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WHITEPAPER

Fest- und Glattwalzen der Radlaufflächen von Schienenfahrzeugen

Dipl.-Ing. Heiner Muhr, Dr.-Ing. Jandrey Maldaner, M.Sc. Alexander Rudi (ehem. Mitarbeiter), HEGENSCHEIDT-MFD, Erkelenz
M.Sc. Patrick Schneider, Dipl.-Ing. Michael Kölker (ehem. Mitarbeiter),
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Schindler, RWTH Aachen University, Institut für Schienenfahrzeuge und Transportsysteme, Aachen

Das Rad-Schiene-System unterliegt durch permanenten Gleit- und Rollbewegungen verschiedenen Verschleißmechanismen. Die daraus folgende Veränderung des Radlaufflächenprofils stellt neben einer Gefahr durch Materialversagen für den Radsatz und angrenzende Bauteile wie das Radlager und Fahrwerk auch eine akustische Störquelle für Fahrgäste und Umgebung dar. In zeitlichen Intervallen soll die Profilkontur eines jeden Radsatzprofils standardmäßig durch ein spanabhebendes Fertigungsverfahren reprofiliert werden. Diese Instandsetzungsprozedur reduziert jedoch aufgrund von Materialabtrag die Lebensdauer der Schienenfahrzeugräder. Das Fest- und Glattwalzen der Radlaufflächen stellt dagegen eine Möglichkeit dar, den Radprofilverschleiß zu reduzieren und somit die Instandsetzungsintervalle und damit die Lebensdauer eines Schienenfahrzeugrads zu verlängern. Zusammen mit dem Institut für Schienenfahrzeuge und Transportsysteme (IFS) wurde das Fest- und Glattwalzen der Radlaufflächen von Schienenfahrzeugen durch Computersimulationen und Prüfstandversuche systematisch untersucht. Durch abschließende Feldversuche auf den Strecken eines deutschen Stadtbahnbetreibers soll das Verschleißverhalten gewalzter Räder beurteilt werden und damit das Potenzial der Walzbearbeitung aufzeigen.

1. Walzverfahren und -bearbeitung

Das Fest- und Glattwalzen der Oberfläche ist ein rein mechanisches Umformen der Bauteilrandschicht. Dabei werden Walzkörper unter Anpressdruck definiert über die Oberfläche des Bauteils geführt. Der direkte Bauteilkontaktbereich wird dabei plastisch verformt. Je nach Kontaktverhältnissen wird nur die Oberfläche geglättet, dabei werden kleine Kerben eingeebnet und der Werkstoff wird im plastisch verformten Volumen gezielt verfestigt. Durch die Umformung werden schädliche Eigenspannungen aus der spanenden Vorbearbeitung abgebaut und es werden festigkeitsbegünstigende Druckeigenspannungen in die Randzone eingebracht. Zusammen mit der Erhöhung der Randschichthärte können diese eine Verminderung des Radlaufflächenverschleißes und somit eine Steigerung der Laufleistung der Schienenfahrzeugräder erreichen. Rissentstehung und Rissfortschritt werden dadurch entscheidend behindert.

Die Walzbearbeitung schließt an der Reprofilierung der Radlaufflächen an. Eine von HEGENSCHEIDT-MFD entwickelte Walzeinheit (siehe Abb. 1) ist sowohl für Unterflurradsatzdrehmaschinen (dargestellt in Abb. 1) als auch für Überflurradsatzdrehmaschinen geeignet und kann das gesamte Radprofil bzw. Teilbereiche fest- und glattwalzen.

Abb. 1: Unterflurradsatzdrehmaschine (links) und Walzeinheit (rechts)

Anhand mehrerer Walzversuche auf einer Unterflurradsatzdrehmaschine von HEGENSCHEIDT-MFD wurde der Einfluss der Walzbearbeitung auf die Aufhärtung, Glättung und Härtestreuung über den Umfang ermittelt. Je nach Werkstoffeigenschaften stellt sich eine Härtesteigerung an der Oberfläche von bis zu 36 % ein. Mit dem Prozess gehen eine Glättung der Oberflächen (Welligkeiten und Rauheiten) und eine Homogenisierung der Härtestreuung über dem Radumfang einher.

Mit Hilfe der Walzversuche wurde eine Korrelationsmatrix erstellt, mit der eine Aussage über die gewünschte Endhärte nach einer Walzbearbeitung unter Berücksichtigung des verwendeten Radwerkstoffs getroffen werden kann (siehe Abb. 2 und 3).

Abb. 2: Effekte durch die Walzbearbeitung

 

Abb. 3: Schematische Darstellung einer Korrelationsmatrix zwischen der Endhärte und Ausgangshärte verschiedener Werkstoffe unter Verwendung verschiedener Walzkräfte

 

2. Rollenprüfstandversuche und Modellbildung

Mit Hilfe der Rollenprüfstandsversuchen des IFS kann der Rad-Schiene Kontakt nachgebildet werden. Mit zunehmender Überrollung nimmt die Härte im Kontaktbereich bis zu einem Sättigungswert zu. Dies trifft sowohl für das ungewalzte als auch für das gewalzte Rad zu. Es ist festzustellen, dass die Aufhärtung während der Überrollung bei dem zuvor gewalzten Rad deutlich höher ausfällt, als bei dem Referenzrad. Hier kann mit einer Erhöhung um ca. 60 HV (extrapoliert) gegenüber 35 HV gerechnet werden (siehe Abb. 4).

Abb. 4: Härtemessung auf und neben der Laufspur – ungewalztes Referenzrad links, gewalztes Rad rechts

Die Untersuchung konnte des Weiteren feststellen, dass die Eigenspannungen in der Randschicht bis in einer Tiefe von 300 µm durch das Festwalzen positiv beeinflusst werden. Abbildung 5 zeigt den Unterschied zwischen dem ungewalzten und gewalzten Rad im Bereich der Laufspur vom Prüfstandsversuch.

Abb. 5: Eigenspannungsmessung – ungewalzt zu gewalzt nach dem Prüfstandslauf auf der Laufspur

Das gewalzte Rad zeigt keine Zugspannungen, sondern Druckeigenspannungen am Rand auf. Dadurch können Spannungsrisse von der Oberfläche nicht in das Bauteilinnere wandern, wodurch auf eine verlängerte Laufleistung geschlossen werden kann.

Um die am Fahrzeug resultierende Härteentwicklung der Radreifen sowie die dadurch auftretenden Materialabträge einzuschätzen, wurden diese unter Zuhilfenahme eines Mehrkörpersimulationsmodells in der Software SIMPACK für die ersten 170 km der Laufleistung der beim kooperierenden Stadtbahnbetreiber eingesetzten Fahrzeuge berechnet. Hierzu wurden die in den Prüfstandsversuchen ermittelten Zusammenhänge zwischen Härteentwicklung und Anzahl der Überrollungen im Modell implementiert. Hierbei konnte festgestellt werden, dass eine geringere Streuung der Ausgangshärte entlang der Radoberfläche zu einem gleichmäßigeren Verschleiß führte. Zudem wird der Verschleiß nach gängigen Gesetzmäßigkeiten durch eine erhöhte Oberflächenhärte reduziert.

3. Feldversuche

Durch Feldversuche soll nachgewiesen werden, ob das Fest- und Glattwalzen die Eigenschaften des Rades positiv beeinflusst. Bei diesen Versuchen wird ein Schienenfahrzeug auf einer repräsentativen Strecke des Stadtbahnbetreibers über einen gewissen Zeitraum beobachtet. Abbildung 6 zeigt die gemittelte Härteentwicklung auf der Radlauffläche über die Laufleistung.

Abb. 6: Feldversuch Härteentwicklung

Neben der Härteentwicklung sind die berechneten Verschleißmassen in Abbildung 7 aufgetragen.

Abb. 7: Berechnete Verschleißmasse

4. Zusammenfassung

Das Walzen bewirkt neben einer Verfestigung auch eine Homogenisierung der Härtestreuung. Das Verschleißmodell zeigt ebenfalls gleichmäßigeres Verschleißverhalten bei homogener Härteverteilung. Eine Korrelation zwischen Härte und Verschleiß konnte sowohl im Verschleißmodell als auch im Feldversuch aufgezeigt werden. Der Härteverlauf im Feldversuch deckt sich nicht mit dem aus dem Prüfstandsversuch. Bisher waren keine nennenswerten Unterschiede in der Härteentwicklung zw. den gewalzten Rädern und den Referenzrädern im Feldversuch erkennbar. Ähnlich hohe Verschleißmasse von ungewalzten und gewalzten Rädern. Die Durchführung der Feldversuche im Fahrgastbetrieb wurde noch nicht abgeschlossen.

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HEGENSCHEIDT-MFD
beim 8. Firmenlauf Run & Fun 2019 in Mönchengladbach


HEGENSCHEIDT-MFD stellt 20 neue Auszubildende vor!


NSH-Messe Stand auf der InnoTrans 2018:

 

 


HEGENSCHEIDT-MFD
beim 7. Firmenlauf Run & Fun
am 17. September 2018 in Mönchengladbach

 

          

HEGENSCHEIDT-MFD stellt 16 neue Auszubildende vor!

(v.l.n.r.) Mike Schönbeck, Achim Heldens (Ausbilder), Mike Weidner, Markus Splisser, Christian van Vlodrop, Ann-Kathrin Blum, Jan Joeris, David Cyron, Tobias Rick, Yannick Plum, Johannes Müssen, Erwan Pils, Mike Rademacher, Benjamin Conrads, Nils Coenen, Leon Brosch, Andreas Hetterle und Michael Königs (beide Ausbilder).
Nicht im Bild ist der Auszubildende Maximilian Beck.


Besten Ehrung der IHK Aachen

Jonas Terek, Auszubildender im Fach Industriemechaniker hat seine Prüfung mit der Bestnote „Sehr Gut“ bestanden und wurde am 21. März 2018 im Rahmen der Besten Ehrung der IHK Aachen ausgezeichnet.

Seine Urkunde erhielt der Hegenscheidt-MFD Auszubildende im Rahmen der Feierlichkeiten von Frau Heike Krier, Geschäftsführerin , Aus- und Weiterbildung der IHK Aachen. Mit ihm wurden weitere 19 weitere Schüler des Kreises Heinsberg geehrt, darunter insgesamt acht Absolventen des Berufs Kollegs Erkelenz.

 

 

HEGENSCHEIDT-MFD
beim 6. RUN & FUN Mönchengladbacher Firmenlauf

 


HEGENSCHEIDT-MFD war am 10. und 11. Januar
sowie 22. und 23. März 2017 Gastgeber für den
IHK Aachen Prüfungsausschuss der Industriemechaniker.

Es wurden die Prüfungen AP2 und AP1 abgenommen.

Auf dem Bild sehen Sie von links nach rechts in der unteren Reihe
Peter Lauerbach, Peter Stroekens, Andreas Hetterle, Hans-Joachim Becker,
Viktor Haas und Okan Salvarcioglu
und in der oberen Reihe
Thomas Kalitzki und Alfred Löhr.


HEGENSCHEIDT-MFD beim 5. Mönchengladbacher Firmenlauf

 

 

Die Auszbildende der HEGENSCHEIDT-MFD GmbH 2016

Auf dem Bild sehen Sie von links nach rechts:
1. Herr Lars Bendick – Betriebsleiter
2. Herr Andreas Hetterle – Ausbilder
3. Herr Lutz Reiners – Auszubildender zum Industriemechaniker
4. Herr René Bongartz – Auszubildender zum Elektroniker
5. Herr Vadim Meng – Auszubildender zum Industriemechaniker
6. Herr Tobias Spoljaric – Auszubildender zum Zerspanungsmechaniker (Drehtechnik)
7. Herr Alexander Lauruschkat – Auszubildender zum Industriemechaniker
8. Herr Mervan Cubukcuoglu – Auszubildender zum Zerspanungsmechaniker (Frästechnik)
9. Herr Lukas Welfen – Auszubildender zum Technischen Produktdesigner
(kooperativer Ingenieursausbildung)
10. Herr Vladimir Meng – Auszubildender zum Mechatroniker
11. Herr Agon Shala – Auszubildender zum Zerspanungsmechaniker (Schleiftechnik)
12. Herr Florian Schmacks – Auszubildender zum Technischen Produktdesigner
(kooperativer Ingenieursausbildung)
13. Herr Achim Heldens – Leiter gewerbliche Berufsausbildung
14. Herr Okan Salvargioglu – Ausbilder
15. Herr Michael Königs – Personalleiter

 

 


Erkelenzer-Azubi-Messe 2016

 

                 

Feierlichkeiten zum 125-jährigen Firmenjubiläum
der HEGENSCHEIDT-MFD GmbH

 

Pressestimmen:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


HEGENSCHEIDT-MFD auf der Ausbildungsmesse 2015

 


HEGENSCHEIDT-MFD auf Expansionskurs

HEGENSCHEIDT-MFD lud am 26. November 2014 zu feierlichen Schlüsselübergabe der neuen Montage- und Lagerhalle ein, die nach nur 7 Monaten Bauzeit fertig gestellt wurde. Der Bau der 2100 qm großen Halle mit einem Investitionsvolumen von 3,5 Mio. Euro stellt den letzten Investitionsschritt der Niles-Simmons-Hegenscheidt-Gruppe (NSH) mit einem Gesamtvolumen von 8,0 Mio. Euro da.

 

 

August 2014: Azubi-Treffen der NSH-Group

Besuch der 40 Auszubildenden des
Schwesterunternehmens Niles-Simmons bei HEGENSCHEIDT-MFD

Im Jubiläumsjahr zum 125-jährigen Bestehen der Firma HEGENSCHEIDT-MFD trafen sich insgesamt 85 Auszubildende der NSH-Group und ihre Ausbilder in Erkelenz.

Sie waren schon um 3 Uhr früh in Chemnitz gestartet um pünktlich um 11 Uhr in Erkelenz anzukommen: Die Gruppe der 40 Auszubildenden des Schwesterunternehmens Niles-Simmons – darunter drei junge Damen – wurden bei bester Laune von ihren 45 HEGENSCHEIDT-MFD Azubi-Kollegen empfangen. Nach einer Werksbesichtigung starteten sie zu einer gemeinsamen 2-tägigen Exkursion nach Bad Münstereifel und Köln. Zunächst fuhr die Gruppe nach Effelsberg zur Besichtigung des Radioteleskopes. Anschließend ging es zum geselligen Teil des Tages über mit gemeinsamem Abendprogramm und Übernachtung in Bad Münstereifel. Am Tag 2 der Ausfahrt stand Köln und die Besichtigung des Rhein-Energie-Stadions auf dem Programm.

Insgesamt kam die gemeinsame Exkursion bei allen Beteiligten bestens an. „Unsere jährliche Fahrt mit der gesamten Gruppe der NSH-Auszubildenden ist ein Highlight für alle und eine tolle Gelegenheit sich näher kennen zu lernen und Erfahrungen aus zu tauschen,“ so HEGENSCHEIDT-MFD Personalleiter Michael Königs.

Alle, so Königs, freuen sich schon jetzt auf das nächste gemeinsame Treffen im Spätsommer 2015.

 


Powered by HEGENSCHEIDT-MFD: Golf-Profi Christian Kaiser

Hier finden Sie weitere Informationen zu Christian Kaiser


Fussball-EM 2012 – Lambertusmarkt Erkelenz am 09. Juni 2012,
Spiel Deutschland-Portugal
Impressionen zum Public Viewing – Sponsored by HEGENSCHEIDT-MFD

Fotos: Kultur GmbH Erkelenz


IHK-Präsident Bert Wirtz ehrt Prüflinge mit Bestnote HEGENSCHEIDT-MFD Prüflinge erreichen Note „sehr gut“

Mit herausragenden Leistungen haben die Auszubildenden Michael Bronckhorst, Industriemechaniker und Heinrich Pfaffenrot, Zerspannungsmechaniker-Drehmaschinen erreicht, wovon alle Auszubildenden träumen: Sie haben ihre Ausbildung mit der Traumnote „sehr gut“ abgeschlossen. Für diese besondere Leistung wurden sie in einer Feierstunde zusammen mit 95 weiteren „sehr-guten“ Prüfungskandidaten vom IHK-Präsidenten Bert Wirtz in der Industrie und Handelskammer Aachen geehrt.

Fotos: Andreas Herrmann


PRESSEMELDUNG „Wirtschaftsblatt“ Ausgabe 02/2011Damit alles rund läuft

HEGENSCHEIDT-MFD: Global Player mit regionalen Wurzeln

Bitte auf das Bild klicken um PDF-Dokument zu öffnen


PRESSEMELDUNG „Rheinische Post“ Ausgabe 28.04.2011Fünf Jahrzehnte bei HEGENSCHEIDT-MFD

Heinz-Peter Stuers feiert sein großes Jubiläum beim Erkelenzer Traditionsunternehmen

Bitte auf das Bild klicken um eine vergrößerte Ansicht zu öffnen


PRESSEMELDUNG „Wirtschaftsblatt“ Ausgabe 02/2010Servicemeister im Superschwergewicht

Das weltweit einzige mobile Radsatzbearbeitungssystem: MOBITURN II

Bitte auf das Bild klicken um PDF-Dokument zu öffnen


PRESSEMELDUNG „Wirtschaftsblatt“ Ausgabe 01/2010Rund ums Rad

Dem Werkzeugmaschinenbauer HEGENSCHEIDT-MFD macht auf dem Gebiet der spanenden Bearbeitung von Eisenbahnradsätzen niemand etwas vor

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