Die Wirkung von Sand auf den Reibwert zwischen Rad und Schiene

Abstract

Seit Anbeginn des Eisenbahnzeitalters musste man sich mit der Problematik schlechter Reibwerte zwischen Rad und Schiene auseinandersetzen. Zu diesem Zweck wurden in den letzten Jahrzehnten unterschiedliche Untersuchungen durchgeführt, wie und womit sich diese Gegebenheit verbessern lässt. Eine wesentliche Entwicklungsrichtung gilt dem Thema Streumittel. Allem voran dem Sand, der durch diverse technische Methoden im Rad-Schiene-Kontakt zum Einsatz gebracht wird. In der vorliegenden Arbeit wird nun speziell das Thema der mehrfachen Überrollung von Sand im Rad-Schiene-Kontakt behandelt. Das heißt, es wird die Veränderung des Reibwertes durch mehrmalige Überfahrt einer bestimmten Sandmenge untersucht. Dazu wird erst auf den Hintergrund der Untersuchungen eingegangen, danach ein kurzer geschichtlicher Rückblick über die Entwicklung der Reibwertverbesserung im Schienenverkehr gegeben. Weiters werden die mathematischen und physikalischen Grundlagen vorgestellt und erläutert, die vom Normalkontaktproblem zum Tangentialkontakt, über den Schlupf und dessen Definition und Herleitung führen bis hin zum eigentlichen Reibwert und dessen Auswirkung auf den Rad-Schiene- Kontakt. Weiters wird auf Streumittel insbesondere auf Sand mit dessen Wirkung und Eigenschaften eingegangen. Auch die teilweise negativen Eigenschaften wie etwa Verschleiß oder Umweltverschmutzung werden beleuchtet. Der Kernpunkt der Arbeit befasst sich mit dem Rad/Schiene-Prüfstand an sich und den daran durchgeführten Versuche zur Mehrfachüberrollung von Sand. Es wird ein Referenzzustand für Reibwerte definiert (geseifte Schiene), mit dem anschließend die durchgeführten Versuche mit verschiedenen Systemkonfigurationen (Schlupfwerte und Sandmengen) verglichen werden. Danach erfolgt die Auswertung der Ergebnisse, aus denen dann entsprechende Schlussfolgerungen über ein Sandungskonzept gezogen werden.

Since the beginning of the railroad period was the poor-quality of friction between rail and wheel a big problem. For this end, in the last decades different studies performed, how and with what those facts can improve. A main development direction is the issue of spreading material. All the above sand through the various technical methods used in the wheel-rail contact is brought. In this work will now focus on the issue of the multiple roll-over of sand in the wheel-rail contact treated. That is, it is the improvement the coefficient of friction by repeated passage of a certain amount of sand examined. This is only outlines the background to the study, followed by a brief historical review of the development of the friction improvement in rail traffic. Furthermore, the mathematical and physical basic requirements will be explained. That will lead to the normal contact problem and the tangential contact problem, later to the slip and its definition and calculations. Well as the actual coefficient of friction and its effect on the wheel-rail contact. In addition to spreading material is especially on sand with the effect and properties received. Even the partial negative characteristics such as wear or pollution are illuminated. The central point of this thesis deals with the wheel/rail testing bench itself and the performed tests to multiple roll-over of sand. It will be a reference state to friction coefficients determined (soaped rail), then with the experiments carried out with different system configurations (slip values and quantities of sand). After that, these will be compared. Then the evaluation the results of which then appropriate conclusions about a sanding concept can be drawn.