einfluß hat auf die Dynamik des Radsatzes hat, wird diesem Kontakt in dem Modell durch ein modulares Rad-Schiene-Kontaktmodul Rechnung getragen. Dieses berücksichtigt die komplexe Berührgeometrie von Rad und Schiene und

In diesem Beitrag wird ein Halbmodell eines Eisenbahnwagens vorgestellt, das neben d em zu untersuchenden elastischen Radsatz einen weiteren starren Radsatz sowie ein Drehgestell umfaßt. Zur Beschreibung der auftretenden mittelfrequenten Strukturschwingungen des Radsatzes wird hier die Methode der Elastischen Mehrkörpersysteme verwendet. Das mathematische Modell des elastischen Radsatz es wird unter Verwendung eines modularen Ansatzes mit dem Gleis über ein komplexer Rad-Schiene-Kontak tmodul verbunden. Anschließend wird dieses, die Kurzzeitdynamik beschreibende Modell zur Untersuchung der Radsatzdynamik auf dem Gleis hinsichtlich der auftretenden Kräfte bei unterschiedlichen Geschwin digkeiten und Unwuchten herangezogen. Die Untersuchung der Entwicklung von Unrundheiten erfordert ein e Erweiterung des Kurzzeitmodells, so daß die Langzeitwirkungen des Verschleißes auf das dynamische S ystem im Rahmen akzeptabler Simulationszeiten erfaßt werden können. Folglich wird ein Langzeitmodell vorgestellt, das im wesentlichen auf einer anderen Zeitskala arbeitenden Verschleißrückführung beruht . Eine vereinfachende Annahme bei der Berechnung des Radverschleißes ist die Proportionalität zwische n dem Massenabtrag und der im Kontaktpunkt auftretenden Reibleistung.^M^MDie vorgestellten Ergebnisse zeigen, daß die sich an den Rädern entwickelnden Unrundheiten von Welligkeiten erster, zweiter und d ritter Ordnung bestimmt werden. Diese Beobachtung stimmt mit den an verschliessenen Rädern des ICEs g emessenen Unrundheiten überein. Besonders hervorzuheben ist dabei, daß diese Entwicklung von Unrundhe iten auch ohne eine Anregung durch z.B. Gleislagestörungen oder Unwuchten ausgehend von kreisrunden R ädern zu beobachten ist. Vielmehr scheint für die Entstehung und Entwicklung der Unrundheiten eine st ark geschwindigkeitsabhängige Verformung des Radsatzes verantwortlich zu sein, die zu den entsprechen den Schlüpfen und damit Verschleissvorgängen in der Lauffläche beiträgt.

Publikationen

Weitere Seiten zu diesem Thema

• Eigenformen eines ICE Radsatzes
• DFG Schwerpunktprogramm "Systemdynamik und Langzeitverhalten von Fahrwerk, Gleis und Untergrund"
• DFG-Referenzdatensatz A

Ansprechpartner

• Dipl.-Ing. T. Meinders