SB_21543BGLP

Seite 12 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 21.543 B
Bild 1: Fahrgast-Klimaanlage als Anbauelement im Schienenfahrzeugbau
Der rechnerische Tragsicherheitsnachweis ist dann erfüllt, wenn nach Gleichung (1-1) die einwirkende
resultierende Querkraft F Q res stets kleiner als die Grenzgleitkraft F Q zul µ ist und somit
eine Relativbewegung in der Scherfuge ausbleibt [7]. Die Grenzgleitkraft ist dabei abhängig vom
minimalen Haftreibungskoeffizienten in der Trennfuge µ T min und der minimalen Restklemmkraft
F KR min.
F Q res ≤ F Q zul µ = µ T min ∙ F KR min /S G (1-1)
Da die Festigkeitsklassen oberhalb 10.9 im Schienenfahrzeugbau kaum Anwendung finden, lässt
sich die minimale Restklemmkraft F KR min nur durch Anhebung des Nenndurchmessers erhöhen.
Dies führt jedoch eine Reihe wirtschaftlicher und konstruktiver Nachteile mit sich. Zum einen sind
für größere Nenndurchmesser entsprechende Montagewerkzeuge und demzufolge vergrößerter
Bauraum und angepasste Zugänglichkeiten notwendig. Zum anderen nehmen mit steigendem
Nenndurchmesser die Loch- und Randabstände sowie die Klemmpaketdicken zur Einhaltung der
vorgeschriebenen Klemmlängen-Durchmesser-Verhältnisse (l k/d = 3 … 5 [6]) zu. Dies führt wiederum
zu zusätzlichen Exzentrizitäten und Biegebeanspruchungen der Anschlusskonstruktion
und natürlich ebenfalls zu zusätzlichen Materialkosten und einem Anstieg des Fahrzeuggesamtgewichts.
Aus diesem Grund wird ein möglichst hoher Haftreibungskoeffizient in der Scherfuge µ T min angestrebt.
Zum Tragsicherheitsnachweis wird dieser nach aktuellem Stand der Technik aus vorhandenen
Regelwerken [6, 7] entnommen oder experimentell ermittelt. Da im Schienenfahrzeugbau
im Allgemeinen grundierte Bauteile verschraubt werden, kann nur eine geringer Haftreibungskoeffizient
von µ ≤ 0,15 angesetzt werden. Dabei gilt der Haftreibungskoeffizient bisher als konstante
Größe, unabhängig von der Beanspruchungsgeschwindigkeit.
Im abgeschlossenen EU-Projekt SIROCO wurde jedoch entgegen der bisherigen Annahme eine
Geschwindigkeitsabhängigkeit des Haftreibungskoeffizienten beobachtet [8–10]. Je nach Beschichtung
zeigte sich mit zunehmender Prüfgeschwindigkeit eine Erhöhung bzw. eine Verringerung
des Haftreibungskoeffizienten. Da die in Tabelle 2 beschriebenen Lastfälle maßgebend für
die Dimensionierung sind, wird die Tragfähigkeit der Verbindung somit potenziell nicht ausgenutzt.
Vor diesem Hintergrund widmet sich dieses Vorhaben als wissenschaftlich-technische Problemstellung
der Abhängigkeit des Haftreibungskoeffizienten von der Beanspruchungsgeschwindigkeit.
Dabei werden sowohl quasi-statische als auch im Hochgeschwindigkeitszugversuch (HGZV)
experimentell ermittelte Haftreibungskoeffizienten miteinander verglichen, um somit einen Geschwindigkeitseinfluss
als µ T min = f(ẍ, ẋ) abzuleiten.