DB Systemtechniks rapport om skader på IC4

Resultaterne er udelukkende baseret p de i rapporten beskrevne forhold. Denne rapport m ikke offentliggres unden ordregivers skriftlige samtykke hertil. Offentliggrelse i uddrag krver ligeledes samtykke fra den i rapporten anfrte ordretager.

Bericht

Dokument: 14-17462-DSB-140312-01 Dato: 18.06.2014 Fagomrde: I.TVI 11, Bremseteknik I.TVI 21, Lbetj

I.TVI 22, Hjul

- Endeligt udkast - Undersgelse af leje- og dmperskader p DSBs IC2- og IC4-togst

Rapport: 14-17462-DSB-140312-01 Side 2 af 20

Indholdsfortegnelse Side

1 Ordreoplysninger 5

2 Opgavebeskrivelse 5

2.1 Hypotesetr 6

2.2 Belastning 6

2.2.1 Primrdmpersystem 6

2.2.1.1 Dimensionering / belastning 6

2.2.1.2 Driftsmlinger 8

2.2.1.3 Anbefalinger/aktiviteter 8

2.2.2 Krfter genereret af hjulskader 9

2.2.2.1 Sporets tilstand 9

2.2.2.2 Ikke tilladt slid 10

2.2.2.3 Bremsens indflydelse 10 2.2.2.3.1 Blokeringsbeskyttelse 10

Belastbarhed af aksellejekasser 10

2.3 10

2.3.1 Konstruktion/dimensionering 10

2.3.1.1 Konstruktion/pasningstolerancer 12

2.3.1.2 Materiale 13 2.3.1.2.1 Materiale egnet? 13 2.3.1.2.2 Materiale korrekt leveret? 13

Lbefladeskader 13

2.4 13

2.4.1 Driv- og lbehjulst 13

2.4.2 Bremseskiver 13

2.4.3 Hjulslid / lbefladeskader 13

2.4.3.1 Fakta 14

Hjulmateriale 16

2.4.3.2 16

2.4.3.3 Gennemfrte vedligeholdelsesaktiviteter 16

2.4.3.4 Gruppering af hndelser, rsager og aktiviteter 17

Anbefaling - kortsigtede aktiviteter til gennemfrelse af sikker drift 17

2.4.4 17

2.4.5 Ndvendige undersgelser med henblik p at reducere opstede skader p lbeflader 18

3 Resultater 18

3.1 Sammenfatning 18

3.2 Anbefalinger 19

4 Underskrifter 20


Liste over forkortelser

HB Hrdhed i henhold til Brinell F - Kraft Fges - Samlet kraft Fa - Accelerationskraft FFT - Fast Fourier Transformation k - Geometrifaktor Kt Krvtal sh

Flangehjde

max - Maksimal spnding

mG Spnding med stbegrat

oG Spnding uden stbegrat

zulssig - Tilladt spnding vmax - Maksimal hastighed Kilde-/litteraturliste

/1/ DSB: Summary of wheel reprofile, Excel-Tabelle mit Reprofilierungsdaten von IC4-Zgen

/2/ Knorr-Bremse: Bremsberechnung TA27304/74, Rev.04, 02.03.2005

/3/ LUCCHINI RS: Report DSB IC4 wheel with wear damages, Rev. 0, 14.04.2014

/4/ LUCCHINI RS: 3.1 Zeugnis Qualitt der Radstze Order 100638 - IC2-IC4 E1002002.pdf, 22.10.2012

/5/ DSB: Instandhaltungshandbuch Rad Hjulmanual - 2.002, Rev. 2, 03.09.2013

/6/ Force Technology: Examination of fractured Axle Box 114-23061 HPN/mal, 25.02.2014

/7/ Investigation Report: IBT-R/U021321, Subject: Axlebox GHK.176466 (V.v. 24.04.02) Stress Analysis, Ansaldobreda Pistoia Italien, Date:30-Apr-02

/8/ Investigation Report Enclosures: IBT-R/U021321 - Enclosures, Subject: Axlebox GHK.176466 (V.v. 24.04.02) Stress Analysis, Ansaldobreda Pistoia Italien, Date:30-Apr-02

/9/ Investigation report: IBT-R/U031302, Axlebox GHK.176466 (V.v. 01.02.02) Stress Analysis with Bearing removed Ansaldobreda Pistoia Italy, Date of report 23.01.03

/10/ SCHAEFFLER GROUP INDUSTRIAL, Lower Part of Axlebox Z-176466 (040803) Stress Analysis for Lower Part under Damper Loads Project IC4 DSB, Ansaldo-breda, Date 11.03.2011

/11/ FKM-Richtlinie, Rechnerischer Festigkeitsnachweis fr Maschinenbauteile aus Stahl, Eisenguss- und Aluminiumwerkstoffen, 6., berarbeitete Ausgabe 2012

/12/ Force Technology, Fractured arm from the primary suspension damper, 110-23322 HPN/mal, Date 09.03.2010

/13/ EN 13749:2011, Bahnanwendungen Radstze und Drehgestelle Festlegungs-verfahren fr Festigkeitsanforderungen an Drehgestellrahmen

/14/ EN 13103: Bahnanwendungen Radstze und Drehgestelle Laufradsatzwellen Konstruktions- und Berechnungsrichtlinie

/15/ EN 13104: Bahnanwendungen Radstze und Drehgestelle Treibradsatzwellen Konstruktionsverfahren

/16/ EN 13749 (2005): Bahnanwendungen Radstze und Drehgestelle Spezifikati-onsverfahren fr Festigkeitsanforderungen an Drehgestellrahmen


/17/ EN 13260: Bahnanwendungen Radstze und Drehgestelle Radstze Produkt-anforderungen

/18/ EN 13261: Bahnanwendungen Radstze und Drehgestelle Radsatzwellen - Produktanforderungen

/19/ EN 13262: Bahnanwendungen Radstze und Drehgestelle Rder Produktan-forderungen

/20/ EN 15313: Bahnanwendungen Im Betrieb befindliche Radstze Instandhaltung der Radstze im eingebauten oder ausgebauten Zustand

/21/ UIC 812-3: Technische Lieferbedingungen fr Vollrder aus gewalztem unlegiertem Stahl fr Triebfahrzeuge und Wagen


1 Ordreoplysninger

Kommissorium Siden 2010 har der p DSBs IC2- og IC4-togst vret flere tilflde med revner hhv. brud p aksellejekasserne samt med beskadigede dmpere.

Togstproducenten (AnsaldoBreda) har anmodet konstruktren og producenten af lejerne (FAG) om en undersgelse af de opstede lejeskader. I den forbindelse er der kun taget hjde for komponenterne hjullejer og dmpere. Ud fra den udarbejdede rapport kunne der ikke findes en rsag til skaderne.

Hidtil har komponenterne vret betragtet uafhngigt af hinanden. DB Systemtechnik har fet til opgave at udfre en undersgelse af komponenternes indbyrdes pvirkninger og flles relationer i togsttet.

DB Systemtechniks undersgelse er baseret p mulige skadelige pvirkninger med bag-grund i de udleverede dokumenter og egne erfaringer inden for dette fagomrde.

I frste omgang anfres lsningsmuligheder hhv. det videre forlb med et efterflgende forsgsprogram for derved at kunne finde frem til den endelige rsag. Der foresls ligele-des afhjlpende foranstaltninger. Ordregiver: DSB (Danske Statsbaner)

Telegade 2 2630 Taastrup Dnemark

Kontaktperson: Bo Simonsen E-mail: [email protected] Ordretager: DB Systemtechnik GmbH Weserglacis 2 32423 Minden Deutschland Herr Michael Gerstner Tel.: +49 571 393-5459 E-mail: [email protected] Rapport fordelt til: DSB (2x) I.TVE 1, Projekter (1x) I.TVI 11, Bremsteknik (1x) I.TVI 21, Lbetj (1x) I.TVI 22, Bogier (1x)

2 Opgavebeskrivelse

Indledningsvist er der opbygget et hypotesetr, der indeholder de vsentlige punkter hhv. pvirkninger med hensyn til belastning og belastbarhed for aksellejekasserne. Efterflgende er de enkelte tnkelige rsager i videst muligt omfang undersgt og vurderet hver for sig. Derudover er der foretaget en sammenfatning af de enkelte punkter, der er foreslet yderli-gere undersgelser og anfrt indledende lsningsmuligheder.


2.1 Hypotesetr

Figur 1: Hypotesetr (egen opstilling)

2.2 Belastning

Det er frst og fremmest blevet undersgt hhv. afklaret, om belastninger, der har indvirkning p de beskadigede komponenter, er undervurderet hhv. ikke specificeret tilstrkkeligt. Hvis de reelle belastninger ligger betydeligt over specifikationen, har dette negativ indflydelse p levetiden og kan resultere i komponentfejl. I frste omgang er dokumenternes konsistens kontrolleret. Dernst kan der gennemfres driftsmlinger til registrering af de reelle belast-ninger.

2.2.1 Primrdmpersystem

2.2.1.1 Dimensionering / belastning

I driften er der konstateret stddmpere med revnede svejsesmme. Det formodes, at kon-struktionen ikke kan modst de belastninger, der rent faktisk opstr under drift.

I EN 13749:2005 nvnes en sdvanlig primrdmperhastighed p mindst 300 mm/s mel-lem aksellejekassen og bogierammen. P grund af styrearmens geometri stiger denne vrdi for IC4s vedkommende med flgende faktor k:

Formel 1: Beregning af geometrifaktor

Revner i aksellejekasser

Hypotese:

For stor belastning

Krfter, genereret

af hjulskader mulig rsag

Sporets

tilstand

Utilladeligt

slid

Bremsens

pvirkning

Blokerings-

beskyttelse

Primr-

dmpersystem

Hypotese:

For ringe belastbarhed

Forkert

dimen-

sionering

Forkert

konstruktion

Korrekt

materiale?

Egnet? Korrekt

leveret?

Lbefladeskader


Vrdierne i formel 1 fremgr af tegningerne P110126 og 051-5000000006480:

Bredde for dmperleje 16 mm Afstand fra midten af hjulleje til kontaktflade p dmperleje 355 mm Afstand fra midten af hjulleje til hjulstfringsbsning 400 mm

Betragtes geometrifaktoren i henhold til formel 2 optrder der primrdmper-hastigheder p mindst 572 mm/s.

Formel 2: Beregning af maks. dmperhastighed

I det flgende er udgangspunktet 600 mm/s.

P den foreliggende tegning (P110126) er anfrt en primrdmpervgt p 7,5 kg. Iflge oplysninger fra dmperproducenten (MSA) vejer den affjedrede del p aksellejet (nederste je, bunden af beholder, beholder, dmperstangfring,...) ca. 4,5 kg, og den primraffjed-rede del p bogierammen (verste je, dksel, stempelstang, stempel, beskyttelsesrr, ...) vejer ca. 3,0 kg.

I henhold til EN 13749:2011 tages der hjde for en konstant vertikalacceleration p 25 g p hjullejet. Den usdvanlige vertikalacceleration er anfrt med 70 g.

Antages det, at enden af svingarmen bidrager med yderligere 0,5 kg, kan der under hensyn-tagen til geometrifaktor k sledes tages udgangspunkt i flgende vertikale accelerationskrf-ter:

Driftsbelastning: ( )

Usdvanlig belastning: ( )

P nuvrende tidspunkt viser karakteristikken, at forholdet kraft-stempelhastighed udviser usdvanlig strk progressivitet fra og med hastigheder p 400 mm/s. Ved hje stddm-perhastigheder opstr der derved stor kraft. P baggrund af den karakteristik, som MSA har mlt p en primrdmper, kan dmperkraften ved en stempelhastighed p 600 mm/s in-terpoleres til 3.355 N. Ud fra de sdvanlige tolerancer i ny tilstand, nyt driftsmnster samt temperaturpvirkninger kan der erfaringsmssigt tages udgangspunkt i en maks. primr-dmperkraft p 5.033 N. Som usdvanlig primrdmperkraft regnes der i henhold til EN 13749:2005 med en dobbelt nominel vrdi p 6.710 N.

Dmper- og accelerationskrfter udlser flgende belastninger:

Formel 3: Samlet driftsbelastning

Formel 4: Samlet usdvanlig belastning


2.2.1.2 Driftsmlinger

DSB udtaler den 02. maj 2014, at AnsaldoBreda udfrer driftsmlinger i uge 20. Formlet med disse mlinger er at finde frem til de reelle belastninger af aksellejekassen. DSB har udleveret testspecifikationen til vurdering hos DB Systemtechnik.

Til underbyggelse af udtalelserne skal der i forbindelse med driftsmlingerne tages hjde for nedenstende punkter:

Pklbning af strain gauge i det hjeste belastningsomrde (revneniveau). I den forbindelse opmles en beskadiget aksellejekasse.

Mling af krfter p dmperen, f.eks. med strain gauge verst p stempelstangen. I den forbindelse fjernes beskyttelsesrret.

Vertikalacceleration p aksellejekassens arm, som pvirker primrdmperens ka-rakteristik.

Primrdmperens bevgelse i tilfredsstillende datakvalitet, som kan danne grund-lag for udledning af dmperhastigheder.

Optegning af dmperens karakteristik (karakteristik op til 1.000 mm/s ved amplituder p 25 mm og 2 mm) for de primrdmpere, der er omfattet af testen.

Optegning af urundheder (hjulprofiler) som funktion over hjulomkreds.

I forbindelse med vurderingen br alle mlevrdier vises frekvensopdelt. Derudover br der udfres en frekvensanalyse (FFT).

For at sikre, at alle forekommende belastninger registreres, br mlefrekvensen(sampling-frekvensen) vre mindst 1.000 Hz, og filterfrekvensen br vre mindst 200 Hz.

2.2.1.3 Anbefalinger/aktiviteter

Det anbefales at optimere primrdmperen p flgende mde:

1. Optimering af karakteristik: Iflge oplysninger fra dmperproducenten (MSA) br det vre muligt at udvikle en ny karakteristik, der ikke lngere udviser en s strk progressivitet ved stempelhastigheder over 400 mm/s. De aktuelle kontrol-punkter ved 100 mm/s og 300 mm/s br i den forbindelse videst muligt holdes konstant. Efter vurdering af de mlinger, AnsaldoBreda har gennemfrt, og under hensyntagen til resultaterne heraf br den videre proces afstemmes med dm-perproducenten.


2. Optimering af svejsesmme: Den aktuelle 2 mm-svejsesm mellem dksel og afstandsstykke p den verste befstigelse har iflge oplysninger fra dmper-producenten (MSA) ved 10.000 cyklusser en tilladt belastning p 15.000 til 16.000 N.

Figur 2: Position for den svejsesm, der skal optimeres

Her anbefales det at revurdere dimensionering af dmperen p baggrund af de udregnede stempelhastigheder og den evt. nye fastlagte dmperkarakteristik.

Det anbefales i forbindelse med revision at udskifte den aktuelle dmper med en dmper, der er optimeret i henhold til ovennvnte punkter.

2.2.2 Krfter genereret af hjulskader

Hjulurundheder kan, afhngig af disses form og strrelse, resultere i hje spidsbelastninger p alle uaffjedrede komponenter i lbetjet, dvs. ogs i hjullejet. Dette skyldes, at helhjulets center (og dermed ogs hjulakslen) i forbindelse med krsel med et urundt hjul ikke lngere vil bevge sig helt parallelt med skinnehovedet, men derimod vil flge en blget linje. De opstede svingninger af akslen i z-retning og de tilhrende accelerationer i samme retning som konsekvens af hjulurundhedens amplitudeform og -hjde er afhngig af krselsha-stigheden.

Ved tilsvarende undersgelser p andre tog med urunde hjul er der mlt accelerationer i z-retning p mere end 100 g (dvs. strre end 1000 m/s).

Mulige rsager til hjulurundheder:

Flader, der er opstet p grund af blokerede hjul i forbindelse med bremsning

Termisk overbelastning forrsaget af stort hjulslip og deraf flgende materialeudfald

Uens materialekvalitet (hrdhed, ) over hjulomkreds

Udmattelse som flge af rullekontakt (RCF)

2.2.2.1 Sporets tilstand

Sporforholdenes indflydelse p skader kunne ikke vurderes, da togenes driftsmnster i lbet af den hidtidige driftsperiode skal vre kendt.

Eftersom en vurdering af omlb ville vre meget omfattende, og der ikke kan tages ud-gangspunkt i en udslagsgivende skadepvirkning, blev denne undersgelse stillet i bero.


2.2.2.2 Ikke tilladt slid

P grund af manglende data om udvikling af hjulprofiler og lbeflader (flangetykkelser, flan-gehjde, lbecirkeldiameter, lbecirkeldiameterforskel osv.) i lbet af driftsperioden kan der p nuvrende tidspunkt ikke gives oplysninger om hjulenes slidforhold.

For at kunne skaffe oplysninger herom og for at kunne reducere belastninger forrsaget af lbefladeskader, anbefales det at kontrollere og dokumentere hjulprofiler samt lbeflader regelmssigt. Intervallet herfor br vre efter en tilbagelagt afstand p 30.000 km.

2.2.2.3 Bremsens indflydelse

Et for hjt bremsemoment kan fre til, at det modmoment, der genereres ved hjul-/skinnekontakt, ikke lngere er tilstrkkeligt til at holde hjulet i en rullende bevgelse i lbet af bremseprocessen. Som flge heraf falder hjulets rullehastighed hurtigere end togets hastighed, hvilket kan fre til glidning og videre til fuldstndig blokering af hjulet, mens toget fortsat er i bevgelse. Herved opstr en strkt forget energiindtrngen i hjulets lbeflade, hvilket frer til forget slid og, i tilflde af fuldstndig blokering af hjulet, til flader p hjulet. Begge fnomener frer til hjulurundheder. IC2-/IC4-togsttenes bremsemoment er, sam-menlignet med andre togst, ikke usdvanligt hjt.1 Glidning kan dog principielt ikke und-gs, nr adhsion mellem hjul og skinne er reduceret. Sdanne situationer opstr generelt i forbindelse med fugtige eller fedtede skinner, specielt om efterret, nr lvfald er hovedrsa-gen til fedtede skinner.

For at kunne holde glidning mellem hjul og skinne inden for toleranceomrdet og for, om mu-ligt, helt at kunne undg blokering af hjul, er moderne togst udstyret med et blokeringsbe-skyttelsessystem, der reducerer bremsemomentet, nr dette er for hjt.

2.2.2.3.1 Blokeringsbeskyttelse

IC4s blokeringsbeskyttelse er ved lave adhsionskoefficienter ikke i stand til at forhindre blokering af hjulene. Dette tema behandles allerede i en Task Force internt i DSB og omtales derfor ikke yderligere i denne rapport.

2.3 Belastbarhed af aksellejekasser

I dette afsnit er det afklaret hhv. undersgt, om materialet og konstruktionen svarer til de specificerede krav, eller om der allerede i forbindelse med beregning og dimensionering har fundet forseelser sted.

2.3.1 Konstruktion/dimensionering

Flgende oplysninger mht. dimensionering af aksellejekassen er baseret p rapporterne fra FAG /7/,/8/, /9/ og /10/; disse rapporter er stillet til rdighed fra ordregiver.

Specielt det nyeste dokument /10/ (Version: 11.03.2011) er gennemget. Dette dokument indeholder yderligere vurderinger af aksellejekassens nederste del.

P det sted, hvor primrdmperen er koblet til aksellejekassens konsol, er forudset belast-ninger p 2 kN og 4 kN. Herved fs de i tabel 1 anfrte spndinger og udnyttelsesgra-der. P basis af de udregnede vrdier er ogs krfter ved 100 % udnyttelsesgrad vurderet.

1 IC4-togsttenes adhsionsudnyttelse i forbindelse med farebremsninger ligger iflge bremsebreg-ning /2/ mellem 12 og 15 %. Disse vrdier er typiske for sammenlignelige togst.


Belastning N -2.000 -4.000 2.000 4.000

max Overside af konsol MPa 36,8 69,5 -21,5 -48,3

max Underside af konsol MPa -57,2 -111,1 51,1 105,3

tilladt Mpa 139,5 139,5 139,5 139,5

Udnyttelsesgrad for overside af konsol 26,38% 49,82% 15,41% 34,62%

Udnyttelsesgrad for underside af konsol 41,00% 79,64% 36,63% 75,48%

tilladt belastning ved 100%

udnyttelsesgrad p overside af konsol N -7.582 -8.029 12.977 11.553

tilladt belastning ved 100%

udnyttelsesgrad p underside af konsol N -4.878 -5.023 5.460 5.299

Tabel 1: Udnyttelsesgrad for og vurdering af aksellejekassernes styrke

Sammenholdt med de i afsnit 2.2.1.1 vurderede belastninger viser det sig, at de mulige mak-simale belastninger specielt p undersiden af aksellejekasserne kan ligge over de tilladte belastningsvrdier.

P grund af faste randbetingelser, og hvis akselkassens verste del betragtes som en flade (plan), kan der opst falsk stivhed for systemet som helhed, eftersom den halve akselkasse-del specielt i forbindelse med en trykkraft (nedad; negativ) ikke kan udvide sig.

Beregningerne med og uden stbegrat viser i henhold til formel 5 et hjt krvtal p ca. 1,42. Dette tal er opstet p grund af stbegraten. Det svarer til en lokal spndingsforgelse p 142 % langs med stbegraten (se /10/ s. 11 og s. 18), som netop ligger i det hjt belastede omrde, hvor revnerne hhv. bruddene i aksellejekasserne er opstet.

Formel 5: Krvtal

Anbefalinger:

I forbindelse med fremtidige beregninger anbefales det at implementere den i hen-hold til kapitel 2.2.1.1 vurderede dmperkraft for driftsmssige og udsdvanlige be-lastninger, samtidig med at der tages hjde for de krfter, der er mlt under drift.

For at kunne give et mere njagtigt billede af stivheden for systemet som helhed br beregningsmodellen udvides med akselkassens verste del samt akselkasseringen, som omfavner hjullejet. Der br anvendes kontaktelementer i beregningsmodellen for at reprsentere pasningstolerancerne for akselkasseringen.

Stbegratens krvvirkning kan reduceres, ved at stbegraten planslides efter frem-stilling.

Nye udregnede belastninger kan p et senere tidspunkt danne grundlag for yderligere anbefalinger.


Figur 3: Nederste aksellejekasse med revne (kilde: /12/)

Figur 4: Detailsnit af revnested (kilde: /12/)

2.3.1.1 Konstruktion/pasningstolerancer

Revurdering af pasningstolerancerne p de til rdighed vrende tegninger har ikke givet anledning til bemrkninger.

Ved pasning af akslen/den indvendige lejering er der tale om pasning med et minimalt over-ml p 0,051 mm og et maksimalt overml p 0,101 mm. Disse vrdier fremgr af akslens


tolerance 150 p6 (+0,068 mm/+0,043 mm) og den indvendige lejerings tolerance 150 mm (-0,008 mm/-0,033 mm).

I forbindelse med pasning af den udvendige lejering/akselkasseringen er der tale om en tole-rance med et nsten ikke mrkbart pasningsspil. Det minimale pasningsspil er 0,000 mm, og det maksimale pasningsspil er 0,146 mm. Disse vrdier fremgr af den udvendige leje-rings tolerance 250 mm (0,000 mm/-0,100 mm) og akselkasseringens tolerance 250 H7 (+0,046 mm/ 0,000 mm).

Da der ikke foreligger detailtegninger, har det ikke vret muligt at foretage yderligere vurde-ringer med hensyn til f.eks. pasning mellem akselkassering og nederste hhv. verste leje-kassedel.

De vurderede pasningstolerancer ligger i det sdvanlige omrde. Det formodes derfor, at disse ikke har indflydelse p revnedannelsen i aksellejekassen.

2.3.1.2 Materiale

2.3.1.2.1 Materiale egnet?

Det anvendte materiale er stbemateriale EN GJS 400-18 LT, hvilket ogs forekommer i mange andre aksellejekasse-konstruktioner, hvor det har vist sig at vre i orden.

2.3.1.2.2 Materiale korrekt leveret?

FORCE TECHNOLOGY har fet til opgave at undersge en knkket aksellejekasse fra et IC4-togst og fastlgge rsagen til skaden. Med dette forml er brudfladerne blevet under-sgt visuelt. Der er udfrt materialetekniske undersgelser (strukturundersgelser og hrd-hedsmlinger). Disse undersgelser er dokumenteret i rapport /6/.

Undersgelserne har ikke afdkket materialefejl. De udregnede hrdhedsvrdier og struk-turundersgelser svarer til stbemateriale EN GJS 400-18 LT. Fejlleverance kan derfor ude-lukkes som rsag til skaden.

2.4 Lbefladeskader

2.4.1 Driv- og lbehjulst

Hjulsttene p IC2 og IC4 er udstyret med helhjul, der som nye har en lbecirkeldiameter p 860 mm. Helhjulene (nye) har en afdrejningsavance i radius p 30 mm. Hjulene er fremstillet af materiale ER 7.

Hjulakslen dimensioneres efter EN 13103 for lbehjulaksler og efter EN 13104 for drivhjul-aksler. Hjulene er i overensstemmelse med forskrifterne i EN 13260 til 13262. Hjulprofilet er DSB 97-1 (svarer til S1002 med 30 mm flangetykkelse i henhold til EN 13715).

2.4.2 Bremseskiver

Hjulsttene p IC2 og IC4 er udstyret med akselmonterede bremsskiver.

Drivhjulaksel med 2 akselmonterede bremseskiver

Lbehjulaksel med 3 akselmonterede bremseskiver

2.4.3 Hjulslid / lbefladeskader

P DSBs IC2- og IC4-togst er der konstateret graverende fejl i lbefladerne. Skaderne er opstet p bde drivhjulsttene og i vsentligt strre omfang p lbehjulsttene (posi-tion 1 og 10); skaderne er delvist konstateret allerede efter en tilbagelagt afstand p 50.000 km.


Det drejer sig om:

Flader

Materialeudfald og nedbrud af materialet

Ved besigtigelse af hjulst 4 p togst nr. 5707 kunne der konstateres sildebensmnstrede sm revner p lbefladerne. Dette forekom hovedsageligt p den side, der ligger over for akselejekasseskaden. Disse 45 rettede fine overfladeskader forekommer ved overgangen mellem flange og lbeflade og p lbefladen p en afstand p ca. 90 til 120 mm mlt fra hju-lets bagside. I det videre skadesforlb vokser de sildebensmnstrede sm revner sammen under lbefladen, og der opstr materialeudfald, hvilket ses tydeligt p den side, hvor leje-skaden er opstet. Det vurderes, at disse beskadigelser skyldes hj materialebelastning, der tyder p hj termisk belastning af hjulene og/eller hjt lngde- hhv. tvrsslip.

2.4.3.1 Fakta

Der er indtil nu konstateret beskadigelser p aksellejekasserne og/eller dmperen p seks lbehjulst og et drivhjulst. Disse beskadigelser er opstet ved forskellige tilbagelagte afstande.

Togst-

type

Togst-

nr.

Place-

ring

Hjulst

Hjul Akselleje-

kasse

Dmper Dato

for

hndelse

Tilbagelagt

afstand

[km]

IC4 5608 1 venstre knkket knkket 22.02.2010 50.000

IC4 5618 1 venstre knkket - 03.12.2010 100.000

IC4 5650 10 venstre knkket knkket 03.02.2014 150.000

IC2 5707 4 venstre revne knkket 27.03.2014 55.000

IC4 5630 3 venstre revne knkket 08.04.2014 170.000

IC4 5651 4 hjre revne knkket 07.04.2014 165.000

IC4 5671 6 venstre - knkket 22.04.2014 70.700

Tabel 2: Opstede skader p aksellejekasser hhv. dmpere

Der er konstateret betydelige skader p alle de pgldende hjuls lbeflader. Revner i ak-sellejekasserne samt de p figur 5 viste lbefladeskader er hele tiden med undtagelse af togst 5651 opstet p det venstre helhjul. Her er konstateret en revne p den hjre ak-sellejekasse. Vores erfaringer viser, at man kan g ud fra, at der ogs allerede forekommer materialebeskadigelser p det hjul, der sidder i hjulsttets modsatte side. Her vil der dog vre tale om beskadigelser af mindre omfang.


Figur 5: Lbefladeskader (kilde: DSB: Lbefladeskader p IC4, togst 5618)

Profil- og spormlene, der er anfrt i tabel 3, er dokumenteret p basis af et beskadiget hjul-st, hvor der er konstateret en revne i aksellejekassen.

Hjulst

Venstre

[mm]

Hjre

[mm]

Hjuldiameter 856,39 860,34

SR 1418,83

AR 1359,18

Hjulurundhed (radial-

kast)

3,27 0,14

Aksialkast 0,20 0,27

Flangehjde 31,34 29,08

Flangetykkelse 30,77 28,89

qR 12,57 9,71

Tabel 3: Profil- og sporml for hjulst 4 p togst 5707


Hjulene p det i tabel 3 dokumenterede hjulst udviste en hjuldiameterforskel p 3,95 mm. P hjulet til venstre er der mlt en urundhed p 3,27 mm. Det er ikke registreret, om der har vret tale om en klassisk urundhed (polygonisering) eller om en enkeltstende flade.

I forbindelse med lbetekniske undersgelser af hjul med enkeltstende flader p > 3 mm er der mlt aksiale accelerationer p > 100 g.

Forskellen i flangetykkelser mellem venstre hjul (30,77 mm) og hjre hjul (28,89 mm) er 1,88 mm. Det betyder, at hjulet m have lbet strkt ujvnt (skvt). Dette indikeres yderli-gere ved forskellen mellem qR-ml hjre p 9,71 mm og qR-ml venstre p 12,57 mm. Ved kurvekrsel opstr der som flge af RCF get slid, der forrsaget af revnedannelse p det hjul, der er yderst i kurven. Dette er i modstrid med det foreliggende skadesbillede, eftersom det venstre hjul udviser en hjere skadesgrad.

Forskellen i flangehjde fra sh,venstre (31,34 mm) til sh,hjre (29,08 mm) er 2,26 mm. Det svarer ca. til diameterforskellen mellem de to hjul.

De massive lbefladeskader p det undersgte hjul, som det fremgr af billederne 68237 og 68238 i undersgelsesrapporten /3/, har resulteret i fuldstndig nedbrud af hjulmaterialet p lbefladen. Hjulmaterialet er herved valset udad og vk fra kontaktfladen. Dette har resulte-ret i det typiske hulslid samt ndring af hjulprofil.

I /1/ er registreret de afdrejninger, der er gennemfrt p IC4-togsttenes hjulst. Det be-mrkes i den forbindelse, at for hjulsttene 1 og 10 mtte hjuldiameteren reduceres yderli-gere med faktor 2 i forhold til de andre hjulst for at kunne fjerne de forekomne lbeflade-skader. Dette tyder p, at belastningen af hjulenes lbeflader her m vre tilsvarende hje-re.

2.4.3.2 Hjulmateriale

LUCCHINI har foretaget en materialeteknisk undersgelse af et beskadiget IC4-hjul. Under-sgelserne er gennemfrt i henhold til forskrifterne i UIC 812-3. De materialetekniske stan-dardvrdier, der er dokumenteret i undersgelsesrapporten, svarer til standardvrdierne i UIC 812-3. Trkstyrken p 857 MPa ligger i det nedre toleranceomrde.

I den udleverede specifikation /4/ for hjulmateriale til helhjul ER7 - EN 13262 kategori 1 - underskrides de foreskrevne mindstevrdier for hjulkransens hrdhed delvist. EN 13262 krver en mindstehrdhed p 245 HB i kategori 1. Hrdheder for hjulkransen er mlt til at ligge i omrdet fra 236 til 266 HB. Kravet i EN 13262, om at der hjst m forekomme en hrdhedsdifference p 30 HB mellem hjulene i en produktionsserie, overholdes kun lige.

2.4.3.3 Gennemfrte vedligeholdelsesaktiviteter

Eftersynsintervallet, der er fastsat af producenten, er 180.000 km.

P grund af tidligere hndelser har den nationale godkendelsesmyndighed foreskrevet, at hjullbeflader og aksellejekasser skal kontrolleres visuelt efter 7 driftsdgn.

Dokument /5/ danner grundlag for hjulvedligeholdelse. Her anfres de grnsevrdier, der skal overholdes i forbindelse med driftvendt vedligeholdelse.

Dokument er baseret p vedligeholdelse af klodsbremsede godsvognshjul. Dette do-kument kan derfor kun til en vis grad anvendes i forbindelse med vedligeholdelse af skivebremsede IC2- hhv. IC4-hjul


2.4.3.4 Gruppering af hndelser, rsager og aktiviteter

Mulige rsager til betydelige lbefladeskader er:

1. Hjulmaterialets hrdhedsvrdier i hjulkransen samt trkstyrken ligger i det nedre to-leranceomrde. De svarer til reglerne, men de fremmer en negativ slidudvikling.

2. Indbygges hjulst ikke parallelt i en bogie, opstr skvlb af bogien. Hjulsttenes

indbygningstilstande i bogien kendes i jeblikket ikke. Konsekvenserne af skvlb er forget slip og konstant ujvnt lb (forandret angrebsvinkel).

3. Glidning og hjulslip frer til hjulslid og lokal varmeindtrngen. Dette medfrer struk-turndring i lbefladen og dermed udviklingen af det sprde materiale (martensit). Dette sprde materiale kan skalle af under rulning/udvalsning.

4. Bremseblending, der ikke er indstillet optimalt, og blokeringsbeskyttelse, der ikke er indstillet optimalt, vil kunne resultere i blokeringer og dermed forget varmeindtrn-gen i lbefladen.

2.4.4 Anbefaling - kortsigtede aktiviteter til gennemfrelse af sikker drift

Kortfristede aktiviteter til reducering af skader p lbeflader:

1. Vedligeholdelsesaktiviteter

1.1. Opretholdelse af visuel kontrol efter 7 driftsdgn.

1.2. Hjulurundhedskontrol med et endnu ikke fastsat eftersynsinterval.

Gennemfrelse af hjulurundhedskontrol:

Hjulsttet hhv. bogien lftes s meget, at hjulsttet kan drejes hele vejen rundt, s der kan udfres hjulurundhedskontrol.

Hjulenes lbeflader skal rengres inden hjulurundhedskontrol.

Mleuret (om muligt digitalt med hukommelse og hjul p sonden) skal fastg-res p sporet med en magnetisk mleurholder.

Lbecirklen (70 mm fra hjulets bagside) skal mrkes/tegnes.

Mleurholderen med opspndt mleur skal justeres og positioneres i forhold til lbecirklen.

Mlingens pbegyndelse markeres med kridt p hjulkransens yderside.

Hjulet drejes langsomt hele vejen rundt med hnden, s der kan udfres hju-lurundhedskontrol.

Efter afsluttet hjulurundhedskontrol dokumenteres mlevrdien med kontrol-dato og tilbagelagt afstand for hjulsttet i en dertil udarbejdet protokol.

1.3. Ved en hjulurundhed p 0,5 mm skal hjulsttet afdrejes.

1.4. Eftervisning af den tilladte hjuldiameterforskel i bogien og med hensyn til driven-heden.

1.5. Indfrelse af komfortafdrejninger efter en tilbagelagt afstand, der skal faststtes p grundlag en skadesstatistik.

2. Vedligeholdelsesdokumentation Det anbefales, at vedligeholdelsesdokumentation for IC2-/IC4-togsttenes hjulst udarbejdes hhv. gennemgs p baggrund af EN 15313 Instandhaltung der Radst-ze im eingebauten oder ausgebauten Zustand (Vedligeholdelse af hjulst i monteret eller demonteret tilstand).


3. Hjulmateriale Anvendelse af andet hjulmateriale med hjere brudstyrke ER 8. Materialet SUPERLOS, som LUCCHINI har foreslet, svarer til ER 9. Dette hjulmateriale har, p grund af det hjere kulstofindhold for ER 9, strre tendens til revnedannelse. Kon-sekvensen heraf ville vre, at hjulslid forges yderligere ved hjulafdrejning. Inden der trffes beslutning om at ndre p hjulmaterialet, br det overvejes at afprve dette i drift.

2.4.5 Ndvendige undersgelser med henblik p at reducere opstede skader p lbeflader

For hele tiden at kunne modvirke skader i aksellejekasser og p hjulenes lbeflader anbefa-les nedenstende undersgelser:

1. Udarbejdelse af en detaljeret skadesstatistik: registrering af skadens omfang p basis af tilbagelagt afstand og driftsforhold.

2. Lbe- og bremsetekniske undersgelser

2.1. Registrering af hastighed for alle driv- og lbehjulst

2.2. Registrering og vurdering af signal for glidning og hjulslip; blokeringsbeskyttelses-forsg; bremseblending (et helt togst)

2.3. Undersgelse af bremsekraftfordeling i togsttet og blokeringsbeskyttelsen. Undersgelse af lbefladernes belastning via retarderen og trykluftbremsen

2.4. Registrering af tryk i trykluftbremsen (cylindertryk)

2.5. Accelerationer (retning X, Y og Z) for drivhjulsttene

2.6. Drivhjulsttenes bevgelse (retning Z) i forhold til bogien

2.7. Undersgelse af retarderbremsens funktion

2.8. Accelerationstest med IC4 med og uden belastning

2.9. Retardationstest med og uden ballast og phngslast

3. Restspndingsmling og ikke-destruktiv test af beskadigede hjul

4. Revurdering af hjulsttenes indbygningstilstande i bogien for at kunne konkludere, om hjulsttene er indbygget i overensstemmelse med tegningerne.

3 Resultater

3.1 Sammenfatning

Skaderne p aksellejekasserne og primrdmperne skyldes ikke en enkelt omstndighed. Det drejer sig om et samspil mellem forskellige pvirkninger, der frer til funktionsfejl og krver nrmere undersgelse.

Der er flgende hovedaktivitetsomrder:

I driften er der konstateret stddmpere med revnede svejsesmme. Det formodes, at konstruktionen ikke kan modst de belastninger, der rent faktisk opstr under drift. P nuvrende tidspunkt viser karakteristikken, at forholdet kraft-hastighed udviser usdvanlig strk progressivitet fra og med hastigheder p 400 mm/s. Ved hje stddmperhastigheder opstr der derved stor kraft.


Sammenholdt med de i afsnit 2.2.1.1 vurderede belastninger viser det sig, at de muli-ge maksimale belastninger specielt p undersiden af aksellejekasserne kan ligge over de tilladte belastningsvrdier. P grund af faste randbetingelser, og hvis aksel-kassens verste del betragtes som en flade (plan), kan der opst falsk stivhed i be-regningsmodellen for aksellejekasserne, hvilket frer til unjagtige beregningsresulta-ter. Stbegraten ligger i et yderst ugunstigt omrde.

De iagttagede pasningstolerancer ligger i det sdvanlige omrde. Det antages der-for, at disse ikke har indflydelse p revnedannelsen i aksellejekasserne.

Det anvendte materiale forekommer i mange andre aksellejekasse-konstruktioner og har vist sig som vrende i orden. Det har ikke vret muligt at pvise anvendelse af ukorrekt materiale.

Der foreligger ingen detaljeret vedligeholdelsesforskrift.

De udregnede hrdhedsvrdier for hjulkransene samt trkstyrken ligger i det nedre toleranceomrde hhv. underskrides delvist. Disse vrdier fremmer dermed en nega-tiv slidudvikling.

Glidning og hjulslip frer til hjulslid og lokal varmeindtrngen. Dette medfrer struk-turndring i lbefladen og dermed udviklingen af det sprde materiale (martensit). Dette sprde materiale kan skalle af under rulning/udvalsning.

- Bremseblending, der ikke er indstillet optimalt, og blokeringsbeskyttelse, der ikke er indstillet optimalt, kan resultere i blokeringer og dermed forget varmeindtrngen i berringsfladen mellem hjul og skinne.

3.2 Anbefalinger

Flgende anbefales:

I forbindelse med nste revision anbefales det at montere en optimeret stddm-pervariant. Stddmperkarakteristikken br optimeres, sledes at dmperkraften over stempelhastigheder p 400 mm/s ikke lngere stiger s strkt. Derudover br dimensionering af de mekaniske komponenter (f.eks. svejsesmme m.m.) revurde-res.

For at reducere lbefladeskader og den dermed forbundne vertikale dynamik br IC4-togsttenes blokeringsbeskyttelsessystem gennemgs/optimeres, sfremt dette er muligt.

IC2-togsttenes blokeringsbeskyttelsessystem br, p samme mde som IC4-togsttenes blokeringsbeskyttelsessystem, undersges nrmere med henblik p at udforske systemets mulige indflydelse p hjulskader.

Det anbefales, at der gennemfres en ny styrkeberegning af aksellejekassen eller en optimeret variant p basis af korrekt stddmperkraft samt resultaterne af de drifts-mlinger, AnsaldoBreda har udfrt. For at kunne reducere krvvirkningen forrsaget af stbegraten br enten stbeformen ndres eller i det mindste smmen planslibes efter fremstilling.


Det sknnes tilmed ndvendigt, at der udarbejdes en omfattende vedligeholdelsesfor-skrift for hjulst og aksellejekasser til IC2-/IC4-togst.

Vedligeholdelsesaktiviteter:

o Visuel kontrol efter 7 driftsdgn

o Hjulurundhedskontrol med et endnu ikke fastsat eftersynsinterval

o Hjulafdrejning ved urundheder p 0,5 mm

o Kontrol af tilladt diameterforskel

o Indfrelse af komfortafdrejninger

Afprvning af andet hjulmateriale (ER 8) med hjere brudstyrke anbefales

Udarbejdelse af en detaljeret skadesstatistik

Lbe- og bremsetekniske undersgelser

Restspndingsmling og ikke-destruktiv prvning af beskadigede hjul

4 Underskrifter

Gerstner Schppe L I.TVI 22 I.TVI 22

Documents

DB Systemtechniks rapport om skader på IC4