Lokale Kraftgrößen in der Berührungsfläche zwischen Kunststoffrad und Stahlfahrbahn

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Lokale Kraftgrößen in der Berührungsfläche zwischen Kunststoffrad und Stahlfahrbahn

Möhler, P.

Lokale Druck- und Schubspannungsverteilungen in der Berührungsfläche zwischen einem Kunststoffrad und einer Schiene aus Stahl werden experimentell und theoretisch untersucht. Gemessene und berechnete Ergebnisse werden miteinander verglichen. Für die Ermittlung der Kontaktgrößen wurde ein Meßsystem entwickelt. Mit dem Kraftmeßsystem werden die lokalen Kraftgrößen gemessen: lokale Druckkraft, lokale Schubkraft in Rollrichtung und lokale Schubkraft quer zur Rollrichtung. Das System arbeitet mit einem kegelförmigen Sensor und mit Quarzmeßelementen. Folgende Radmaterialien wurden untersucht: Polyamid PA66, Polytetrafluorethylen (PTFE), vernetztes Polyurethan (PUR). Für die Berechnungen wurden folgende Kennwerte der Materialien herangezogen: E-Modul, Querkontraktionszahl, Reibbeiwert, Retardationszeit und Steifigkeitsverhältnis. Der Vergleich der gemessenen Größen mit den nach Hertz, Bufler, Kalker und Wang/Knothe errechneten Größen erfolgte für verschiedene Betriebszustände: (1) Rad rollt unter natürlichem Fahrwiderstand, (2) Rad rollt tangentialkraftfrei und (3) Rad treibt oder wird getrieben. Die Ergebnisse werden in Form von Diagrammen (gemessen und errechnet gegenübergestellt) gebracht. Die viskoelastischen Eigenschaften der Radwerkstoffe verursachen eine zum Einlauf hin geneigte Druckspannungsverteilung. Die Spannungsverteilungen werden für die drei Betriebszustände im einzelnen mit den theoretischen Modellen verglichen.