Entwicklung eines Komponentenprüfstandes für Magnetschienenbremsenspurhalter

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines vereinfachten Komponentenprüfstandes für die mechanische Prüfung von Spurhaltern von Magnetschienenbremsen. Um eine gleichwertige oder nach Möglichkeit genauere Realisierung der DIN EN 16207 als in der bestehenden Prüfung der gesamten Schienenbremse zu erreichen, wird jene in einem ersten Schritt untersucht. Um einen Vergleich zwischen der Festigkeitsberechnung eines Spurhalters nach der DIN EN 16207 und der aktuellen Spurhalterprüfung anstellen zu können, werden zwei Spurhalter mit mehreren Dehnungsmessstreifen zur Biegemomenten- und Normalkraftmessung appliziert. Die Festigkeitsberechnung wird mit dem Finite-Elemente Programm ANSYS Mechanical durchgeführt. Die Auswertung der Berechnung erfolgt an den Stellen der Messbrücken am realen Bauteil. Der Vergleich zeigt, dass die aktuelle Prüfung im Allgemeinen konservativer als die Festigkeitsberechnung ist. Es wird auch eine Finite-Elemente Berechnung der aktuellen Spurhalterprüfung erstellt. Dieses Modell wird mit der realen Prüfung verglichen. Der Vergleich erfolgt anhand der Belastungen normierter Schnittgrößen. Die resultierenden Empfindlichkeiten stellen vom Betrag der Belastungen unabhängige Vergleichsgrößen dar. Aus diesem Vergleich erkennt man, dass die Berechnungsergebnisse mit den Prüfungsergebnissen in den meisten Belastungsrichtungen übereinstimmen. In einem nächsten Schritt werden aus vorgegebenen Anforderungen mehrere Konzepte eines neuen Prüfstandes erstellt. Nach der Bewertung und Auswahl eines Konzepts werden die notwendigen Prüfstandsteile entworfen, ausgelegt und aufgebaut. Auf dem Prototypen des Komponentenprüfstandes werden Messungen mit den zuvor verwendeten Spurhaltern durchgeführt. Die Messergebnisse zeigen, dass die Spurhalterprüfung im vereinfachten Komponentenprüfstand möglich ist.

The goal of this thesis is the development of a simplified unit test bench for mechanical tests of track rods of magnetic track brakes. With the new test bench it shall be possible to make tests according to DIN EN 16207. In a first step the current track rod testing mechanism is investigated. To draw a comparison between the numerical stress-strain analysis of a track rod according to DIN EN 16207 and the existing track rod testing mechanism, two track rods are applied with several strain gauges to take measurements of normal forces and bending moments. For the numerical stress-strain analysis the finite-element software ANSYS Mechanical is used. The analysis is carried out at the locations of the Wheatstone bridges of the real part. The comparison reveals that the current track rod test mechanism is in general more conservative than a numerical fatigue analysis according to DIN EN 16207. A finite element analysis of the current track rod test is executed as well. Its results are compared with those of the real test. This comparison is carried out on the basis of normalized internal reaction loads. The resulting sensitivities are independent of the magnitude of the loads and thus suitable comparative values. Due to the comparison it is discovered that the analysis results are equal to the test results for most of the loads. Several concepts of a new test bench are developed in a next step, predefined requirements are considered thereby. After an evaluation phase and the selection of a concept, the necessary mechanical components of the test bench are designed and dimensioned. Furthermore, a prototype of the new test bench for track rods is built. Measurements of the earlier used track rods are conducted with the prototype of the unit test bench. The measuring results indicate that the test of a single track rod in the simplified unit test bench is possible.