ICE 3 und ICE-T: Stars in der Krise

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Grundlage der Auslegung nach Norm ist die so genannte Dauerfestigkeit: Anhand der ermittelten Belastungskollektive wird das Bauteil so dimensioniert, dass es auf Dauer den angenommenen Belastungen standhalten kann. Das bedeutet nicht, dass das Bauteil eine »unendliche« Lebensdauer hat, es soll aber über den der Auslegung zugrunde liegenden Betriebszeitraum halten. Ermittelt wird die Dauerfestigkeit an Probekörpern, die einem Kollektiv von 107 Schwingspielen ausgesetzt werden, und Dauerfestigkeitsgrenzen, die an Modellen im Maßstab 1:1 bestimmt werden.

Eisenbahnfahrwerke sind stark schwan­­kenden Belastungen ausgesetzt. So führt die Fahrt über eine alte Weiche im Bahnhof zu höheren Belastungen als die schnelle Geradeausfahrt auf einer Hochgeschwindigkeitsstrecke. Bogenfahrten beanspruchen vor allem bei Neigetechnikzügen und hohen Geschwindigkeiten die Radsätze heute mit Werten, die diejenigen der Auslegungsnormen um bis zu 30 Prozent überschreiten können. Der abrupte Wechsel zwischen fester Fahrbahn und herkömmlichem Schottergleisbett hat Auswirkungen, die noch nicht im letzten Detail untersucht sind. Die hohen Laufleistungen führen zu Gesamt­schwing­spiel­zahlen im Bereich mehrerer Mil­liarden (5x109). Schaubild 3 zeigt für verschiedene Einsatzbereiche Bemessungskollektive sowie die Lebensdauer in jüngerer Zeit im Einsatz gebrochener Wellen. Beispiel des Fernverkehrszugs ist die am 2. Dezember 2002 bei Gutenfürst gebrochene Radsatzwelle des 605, die nur 350.000 Kilometer (statt geplanter 10 Millionen) durchhielt. Fischer und Grubisic schlagen daher vor, die »Dauerfestigkeit« durch die »Betriebsfestigkeit« zu ersetzen (6). Leider kann diese derzeit nur experimentell bestimmt werden, was recht zeitaufwendig und teuer ist. Bei allem Streit sind sich die Fachleute übrigens weitgehend darüber einig, dass die geltenden Normen verbessert werden müssen.

Überhöhte Belastung beim ICE 3Der Maschinenbau-Doktorand Sven Jenne wertete die Messfahrten mit dem ICE 3 403 036/536 von 2001/2002 aus. In seiner 2004 publizierten Dissertation (7) schreibt er zusammenfassend: »Zur Bewertung der ermittelten Kollektive wird ein Vergleich mit den in der Auslegung der Radsatzwelle angenommenen Beanspruchungen vorgenommen. Hier zeigt sich, dass abhängig von Messstelle und Kollektivzusammensetzung zwischen 6.700 und 750.000 Schwingspiele die erwartete Spannung der Auslegung um bis zu 25 Prozent überschreiten. Der Kollektivumfang liegt im Bereich von 5x109.« Gemessen am Gesamtkollektiv ist das eine verschwindend geringe Zahl, allerdings sind es diese Spitzenbelastungen, die zu ersten Anrissen führen können, die dann im Laufe der Jahre wachsen. Die Ergebnisse zeigen weiter, dass vor allem Bahnhofs- und Rangierfahrten sowie enge Kurven auf Altstrecken sehr hohe Be­las­tungen darstellen.

Jenne fügt hinzu: »Die Klärung der Frage, wie viele Schwingspiele oberhalb der Auslegungsspannung zulässig sind, ist für die Bewertung einer Messfahrt unbedingt notwendig. Hierzu eignen sich die Schädigungsrechnungen … nur sehr begrenzt.« Grubisic ist dagegen der Meinung, dass die Messungen bestätigen, »dass die Radsatzwellen der ICE-3-Reihe für die hohe Belastung zu niedrig dimensioniert waren.« Er und G. Fischer ergänzen: »Schon wenige Prozente bei der berechneten Beanspruchung oder zu Grunde gelegten ,Dauerfestigkeit‘ entscheiden aber, ob eine ›dauerfeste Bemessung‹ vorliegt oder die Welle grundsätzlich als ›nicht tauglich‹ bewertet wird.« (5)

Die von Jenne und anderen ausgewerteten Messfahrten zeigten einen großen Einfluss der Wirbelstrombremse auf den Laufradsatz des ICE 3. Daraus leitete wohl die DB den Vorschlag ab, nach dem Kölner Unfall zur Erhöhung der Sicherheit die Wirbelstrombremse abzuschalten – ob eine verminderte Bremsleistung die Sicherheit tatsächlich erhöht?

Chaostage bei der Deutschen Bahn
Umgekehrt schien der Konzern den Bruch der Radsatzwelle bei dem Unfall in Köln nicht sonderlich ernst zu nehmen. Erst auf Anweisung des EBA wurden die ICE 3 in den kommenden Wochen untersucht. Besonders erstaunt, dass fast vier Monate nach dem Unfall von Köln noch immer kein genauer Befund über die Art des Wellenbruchs vorlag. Denn die Frage, ob es sich um einen Ermüdungsbruch oder einen Gewaltbruch handelt, ist so wesentlich wie die, ob es ein fehlerhaft gefertigtes Bauteil war oder alle Radsatzwellen der ICE-Flotte betroffen sind. Was bis Redaktionsschluss über die Arbeit des Bundesamtes für Materialwissenschaften bekannt wurde, lässt auf einen Ermüdungsbruch schließen. Dies hätte Konsequenzen für die gesamte ICE-Flotte. Möglicherweise müssen die Fahrwerke aller Züge komplett erneuert werden.

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