Bücher von Hans Krause

1m Rahmen umfangreicher experimenteller Untersuchungen zur Entwicklung neuer Rad- und Schienenwerkstoffe, die den ge­ steigerten Betriebsbeanspruchungen der Eisenbahnen infolge neuerlicher Anhebung der Fahrgeschwindigkeiten bis liber 200 kID/h, groBerer Antriebsleistungen, erhohter Achslasten, kleinerer Raddurchmesser usw. gewachsen sein sollen, war neben der Werkstoffestigkeit ein in diesel Form bisher nicht bekannter, deutlicher EinfluB der Sekundargefligeausbildunq der untersuchten, teilweise vergliteten Kohlenstoffstahle auf deren Reibungs- und besonders auf deren VerschleiBverhalten bei technisch trockener Walzreibung festzustellen /1, 2/. Die genannten Untersuchungen wurden mit einer Walzreibungs­ prlifmaschine (Bauart Bugarcic /3/) durchgeflihrt. Zwei zylin­ drische Stahlscheiben mit einem Durchmesser von ca. 50 mm und einer Breite von 8 mm laufen dabei mit konstanten, aber unterschiedlichen Drehzahlen, also mit Schlupf aufeinander ab, urn in diesem FaIle das Rad/Schiene-System nachzubilden. Der schneller laufende (treibende) Prlifkorper solI unter diesen Bedingungen ein Antriebsrad darstellen, der lang­ samere (bremsende) Prlifkorper entsprechend die Schiene. Die Reibungszahl ~ wird liber eine Drehmomentenmessung qewonnen, der VerschleiB 6R (Verringerung des Prlifkorperradius) aus dem Gewichtsverlust der Prlifkorper errechnet (s. auch Punkte 6.1., 6.2.).

Reibung und VerschleiB ftihren in den verschiedensten Berei­ chen der Technik zu erheblichen Materialverlusten, hauptsach­ lich bei der Metall-Metall und der Metall-Mineral-Bertihrung. Der dadurch entstehende betrachtliche Schaden nimmt aufgrund hoherer Produktivitat der eingesetzten Maschinen, des Arbei­ tens im Verbundsystem sowie Jestiegener Rohstoffpreise und Recycling standig zu. Ein wesentlicher Kostenfaktor ist wei­ terhin die Steigerung der durch diese Schaden entstehenden Folgekosten. Daher sind aIle MaBnahrnen, die den VerschleiB herabsetzen, sowohl unter dem Gesichtspunkt der Rohstoffeinsparung als auch im Hinblick auf eine Reduzierung der durch VerschleiB­ vorgange verursachten Verluste von volkswirtschaftlichem In­ teresse. Nach Schatzungen betragen diese Verluste in der Bundesrepublik Deutschland mehr als 10 Mrd. DM/Jahr, so daB der Entwicklung verschleiBfester Werkstoffe in Zukunft ent­ scheidende Bedeutung zukommt. Dabei kann man sich den Um­ stand zunutze machen, daB VerschleiBbeanspruchungen haupt­ sachlich in den Oberflachenbereichen eines Bauteiles wirk­ sam sind. Es ist deshalb technisch sinnvoll, vor allem je­ doch wirtschaftlich, MaBnahrnen zur VerschleiBminderung auf die Oberflachenzone zu konzentrieren. VerschleiBschutzschichten, die durch Eindiffusion von Atomen eines oder mehrerer Elemente in die Oberflachenbereiche von Werkstticken gebildet werden, haben sich bereits in vielen Bereichen der Praxis zur Losung von VerschleiBproblemen be­ wahrt. Bekannt und vielfach genutzt sind vor allem das Auf­ kohlen mit anschlieBendem Harten, das Nitrieren und zuneh­ mend auch das Borieren /1/. Von groBer Bedeutung sind eben­ falls Hartstoffschichten, die nach dem CVD-Verfahren aufge­ bracht werden /2/.

In den meisten maschinen- und werkstofftechnischen Grundla­ genbUchern wird als wesentliche MaBnahme zur Vermeidung von VerschleiB generell der Einsatz eines Werkstoffes hoher Harte empfohlen, also: "hohe Harte = hoher VerschleiBwiderstand". Zunachst kann man zwar davon ausgehen, daB dieser Zusammen­ hang fUr viele Bereiche der Technik speziell beim Auftreten von AbrasivverschleiB zutreffend ist. OafUr sprechen allein schon die immer weiter differenzierten und verfeinerten Ver­ fahren zur Beschichtung von Bauteiloberflachen mit verschleiB­ mindernden metallischen, keramischen und oxidkeramischen Hart­ stoffen, die neben den Oiffusionsverfahren standig an Bedeu­ tung gewinnen. Andererseits gelingt es der Technik aber nicht, jedes Ver­ schleiBproblem durch Verwendung harter Werkstoffe wirtschaft­ lich vertretbar zu lesen, ob mit oder ohne gleichzeitigen Ein­ satz von Schmierstoffen /1/. Nach Ergebnissen von Krause /2/ und Bugarcic /3/ laBt sich der Zusammenhang zwischen Harte und VerschleiBwiderstand jedoch nicht verallgemeinern. Oiese haben im Rahmen von Untersuchungen zur Klarung der bei technisch trockener Walzreibung hervorgerufenen mechanisch-chemischen Vorgange an unterschiedlichen Stahlen einen widersprlichlichen EinfluB der Harte auf den VerschleiB gefunden, Bild 1. Oie Werkstoffe geringer Harte wei sen bei diesen Untersuchungen den geringsten VerschleiB auf; bei Stahlen mittlerer Harte ist dann eine erhebliche Zunahme des VerschleiBes zu verzeichnen, der erst mit dem geharteten Einsatzstahl wieder spUrbar ab­ nimmt. Sowohl bei geringer (po = 80 Pal als auch bei hoher (PO = 4. 000 Pal Luftfeuchtigkeit liegt der VerschleiB des Ein­ satzstahles in geharteter Ausflihrung immer heher als im ge­ gllihten Zustand.

In dem Reibungssystem Rad-Schiene übernimmt der Radreifen die Ubertragung von Brems- und Beschleunigungskräften sowie der Führungskräfte. Dabei sind Laufsicherheit und Lauf­ komfort bei wirtschaftlichem Verschleißverhalten die an Radreifen gestellten Hauptforderungen. Die Qualität eines Radreifens wird bei festgelegten, fahrzeugbedingten Einflüssen, wie Konstruktion des Rad­ satzes, dynamisches Verhalten usw., bestimmt durch das zum Einsatz gelangende Profil und den verwendeten Werk­ stoff. In Großversuchen der DB wurden unterschiedliche Rad­ reifenprofile getestet, um das Auftreten von örtlich hohem Verschleiß zu vermeiden und einen geringen, gleich­ mäßigen Abrieb über dem Profil zu erhalten. Ungleichmäßi­ ger Verschleiß bewirkt eine Abweichung von der vorgege­ benen Geometrie, was zu erheblichen Verschlechterungen der Laufeigenschaften führt. Eine Umrißkorrektur, unter Umständen nach einer Auftragsschweißung, in einem Aus­ besserungswerk ist daher erforderlich. Parallel zu den Entwicklungen der Radreifengeometrie wurden neue Werkstoffe erprobt (1). Aus Kostengründen gelangen unvergütete, unlegierte Kohlenstoffstähle zum Einsatz. Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung und die mechanischen Kennwerte der von der OB verwendeten Stähle.