Aus dem Prüflabor: Schadensanalyse einer Eisenbahn Anbaukonsole
1. April 2019
Glück im Unglück: Der Bruch wurde entdeckt, bevor es zu einer Entgleisung kam (Symbolbild).
1) Schadensfall
Nach 16 Jahren Betrieb brach die Anbaukonsole einer Drehmomentstütze einer Regionalbahn – deutlich früher als die erwartete Lebensdauer von 30 Jahren. Im ungünstigsten Fall hätte sich die Drehmomentstütze während der Fahrt lösen und ins Gleisbett fallen können, was potenziell zu einer Entgleisung geführt hätte. Glücklicherweise trat dieses Szenario nicht ein.
2) Werkstoff und Einsatzbedingungen
Die Drehmomentstütze dient dazu, die Drehmomente von Motor und Bremse am Drehgestellrahmen abzustützen. Die Anbaukonsole war als Schweißkonstruktion ausgeführt und wurde beidseitig mit Doppelkehlnähten an den Rahmen angeschweißt. Als Werkstoff kam der Baustahl S355 zum Einsatz.
3) Schadensanalyse
Im Mittelpunkt der Schadensanalyse standen lichtmikroskopische Untersuchungen der Schweißverbindung sowie eine rasterelektronenmikroskopische Untersuchung der Bruchfläche. Dabei zeigte sich, dass die Konsolen durch einen von der Schweißverbindung ausgehenden Ermüdungsbruch versagt haben (Abb. 2).
Die Schweißverbindung war als nicht vollständig durchgeschweißte Doppelkehlnaht ausgeführt. An den nicht angebundenen Bereichen der Blechverbindung bildeten sich aufgrund der erhöhten Kerbwirkung Ermüdungsrisse. Zudem zeigte die metallographische Untersuchung der gegenüberliegenden, noch nicht gebrochenen Seite bereits erste Ermüdungsanrisse in der Schweißverbindung (Abb.3).
4) Schlussfolgerungen Schadensanalyse Schwingbruch
Die gewählte Ausführung der Schweißkonstruktion als nicht vollständig durchgeschweißte Verbindung ist für dynamisch beanspruchte Bauteile nur bedingt geeignet. Sind die inneren Hohlräume der Verbindung, wie im vorliegenden Fall, geometrisch ungünstig ausgebildet, können innere Kerben entstehen. Von diesen Kerben ausgehend können sich Ermüdungsrisse entwickeln, die schließlich zum Versagen des Bauteils führen.
Die internationale Norm DIN EN 15085-3, welche Konstruktionsvorgaben für geschweißte Bauteile an Schienenfahrzeugen festlegt, empfiehlt bei dynamisch belasteten Konstruktionen deshalb, Schweißverbindungen – sofern möglich – als vollständig durchgeschweißte Varianten auszuführen. Dadurch lassen sich innere Kerben vermeiden.
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