Werkstofftechnik

Schienenstähle

Die Entwicklung der Schienenstähle wird seit der Erfindung des Eisenbahnwesens durch die Wechselwirkung aus den geforderten Eigenschaften und der gerade bereitstehenden Herstellungs-Technologie bestimmt. Die Schiene ist ein langlebiges Produkt, die durchschnittliche Liegedauer liegt bei 15 Jahren.

Obwohl die Entwicklungszyklen ab dem letzten Drittel des zwanzigsten Jahrhunderts immer kürzer geworden sind, beträgt der Zeitraum zwischen Marktreife und Etablierung eines neuen Schienenstahls immer noch etliche Jahre, da die Eisenbahnen und Nahverkehrsbetriebe die Gebrauchseigenschaften durch mehrjährige Gleistests beurteilen müssen.

Die Schienenstähle der voestalpine Schienen GmbH werden entsprechend der Spezifikation unserer Kunden hergestellt. Für die Anforderungen der Euro-Norm für Schienen EN13674-1 sind wir bereits seit 1998 gerüstet .

Darüber hinaus gehen wir gerne auf spezielle Forderungen unserer Kunden ein und stellen anwendungsspezifisch definierte Schienenstähle zur Verfügung. Dem trägt auch unser umfangreiches Forschungs- und Entwicklungsprogramm Rechnung.

Ein wesentlicher Punkt bei neuen und weiterentwickelten Schienenstählen ist deren Schweißeignung. Ein neu entwickelter Schienenstahl wäre für den Benutzer völlig wertlos, wenn das lückenlose Gleis nicht mit den üblichen Schweißverfahren hergestellt werden kann. Wir führen daher schon in einem frühen Stadium der F&E-Projekte Schweißversuche durch.

Schädigung von Eisenbahn-Schienen

Die neue Europäische Norm für Schienen legt sieben Stahlsorten fest, die ein Härtespektrum von 200 bis 400 HB (Härte Brinell) abdecken. voestalpine Schienen hat darüber hinaus aber noch weitere, vor allem härtere Schienenstähle im Angebot.

Das führt zur Frage, welcher Stahl unter den gegebenen Bedingungen verwendet werden soll. Die Antwort setzt beim Schädigungsverhalten an, das von der verwendeten Stahlsorte und der anliegenden Belastung abhängt.

Der Einfluss der Belastung wird über die Achslast und den Bogenradius beschrieben. In engen Bögen ist der Verschleiß vorherrschend, und die Schienen müssen in hoch belasteten Bereichen oft, manchmal jährlich, gewechselt werden.

Ab einem Radius im Bereich von ca. 700 bis 1000 m tritt die Rollkontakt-Ermüdung in den Vordergrund. Die immer wiederkehrende Einwirkung von hoher Flächenpressung und Schlupf ermüdet die Schienenoberfläche soweit, dass Risse entstehen. Diese liegen typischerweise im Bereich der Fahrkante und werden als Head-Checks bezeichnet. Weltweite Untersuchungen haben gezeigt, dass die Schädigung in Radienbereichen von 1500 bis 3000 m am schnellsten und intensivsten auftritt.

Aus Gründen der Sicherheit, und um die Liegedauer der Schienen zu verlängern, wird die ermüdete Schicht an der Oberfläche durch Schleifen oder neuerdings auch durch Fräsen abgetragen. In weiteren Bögen und Geraden sind andere Rollkontakt-Ermüdungs-Schäden vorherrschend, wie Riffel, Schlupfwellen, Belgrospies und Squats. Auch diese Schäden werden durch Schleifen entfernt.

Der Einfluss von Achslast und jährlicher Gesamtbelastung ist ebenso logisch, je größer sie sind, desto schneller tritt die Schädigung auf, und desto niedriger ist die zu erwartende Lebensdauer.

Das Stahlsorten-Angebot der voestalpine Schienen stellt für alle möglichen Bedingungen die jeweilige optimale Lösung zur Verfügung. Der Ansatz zur Optimierung beruht dabei auf RAMS- und LCC-Analysen, die die Wirtschaftlichkeit zum zentralen Element der Auswahl machen.

Auswahl des Schienenstahls

Die neue Europäische Norm für Schienen legt sieben Stahlsorten fest, die ein Härtespektrum von 200 bis 400 HB (Härte Brinell) abdecken. voestalpine Schienen hat darüber hinaus aber noch weitere, vor allem härtere Schienenstähle im Angebot.

Das führt zur Frage, welcher Stahl unter den gegebenen Bedingungen verwendet werden soll. Die Antwort setzt beim Schädigungsverhalten an, das von der verwendeten Stahlsorte und der anliegenden Belastung abhängt .

voestalpine Schienen führt zur Zeit ca. 20 Gleistests von neuen Schienenstählen zusammen mit den Infrastruktur-Unternehmen der Eisenbahnen durch.

Es werden neue und verbesserte Schienenstähle unter verschiedensten Bedingungen getestet, wobei klarerweise die aktuell beste Lösung als Vergleichspartner herangezogen wird. Die Ergebnisse zeigen durchwegs, dass nur qualitativ hochwertige Produkte den besten Kundennutzen sicherstellen können.

Der Ansatz zur Optimierung beruht dabei auf RAMS- und LCC-Analysen, die die Wirtschaftlichkeit zum zentralen Element der Auswahl machen.

Das Stahlsorten-Angebot der voestalpine Schienen stellt für alle möglichen Bedingungen die jeweilige optimale Lösung zur Verfügung. Diese lässt sich am besten graphisch – analog zum Bild der Schädigungsbereiche – darstellen, siehe Attachment.

Mit unserem breiten einzigartigen Gütenangebot sind wir dabei – wieder – Einen Schritt Voraus.

Information zur Euronorm EN 13674-1

Nach mehr als zehn Jahren wurde der erste Teil der Europäischen Schienennorm vom Europäischen Komitee für Normung (Comité Européen de Normalisation – CEN) Ende 2003 verabschiedet. Dieser Teil 1 der Norm umfasst Vignolschienen mit einem Metergewicht größer als 46 kg/m und ist die aktuellste international gültige Spezifikation für Schienen. Die Teile zwei bis vier umfassen Zungenschienen, Radlenkerschienen und Schienen von 27 bis 46 kg/m und befinden sich in der Endphase der Erstellung.

Die EN 13674-1 spezifiziert sieben Schienenstähle über deren Härte, da diese direkt mit den Verschleißeigenschaften der jeweiligen Stahlsorte korreliert. Im Gegensatz zur meistens angewendeten Spezifikation UIC 860-V des Internationalen Eisenbahner-Verbands liegt hier eine Produktnorm vor, bei der das geforderte Betriebsverhalten unter den Einsatzbedingungen im Vordergrund steht. Um Forderungen zur Sicherheit zu garantieren, sind die hergestellten Schienen in zwei Stufen zu testen:

Die Qualifizierungstests müssen vorab bestanden werden, die z.B. auch die Prüfung der Rissbruchzähigkeit und Ermüdungstests beinhalten. Die Abnahmetests stellen sicher, dass jede einzelne Schiene den Anforderungen der Norm entspricht.

Im Gegensatz zur UIC 860-V sind die geforderten zerstörungsfreien Prüfungen als Teil der Abnahmetests detailliert spezifiziert. Alle Schienen müssen zu 100 % mittels Ultraschall und Wirbelstromprüfung geprüft werden, um deren Freiheit von möglichen Herstellungsfehlern nachzuweisen. Da die europäischen Eisenbahnen immer mehr Hochgeschwindigkeitszüge betreiben, werden erstmalig in dieser internationalen Spezifikation zusätzlich Forderungen zur Fahrflächenebenheit spezifiziert.

Weitere Details der Herstellungsprozesse sind definiert, wenn die Produkteigenschaften nur mit aufwendigen oder im betrieblichen Ablauf unpraktischen Prüfungen ermittelt werden können. Zum Beispiel ist eine Vakuum-Entgasung des flüssigen Stahls verpflichtend, um sicherzustellen, dass die Schienen im Betrieb durch Wasserstoff-Risse (Flocken) nicht ausfallen. Generell ist die aktuelle state-of-the-art Technologie anzuwenden, damit die gestellten Forderungen eingehalten werden können.

Im Attachment sind die wichtigsten Unterschiede zwischen der neuen Euro-Norm und dem UIC-Kodex angeführt. Wenn Sie darüber hinausgehend Fragen zu diesen Spezifikationen haben, zögern Sie bitte nicht, den Technischen Kundendienst zu kontaktieren.