Untersuchung des dynamischen Antwortverhaltens einer Schienenfahrzeug-Wellenbremsscheibe im Resonanzbereich

Abstract

Wellenbremsscheiben von Hochgeschwindigkeitszügen sind während der Fahrt hohen dynamischen Lasten ausgesetzt. Diese resultieren vor allem aus Stößen und Vibrationen aufgrund von Gleislagestörungen, d.h. Abweichungen von der idealen Gleislage. Der Fall bei dem die Bremsscheibe in einem Frequenzbereich angeregt wird, in dem sie ein dynamisches Verhalten aufweist, ist dabei von besonderem Interesse. Die Beschleunigungslasten die dabei auftreten, können zu nichtlinearen Effekten führen (z.B. Kontaktreibung oder Klaffen), deren numerische Analyse nichtlineare Berechnungsmodelle erfordert. Im Rahmen einer Eigenschwingungsanalyse werden die Moden der Bremsscheibe ermittelt sowie die Berechnungsmodelle der Bremsscheibe hinsichtlich ihres dynamischen Verhaltens infolge geringer Lasten validiert. Anschließend wird das dynamische Antwortverhalten der Bremsscheibe bei einer harmonischen Fußpunktanregung der Nabe berechnet. Dabei wird die Bremsscheibe mit Eigenfrequenzen von Moden angeregt, die infolge einer axialen und radialen Fußpunktbeschleunigung besonders angesprochen werden. Die Berechnungs-modelle werden durch die gezielte Veränderung von Modellparametern an im Versuch gemessene Beschleunigungsantworten angepasst. Durch die anschließende Simulation höherer Anregungsamplituden gelingt es, schädigungsrelevante Effekte in der Bremsscheibe infolge einer idealen harmonischen Anregung rechnerisch nachzuweisen. Im Ausblick wird herausgestellt, dass die Analyse des Antwortverhaltens infolge realer stochastischer Schwingungslasten der Bremsscheibe während der Fahrt Kompromisse zwischen dem Rechenaufwand und der Genauigkeit der Ergebnisse erfordert.