V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 1Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3Bisherige Untersuchungen
Vorläufige Ergebnisse Stand 2008-09-22
Überarbeitung 2008-09-29
Auftraggeber: Staatsanwaltschaft KölnAuftragsnummer BAM-V.3/566
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfungArbeitsgruppe Schadensanalyse, C. Klinger
Fachgruppen V.3, V.1, V.2, VIII.3, VIII.4, VI.1, VI.3
Unter den Eichen 8712205 Berlin
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 2Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Aufgabenstellung Staatsanwaltschaft Köln„Im Auftrag der Staatsanwaltschaft Köln wird die Bundesanstalt für
Materialforschung mit den Unfallursachenforschung bezüglich der Entgleisung des IC 518 beauftragt.
Im Rahmen des Untersuchungsauftrages sollen Fragen zur Unfallursache, Fragen zu Werkstoff- oder Fertigungsmängel, festgestellte Mängel am Fahrzeug, Einhaltung der Normvorschriften und Fragen zu eventuellen Wartungsmängel beantwortet werden.
Sollten weitere Untersuchungen erforderlich sein, bitten wir Sie uns hierüber in Kenntnis zu setzen, was von Ihrer Seite als noch erforderlich erachtet wird.
Als Anhang fügen wir Ihnen zur Kenntnis noch die Auskünfte der DB Netz und den Ermittlungsbericht der Bundespolizei vom Unfalltag bei.“
BAM-Einschränkung: Das Drehgestell der gebrochenen Radsatzwelle wurde am 2008-07-15 vom Fahrzeug Tz 310, Wagenkasten 403 710-7 getrennt. Die BAM konnte das Fahrzeug daher nicht in Augenschein nehmen. Einflüsse des Fahrzeugs auf das Drehgestell mit der gebrochenen Radsatzwelle konnten nicht untersucht werden.
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Folie 3Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Bauteiluntersuchungen• Drehgestell, Federn, Dämpfer, Lenker, Bremsen, Motorträger, Motor, Getriebe,
Drehmomentstütze, Kupplung, Achslager:• Am Drehgestell wurden alle Bauteile, die Einfluss auf die in den Radsatzwellen
wirkenden Vertikal-, Längs-, und Querkräfte gehabt hatten, visuell untersucht: Bruch, Verformung oder Fehlfunktion wurden nicht festgestellt. Alle Schäden wurden als Sekundärschäden, die nach dem (Durch-)Bruch der RSW entstanden sind, eingestuft.
Der Bruch der RSW hat daher vermutlich keine an den hier vorliegenden Bauteilen feststellbare äußere Ursache. Lasten aus dem Wagenkasten oder der Motorregelung konnten hier nicht überprüft werden.
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Folie 4Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Werkstoffuntersuchungen
• Zerteilung des gebrochenen Treibradsatzes (TRS)• Abpressen der Radscheibe auf Seite B• Auswertung Regelwerk • Mechanisch-technologischen Prüfungen
• Zugversuche• Kerbschlagbiegeversuche
• Chemische Analyse
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Folie 5Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Bestandsaufnahme• Einbaulage des gebrochenen TRS
RSW Seite A, langes Bruchstück mit Getriebe, Bruchfläche FA
Bruchfläche Seite B: FB (kurzes Bruchstück)
403 510
2. Klasse
403 610
2. Klasse
403 810
2. Klasse
403 710
2. Klasse
Fahrtrichtung
BrückeHauptbahnhof
Köln
(Skizze von DB AG)
(Pressefoto)
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Folie 6Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Seite A Seite B
RadscheibeRadscheibe
Getriebe Welle BruchstelleFreier Sitz
Aufbau und Anlieferungszustand des TRS
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Folie 7Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Zerteilung des TRS
Brennschneiden der Welle
Abtrennen des Lagersitzes Seite A Abpressen des Wellenstumpfes aus
der Radscheibe Seite B
Seite A
Seite A
Seite B
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Folie 8Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Abpressen des Wellenstumpfs, Seite BAufbau in der 4 MN-Prüfmaschine(4MN entspricht der Gewichtskraft von 400 t)Abpressen nach Vorschriften
• UIC 813 • Arbeitsanweisung 2310.0059Aufpressen mit mind. 630 kNAbpressen mit 1,2fache: mind. 670 kN
0
250
500
750
1000
1250
1500
0 50 100 150 200Kolbenweg in mm
Kra
ft in
kN
Fmax: 1237 kN
BAM: Abpressen ohne hydraulisches Aufweiten der Nabe
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Folie 9Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Trennen derTreibradsatzwelle
WellenstumpfLagersitz Radsitz Getriebesitz Freier Sitz
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Folie 10Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Lage des Bruches in der Mulde zwischen freiem Sitz und Radscheibensitz B
Wellendurchmesser: Sollmaße hier ohne Toleranzangabe
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Folie 11Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Verweise auf Regelwerke• Baujahr der TRSW 2660419 war 2000• nach: „Technische Spezifikation/Liefervorschrift für Radsätze ICE 3“ März 1997
von Fa. AEG/Adtranz• dort Verweise bei den Werkstofffestlegungen auf weitere Unterlagen/Regelwerke
Auszug aus „Techn. Spezifikation/Liefervorschrift für Radsätze ICE 3“ 03/97, Bl.6
Festigkeit, Duktilität, Zähigkeit
ChemieReinheitsgrad
in TL256 und EN13261 ist das Abschnitt 3.4 (!)
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Folie 12Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Regelwerk: Festigkeit, Duktilität, Zähigkeit
• Verweis auf EN 10083-1 mit Angabe einer Spanne der Zugfestigkeit• EN 10083-1:1996 Vergütungsstähle, Technische Lieferbedingungen für Edelstähle • Nachfolger ist EN 10083-1: 2006 bzw. -3:2007
KV ≥ 45KV ≥ 45
≥ 55≥ 55
≥ 12≥ 13
900…1100800…950
≥ 700≥ 600
EN 10083-1:1996 für 100mm < d < 160 mmfür 160 mm < d < 250 mm
900…1050Vorgaben in der „Techn. Spezifikation/Liefervorschrift für Radsätze ICE 3“ 03/97
K in JZ in %A in %Rm in MPaReH in MPa
„In Anlehnung an EN 10083-1“
Die Vorgaben für den 34CrNiMo6 sind aus der EN 10083-1 ableitbar.
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Folie 13Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Bahn-Regelwerke: Chemische Zusammensetzung und Reinheitsgrad
• Verweis auf CEN-Normenentwurf TL256/SC2/WG11, hier 1997
Spezifische Werkstoffangaben A1 = C35A2 = 22MnCrV5A3 = C45A4 = 25CrMo4A5 = 42CrMo4
UIC 811 Tech. Lieferbedingungen Radsatzwellen für neuzubauende Triebfahrzeuge und Wagen UIC811-1:1987 (4. Ausgabe), gültig bis 1.8.2006, „empfehlend für Triebfahrzeuge“UIC811-2:1988 (1. Ausgabe), 2. Ausgabe 2004für Lieferungen an DB: zusätzlich: TL 918 275:1996 Tech. Lieferbedingungen Radsatzwellen für Triebfahrzeuge und Wagen
Werkstoffneutrale Angaben zu Chemie, Gefüge, Festigkeit, Zähigkeit,…undwerkstoffspezifische Angaben für die Werkstoffe EA1T und EA4T im Anhang A (normativ)
CEN-Normenentwurf TL256/SC2/WG11:1997 E_EN 13261:1998 EN 13261:2006-01 (aktuell)E_EN 13261:2006-11(zum großen Teil identische Zahlenangaben)
WerkstoffanforderungenRegelwerk
Der 34CrNiMo6 ist nicht direkt im Bahn-Regelwerk genannt, kann daher nur über die allgemeinen Vorgaben in der Werkstoffnorm EN 10083-1 definiert werden.
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Folie 14Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Mechanisch-technologische Prüfungen (MTP):Probenahme 1
Probenahmeaus dem Bereich des freien Lagersitzes nahe Bruchfläche FA
Proben für Zugversuche, für Kerbschlagbiegeversuche und für die chem. Analyse
Bruchfläche: FA
Scheibe fürMetallographie: SQ
„Scheibe“ für Probender MTP: SM
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Folie 15Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Mechanisch-technologische Prüfungen:Probenahme 2
nach verschiedenen Normen• E_EN 13261:1998 Radsatzwellen, Produktanforderungen, mit
Angaben zu MTP • EN 10083-1:1996 Vergütungsstähle, Technische
Lieferbedingungen für Edelstähle
ISO-U-ProbenAnzahl: 9+9 , längs und querLage: zwischen Ri und Ra
ISO-V-Proben Anzahl: 3 , längsLage: randnah mit 12,5 mm Abstand
Kerbschlag-proben
Probe für chem. Analyse
mind. 10 mmAnzahl: 3Lage: zwischen Ri und Ra
Anzahl: 1Lage: randnah mit 12,5 mm Abstand
Zugproben
EN 13261EN 10083-1
keine besonderen Vorgaben
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Folie 16Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Mechanisch-technologische Prüfungen:Zugversuche und Kerbschlagbiegeversuche
KV = 109
KU längs = 56 / 57 / 54quer = 49 / 50 / 44
6717...30982889Prüfergebnisse (Mittelwerte bzw. Bereich)
Ist
KV ≥ 45KV ≥ 45
≥ 55≥ 55
≥ 12≥ 13
900…1100800…950
≥ 700≥ 600
EN 10083-1:1996 für 100mm < d < 160 mmfür 160 mm < d < 250 mm
900…1050Vorgaben in der „Techn. Spezifikation/Liefervorschrift für Radsätze ICE 3“ 03/97
Soll
K in JZ in %
A in %Rm in MPaReH in MPa
„In Anlehnung an EN 10083-1“
Die Forderungen hinsichtlich Festigkeit, Duktilität und Kerbschlagarbeit werden erfüllt.
Vergleich der Prüfergebnisse mit den Werkstoffanforderungen
EN 10083-1:1996 Vergütungsstähle, Technische Lieferbedingungen für Edelstähle
Auße
nM
itte
Inne
n
Auße
n+In
nen
Mitt
e
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Folie 17Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Zusätzliche Werkstoffuntersuchungen• Entnahme und Prüfung von ISO-V-
Proben aus „Scheibe“ SM, jeweils „hinter“ dem Bereich des Rissstarts und dem gegenüber liegenden Bereich von FA
• Längsproben mit tangentialer Kerblage (Rissfortschritt radial)
• Ein Einfluss der Probenlage auf die Kerbschlagarbeit ist nicht erkennbar.
109 J
Zum Vergleich:randnahe ISO-V-Proben nach EN 10038-1 mit radialer Kerblage
109 JIm gegenüber liegenden Bereich
110 JIm RissstartbereichMittelwertProbenlage
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Folie 18Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Chemische Analyse
0,06-0,04V
0,30-0,05Cu
--0,004Al
0,30 (EA4T: 0,3)1,30 bis 1,701,41Ni
0,08 (EA4T: 0,15…0,3)0,15 bis 0,300,18Mo
0,30 (EA4T: 0,9…1,2)1,30 bis 1,701,57Cr
0,015≤ 0,0350,005S
0,020 (0,025 kann vereinbart werden)≤ 0,0350,012P
1,200,50 bis 0,800,58Mn
0,50≤ 0,400,17Si
0,400,30 bis 0,380,40C
Sollwert Maximum in %Sollwert in %Istwert in %Elemente
„Techn. Spezifikation/Liefervorschrift für Radsätze ICE 3“1997-03: Verweis auf: CENTL256SC2WG11:1997 (allgemeine Angaben, die speziellen Vorgaben für
EA1T und EA4T weichen z.T. davon ab)
EN 10083-1:1996für 34CrNiMo6
MessergebnisseBAM
Die Anforderungen der EN 10083-1:1996 für 34CrNiMo6 werden erfüllt. Die Angaben in der „Techn. Spezifikation/Liefervorschrift für Radsätze ICE 3“:1997-03 sind für die Treibradsatz-welle widersprüchlich. Daher kann der hier vorliegende Stahl diese nicht alle erfüllen.
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Folie 19Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Werkstoffuntersuchungen• Präparation • Bruchflächenuntersuchung (Fraktographie)• Gefügeuntersuchung (Metallographie)• Oberflächenanalyse
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Folie 20Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Fraktographische Untersuchungen
• Zuordnung der beiden Bruchflächen zueinander• Ermittlung der Bruchart (z.B. Gewaltbruch oder
Schwingbruch)• Ermittlung der Lage des Rissstartbereichs• Beschreibung des Bruchablaufs
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Folie 21Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Fraktographie• Abtrennen der beiden Bruchflächen
Bruchfläche FA Bruchfläche FB
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Folie 22Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
FA• Einzeichnen der
Rastlinien und anderer Merkmale
• Rissstart-Bereich ist extrapoliert aus Rastlinienmuster, Ortsbestimmung auf ca. 1 cm
sichtbare Rastlinie
vermuteter Verlauf
Rissstart
max
. WS
FA
min
. WS
FA
„Locke“
Restbruchbereich?
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Folie 23Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
FB• Einzeichnen der
Rastlinien und anderer Merkmale
sichtbare Rastlinie
vermuteter Verlauf
min
. WS
FB
max
. WS
FB
„Kerbe“
Restbruchbereich?
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Folie 24Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Schwingriss• Makroskopisch wurden
Rastlinien und elektronenmikroskopisch Schwingstreifen nachgewiesen => Nachweis Schwingriss
Rissstart
20 mm
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 25Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
„Kerbe“
FB• Details „Kerbe“
vollständig verriebenGewaltbruch nachgewiesen5 mm
Rissstart
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 26Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Restgewaltbruch FB
vollständig verriebenduktiler Gewaltbruch
„Kerbe“
REM: Gewaltbruch
10 mm
50 μm
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 27Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Zuordnung• Bild von FA mit
Mustern FA (gelbe Linien) überlagert mit gespiegelten Mustern von FB (grüne Linien)
„Locke“/“Kerbe“
Restbruchbereich
min.
WS
FB
max
. WS
FB
max
. WS
FA
min
. WS
FA
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 28Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Zuordnung
54,2 mm
55,3 mm
Rissstart
„Kerbe“/“Locke“
Restbruchbereich
min. W
S FB
max. W
S FB
• Bild FB mit Mustern FB (grüne Linien) überlagert mit gespiegelten Mustern von FA (gelbe Linien)
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Folie 29Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Restgewaltbruchbereiche FA + FB• Korrespondenz
von „Locke“ und „Kerbe“ FA
FB„Kerbe“
„Locke“
1 cm
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 30Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Rissstartbereiche FA + FB• Zuordnung der
Rissstart-Bereiche von FA und FB nach Ausrichtung von „Locke“ und „Kerbe“, Blick auf die Bruchkanten
FA
FB
1 cm
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 31Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Details FA• Rissstartbereich und
Restbruchbereich• Beide Bereiche sind
sekundär sehr stark verformt, Original-Rissflächen nicht mehr vorhanden.
Rissstart
Restbruchbereich
1 cm
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 32Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Details FB• Rissstartbereich und
Restbruchbereich• Sehr starke
Umformungen in beiden Bereichen, Original-Rissflächen nicht mehr vorhanden
Restbruchbereich
Rissstart
2 cm
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 33Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Schema Riss/Bruch• Überlagerung Rastlinien-
Struktur FA mit gespiegelter Struktur FB
• Abschätzung von minimaler und maximaler Größe des Restbruchbereichs
Rissstart
Restbruchbereich
minimal
maximal
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Folie 34Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Einordnung Bruchmechanismus
Quelle: Lange: Technische Schadensfälle
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 35Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
FraktographieMechanismus, Abfolge• Schwingriss ausgehend lokal
von einer Stelle, phasenweise asymmetrischer Fortschritt
• Im Vergleich zum Schwingriss kleiner Restgewaltbruchbereich
• Verreiben der Rissflächen
Schematische Darstellung
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 36Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Trennplan FA• Trennen für
Fraktographie, Metallographie und CT
Trennschnitt Frakto
Bruchausgang
REM
REM
REM
FA-01FA-02
FA-03
Trennschnitt Metallo
FA-01-01FA-01-02
FA-01-04FA-01-05
FA-01-03
CT
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Folie 37Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
• Trennen für Fraktographie
Trennschnitt
„Kerbe FB“
REM
FB-01
REM
FB-02
Trennplan FB
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 38Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Schnitt durch den Rissstartbereich• Längsschliff an der Bruchkante von FA• => Bruchkante stark plastisch umgeformt
ursprüngliche Form des Korbbogens (abgeschätzt)
-t
a
-r
a
r
Volumenmodell der CT-Untersuchung des Rissstartbereiches
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Folie 39Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
• Längsschliff Bruchkante FAOberflächennahe Bereiche sind rekristallisiert
Grundgefüge
rekristallisiert
a
r
Verformung der Bruchfläche
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 40Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Strukturen auf FA• Details der
Bruchfläche FA• zusätzliches
Linienmuster in diesem Bereich der Bruchfläche
Schwingriss
verrieben
verrieben
Linienmuster
verrieben
1 cm
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 41Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Sekundäres LinienmusterReihenfolge aus
Überlagerung der Muster:
• Primär: Schwingriss
• Sekundär: Linienmuster
• Tertiär: Verreibung
Schwingriss
verrieben
Bereich mit Linienmustern
verri
eben
verriebenSchwingriss
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 42Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Sekundäres Linienmuster• Linienabstände
der Sekundärmuster wachsen von innen nach außen (siehe Pfeil)
• mindestens 80 Linien erkennbar
verriebenSchwingriss
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 43Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Sekundäres Linienmuster• Detail Sekundärlinienmuster• Hauptlinien haben Feinstruktur, bisher keine Deutung
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 44Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Sekundäres Linienmuster• Randbereiche der Sekundärlinienmuster
Schwingriss
Schwingriss
Linienmuster
Linienmuster
verrieben
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 45Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Deutung Sekundärlinienmuster• Die Kanten der Bereiche mit
Sekundär-Linienmuster beschreiben offenbar konzentrische Kreisbögen (s. Pfeile) mit gedachtem Mittelpunkt an der „Kerbe“/ „Locke“, also um den Restgewaltbruchbereich.
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 46Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Deutung SekundärlinienmusterMechanismus (Hypothese)• Entstehung der
Sekundärlinienmuster kurz vor dem endgültigen Durchriss der Welle durch Verdrehen der beiden Bruchhälften gegeneinander.
• Auswandern des Gegenstücks FB um den Restquerschnitt bei der Kerbe/Locke als Drehpunkt in einer klar erkennbaren Richtung, dann Durchriss der Welle.
• Grobe Abschätzung der Fahrstrecke während der Erzeugung des Musters: Raddurchmesser 920 mm, ca. 80 Streifen => ca. 231 m Fahrstrecke
Positionen von FB
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 47Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Mechanismus (Hypothese)• RSW Seite A wird vom Motor angetrieben
bzw. gebremst. Dadurch Torsionsmoment in der RSW
• Belastung der bereits tief angerissenen RSW durch Torsionsmoment führt zu Relativbewegung zwischen FA und FB und plastischer Verformung am Restquerschnitt („Locke“/“Kerbe“).=> Sekundäres Linienmuster
• Aus der Richtung des Auswanderns (Sekundären Linienmuster) wird auf die Richtung des Torsionsmoments geschlossen
403 510
2. Klasse
403 610
2. Klasse
403 810
2. Klasse
403 710
2. Klasse
FA
Ausfahrt Köln Hbf.Einfahrt Köln Hbf.
Ablauf Wellenbruch
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 48Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
• Mögliche Betriebszustände für ein Torsionsmoment in der erkannten Richtung durch :A) Beschleunigen Steuerwagen 010 führend (in Richtung Köln Hbf.)
oder B) Bremsen Steuerwagen 510 führend (aus Köln Hbf heraus)
oderC) enger Linksbogen Steuerwagen 510 führend (aus Köln Hbf heraus)D) enger Rechtsbogen Steuerwagen 010 führend (in Richtung Köln Hbf.)
• Bezogen auf Köln Hbf mit Hohenzollernbrücke• Linienmuster durch mehr als 230m gleichförmiger Betriebszustand =>
Betriebszustand C (aus Köln Hbf heraus bis Brücke) scheidet als Bruchzeitpunkt aus, da der Zug hier bereits mehr als 200m entgleist gefahren war.
• Die tertiär entstandenen Verreibungen auf FA/FB können auf wenigen Metern Bremsweg nicht entstehen => Betriebszustände B und C scheiden in Köln aus
• Aufschieferungen Drehgestell => B, C, D scheiden wegen zu geringer Fahrstrecke aus• FAZIT: Betriebszustand A) bleibt übrig => Wellenbruch spätestens beim letzten
Beschleunigungsvorgang in Fahrtrichtung Köln
403 510
2. Klasse
403 610
2. Klasse
403 810
2. Klasse
403 710
2. Klasse
Ausfahrt Köln Hbf.Einfahrt Köln Hbf.
ZeitpunktWellenbruch
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 49Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Ergebnisse Fraktographie• Aufgrund des Fahrbetriebs des Zuges mit gebrochener Welle sind beide
Bruchflächen stark verrieben und die Bruchkanten umgeformt• Eindeutige Zuordnung der Bruchflächen möglich durch die Merkmale
• Rastlinienmuster• Außermittigkeit der Bohrung• Passung „Locke“/“Kerbe“• und Makrogefüge (Dendritenstruktur)
• Schwingbruch und Restgewaltbruch elektronenmikroskopisch nachgewiesen• Bruchart: Schwingbruch durch Umlaufbiegebelastung der Radsatzwelle, Rissstart
an einer Stelle oder in einem kleinen Bereich • Rissstartbereich weder auf den Bruchflächen FA und FB noch auf der Oberfläche
der Mulde auswertbar• Anteil des Restgewaltbruchs nicht genau ermittelbar• Sekundär-Linienmuster geben Hinweise auf Restbruchablauf und Fahrtrichtung des
Zuges beim Bruch der Welle. Der Bruch der Welle muss spätestens beim letzten Beschleunigungsvorgang in Richtung Köln und vor der Einfahrt nach Köln Hbf. eingetreten sein.
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 50Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Metallographische Untersuchungen
• Makrogefüge• Härte• Mikrogefüge• Korngröße• Reinheitsgrad• Oberflächengüte
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 51Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
• Rastlinienmuster auf Baumannabdruck SQ
• Bild von Fotopapier gescannt und nachkontrastiert
• Ergebnis: nach Anlage zu UIC 811-1 (Album der Grenzmakroschliffbilder) in Ordnung
Baumannabdruck
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 52Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
• Makroschliff SQ (von FA abgewandte Seite, Bild gespiegelt) mit überlagertem Rastlinienmuster der Bruchflächen
• Ergebnis: auffällige grobe Dendriten, besonders auf der Seite des Rissstartbereichs
Dendritenstruktur
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 53Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Dendritenstruktur• Makroschliff SQB (von
Bruchfläche FB abgewandte Seite) mit überlagertem Rastlinienmuster der Bruchflächen
• Ergebnis: ebenfalls auffällige grobe Dendriten, besonders im Rissstartbereich
• Makroschliffe SQ und SQB sehr ähnlich, d.h. das gefundene Muster muss auch im axial dazwischen liegenden Rissstartbereich vorhanden sein.
• Zur Bewertung wurden zusätzliche MTP vorgenommen.
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 54Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Härte• Härtemessungen an
polierter Scheibe SQB, der Bruchfläche FB zugewandt
• Methoden: HV10 und HRC an jeweils 3 Messreihen unter 120 Grad Winkel
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 55Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
0
50
100
150
200
250
300
350
0 10 20 30 40 50 60
Entfernung zum Außenrand in mm
Här
te in
HV1
0
Reihe 3 BruchausgangReihe 4Reihe 5
Härte• Ergebnis:
keine Unterschiede erkennbar zwischen Rissstartbereich und den gegenüber liegenden Bereichen
• Bewertung: Gleichmäßige Durchhärtung des Bauteils
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40 50 60
Entfernung zum Außenrand in mm
Här
te in
HR
C
Reihe 6, BruchausgangReihe 7Reihe 8
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 56Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Definitionen• Definition
Schliffebenen
Querschliff
Längsschliff
Flachschliff
r
t
• Definition Koordinatensystem (Blick auf Bruchfläche FA)
a: axial zur Weller: radial zur Wellenachse (Null in Wellenmitte)t: tangential
a
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 57Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Trennplan• Trennen SQ(A) für
metallographische Mikrostruktur-Untersuchungen
Trennschnitt
L
F
Q Querschliff
Längsschliff
Flachschliff
Härtemessung
Bruchausgang
L
L
Q
Q
SQ-01
SQ-02
SQ-01-01
L
L
LF
Q
Q
SQ-01-02
SQ-01-03
SQ-01-04
SQ-01-05 SQ-01-06
SQ-02-06
SQ-02-03
SQ-02-05
SQ-02-01
SQ-02-04
SQ-02-02
F
L
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 58Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Abnahmeprüfzeugnis RSW-Hersteller• u. a. Bescheinigung von Werkstoffparametern
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 59Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Beispiele Mikrogefüge• Ergebnis: Vergütungsgefüge mit Zwischenstufe (Bainit)• Übereinstimmung mit Abnahmeprüfzeugnis PSW
Querschliff Flachschliff
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 60Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Korngröße• Forderung: nach CEN-Normenentwurf TL256/SC2/WG11:1997, Körner kleiner
Größenklasse 5 (62 μm)• Bestimmung der Größe des ehemaligen Austenitkorns, Sichtbarmachen der
Korngrenzen durch Ätzung nach Bechet-Beaujard• Ergebnis: Größenklasse 6/7 (30 μm) • Bewertung: Korngröße in Ordnung
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 61Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Reinheitsgrad: Anforderungen, Methode• Forderung: nach CEN-Normenentwurf TL256/SC2/WG11:1997, Abschnitt 3.4.
Tabelle 5 in 3.4.1.1 ist identisch mit derjenigen in EN13261:1998.• Reinheitsgrad Kategorie „1“ ist zu wählen nach TL256 bzw. EN 13261 Absatz 1, wenn die
Betriebsgeschwindigkeit über 200 km/h liegt (vergl. PSW-Abnahme-Prüfzeugnis). • Auswertung Einschlüsse nach Richtreihen in ISO 4967:1998 (E) Methode A Ausgewertete
Fläche pro Probe ca. 200 mm², • Bewertung nur der dicken Serie, Einschlüsse der dünnen Serie bleiben unberücksichtigt
A: Sulfid-Typ B: Alu- Typ C: Silicat-Typ D/DS: Typ globulare Oxide
Einzelwerte, dicke Serie, maximal Summe B+C+D Zulässige Werte nach Entwurf CEN TL 256… Kategorie 1
A ≤ 1 Länge < 261 µm
B ≤ 1 Länge < 184 µm
C ≤ 1 Länge < 176 µm
D/DS ≤ 1 D: Anzahl < 9 DS: Durchmesser < 27 µm
B+C+D ≤ 2
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 62Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Beispiel Einschluss• Längsschliff Nähe Bruchkante FA: Einschluss Silikattyp C,
Teilchen nicht unterbrochen• Bewertung: unzulässig
(Lage schematisch)
a
r
Länge ca. 550 µmBreite ca. 30 µmC 2,5e + Überbreite
-t
a
-r
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 63Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Beispiele Einschlüsse• Längsschliff Bruchkante FA: Einschlüsse
(Lagen schematisch)
100 μm 100 μm
a
r
a
r
Länge ca. 275 µmBreite ca. 58 µm
Länge ca. 350 µmBreite ca. 30 µm
beide Einschlüsse:Länge und Überbreite unzulässig
-t
a
-r
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 64Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Beispiele Einschlüsse• Längsschliff Bruchkante FA: Einschlüsse
EDX Flächenmessung über die Partikel:Al, O, Mg
5 μm
a
a
r
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 65Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Untersuchung Rissstartbereich• Volumenmäßige zerstörungsfreie Erfassung der Probe
FA-01-02 mit Mikro-Computertomographie (CT)• Diese Probe enthält mutmaßlich den Rissstartbereich,
der jedoch nach dem Bruch der Welle stark verformt wurde.
FA-01-02
1 cm
FA-01-02
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 66Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
CT an FA-01-02• Beim Sichten der Daten Anzeigen
A1, A2 und A3 gefunden, evtl. Einschlüsse?
• Anzeigen im Bereich des Rissstarts wurden nicht gefunden
A2
A3
A1
Ausdehnung der Anzeigen ca.A1: 698 x 133 x 33 µmA2: 930 x 133 x 33 µmA3: 399 x 100 x 33 µm
(a x r x t)-t
a
-r
-t
a
-t
a
CT-Schnittebene in r
5 mm
CT-Schnittebene in r
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 67Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Zielpräparation CT-Anzeige• Metallographische Zielpräparation der Anzeige A1
A1
-t
a
-r
Schliffebene Querschliff
Lage A1 projiziert auf die Außenflächen
t = 1,4 mm
a = 4,0 mm
r = 2,5 mm
-t
a1 cm
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 68Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Zielpräparation CT-Anzeige• Anzeige A1 ist tatsächlich ein Einschluss. Position und
Größe entsprechen der Anzeige aus der CT-Messung.• Weitere Einschlüsse bis ca. 40 µm Größe erkennbar -t
a
-r
Querschnitt auf der Ebene der beiden „kurzen“ Achsen des Einschlusses. Ausdehnung senkrecht zu Bildebene ~700 μm!
-t
-r
Querschliff
äußere Oberfläche
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 69Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Zielpräparation Einschluss• Chemische Analyse (EDX-Messung) an Einschluss A1 (Querschliff)• Ergebnis: Morphologie ähnlich Silikattyp, Mischoxide und
Mangansulfid• Bewertung: Schlackereste oder Ofenausmauerung?
5: S, Ca, Al, Mn, O
6: Al, O, (Ca)
1: Al, O, Ca, Si
3: Al, O
10 μm-t
-r
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 70Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Reinheitsgrad nach ISO 4967:1998 (E) Methode A
bruc
hnah
bruc
hfer
n
A: Sulfid-Typ B: Alu- Typ C: Silicat-Typ D/DS: Typ globulare Oxide
Einzelwerte, dicke Serie, maximal Summe B+C+D Zulässige Werte nach Entwurf CEN TL 256… Kategorie 1
A ≤ 1 Länge < 261 µm
B ≤ 1 Länge < 184 µm
C ≤ 1 Länge < 176 µm
D/DS ≤ 1 D: Anzahl < 9 DS: Durchmesser < 27 µm
B+C+D ≤ 2
Probe Messergebnisse zulässig/unzulässig
FA-01-02 A 1 Länge >127 µm bis ≤ 261 µm Dicke ≥ 2 µm bis ≤ 4 µm
(keine) C 2,5e Länge ≥510 bis <746 µm Dicke > 5 µm bis ≤ 12 µm
D 0,5e 1 bis 3 Einschlüsse im Messfeld Dicke ≥ 8 µm bis ≤ 13 µm
3
SQ(A)-01-03 A 1 e Länge >127 µm bis ≤ 261 µm Dicke ≥ 4 µm bis ≤12 µm
(keine) C 0,5 Länge >18 µm bis ≤ 76 Dicke ≥ 2 µm bis ≤ 5 µm
DS 2 einzelner Einschluss Ø > 38 bis ≤ 53 µm
2
SQ(A)-02-03 A 1 e Länge >127 µm bis ≤ 261 µm Dicke ≥ 4 µm bis ≤12 µm
(keine) C 0,5 Länge 18 µm bis ≤ 76 Dicke ≥ 2 µm bis ≤ 5 µm
DS 2 einzelner Einschluss Ø > 38 bis ≤ 53 µm
2
SME-01-03 A 1 Länge >127 µm bis ≤261 µm Dicke ≥ 2 µm bis ≤4 µm
(keine) C 0,5 Länge 18 µm bis ≤ 76 Dicke ≥ 2 µm bis ≤ 5 µm
D 0,5 e 1 bis 3 Einschlüsse im Messfeld Dicke ≥ 8 µm bis ≤ 13 µm
0,5
SAE-01-03 A 1 Länge >127 µm bis ≤261 µm Dicke ≥ 2 µm bis ≤4 µm
(keine) C 0,5 e Länge 18 µm bis ≤ 76 Dicke > 5 µm bis ≤12 µm
DS 1,5 einzelner Einschluss Ø > 27 bis ≤ 38 µm
2
Mittels CT-Messung in FA-01-02 Einschlüsse Kategorie B/C mit Längen bis ca. 930 µm gefunden!
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 71Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Oberflächenqualität Mulde
a
t
a
t
• Oberflächenungänzen auf der Oberfläche (Mulde) FB• REM-Untersuchung nach Abbeizen der Schutzschicht• Ergebnis: Oberflächenungänzen gefunden, mit REM-EDX
Einschluss-typische Elemente nicht nachgewiesen
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 72Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Einschlüsse in Oberfläche• Oberflächenungänzen auf der Oberfläche (Mulde) FB• REM-Untersuchung nach Abbeizen der Schutzschicht• Ergebnis: Aluminiumoxid-Einschluss
a
t
EDX Messung:Al, O
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 73Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Ergebnisse Reinheitsgrad• Metallographisch wurden an nach Norm genommenen Schliffen Einschlüsse
unzulässiger Größe nachgewiesen• Mittels CT wurden weitere Anzeigen gefunden, die unzulässig große Einschlüsse sein
könnten. Eine von diesen wurde mittels metallographischer Zielpräparation als Einschluss unzulässiger Größe identifiziert.
• Im untersuchten Bereich von wenigen Quadratzentimetern der Oberfläche im Bereich der Mulde wurde ein nichtmetallischer Einschluss eindeutig identifiziert.
• Bewertung: Anforderungen an den Reinheitsgrad sind in der Nähe der Bruchflächen FA und FB (bruchnah) nicht erfüllt.
• Die durchgeführten metallographischen Untersuchungen legen nahe, dass der Reinheitsgrad in axialer Richtung weit entfernt (bruchfern) von den Bruchflächen besser ist als dort.
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 74Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Ergebnisse Metallographie• Baumannabdruck in Ordnung• Makroschliff: Dendriten ungewöhnlich groß und auf einer Seite radial gerichtet;
Bruchausgangsstelle fällt mit solchen großen Dendriten zusammen• Ein Einfluss der Struktur mit großen Dendriten auf die Kerbschlagarbeit wurde nicht
gefunden (s. MTP, zusätzliche Prüfungen ISO-V).• Härtewerte in Ordnung• Vergütungsgefüge in Ordnung• Korngröße in Ordnung• Reinheitsgrad bruchnah nicht in Ordnung
• Der Nachweis einer rissursächlichen Inhomogenität an der Rissstartstelle ist auf Grund der starken Beschädigungen im Bereich des Bruchs nicht möglich.
• Einschlüsse, wie sie in der Nähe der Rissstartstelle nachgewiesen wurden, könnten als Rissstarter fungiert haben.
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 75Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Ergebnisse: Geometrie und Oberfläche der Mulde• Geometrie
• Die nach Zeichnung in der Mulde geforderten Durchmesser, Radien und Radienübergänge werden eingehalten.
• Oberfläche in der Mulde • Die nach Zeichnung geforderte Oberflächenrauheit wird in den untersuchten
Bereichen ohne Sekundärschäden eingehalten.• Im mittels REM untersuchten Bereich von wenigen Quadratzentimetern der
Oberfläche wurde ein nichtmetallischer Einschluss eindeutig identifiziert.• An anderen Stellen wurden Ungänzen gefunden, die möglicherweise geöffnete
Hohlräume nichtmetallischer Einschlüsse, Bearbeitungsspuren oder Kratzer sind.• Fazit:
• Die Ungänzen der Oberfläche sind deutlich größer als die geforderte und auch vorliegende Rauheit.
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 76Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Zerstörungsfreie Prüfungen in der BAM• teilmechanisierte Ultraschall-Hohlwellenprüfung an den beiden
Bruchstücken der RSW: kein Befund!• Ultraschall-Handprüfung auf Parallelrisse neben dem Bruch: kein Befund!• Magnetpulverprüfung in der Mulde auf Parallelrisse neben dem Bruch:
kein Befund!
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 77Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Hypothese: Schadensursachen für Bruch der RSWSchadensursächlich war wahrscheinlich eine UND-Kombination folgender Faktoren:• Gießbedingt liegen nichtmetallische Einschlüsse inhomogen verteilt vor.• Beim Schmieden wurden diese Einschlüsse nicht eingeformt =>
es verbleiben unzulässig breite und lange Einschlüsse im Bereich der Mulde neben Radsitz B, Ausrichtung axial
• Bei der metallographischen Bestimmung des Reinheitsgrads im Schmiedewerk wurden nichtmetallische Einschlüsse unzulässiger Größe nicht gefunden. Die Probe lag außerhalb der hier vorliegenden RSW und möglicherweise außerhalb des Bereichs mit unzulässig großen Einschlüssen.
• Nichtmetallische Einschlüsse wurden vermutlich weder bei der US-Prüfung im Schmiedewerk noch bei der US-Prüfung auf Querfehler beim Radsatzhersteller erkannt.
• vermutlich konstruktiv oder/und betriebsbedingt in der Mulde hinsichtlich Betriebs-/Schwingfestigkeit hoch ausgenutzte Welle
• hohe Betriebs-Lastspielzahl • unzulässig große Einschlüsse auch dicht unter und an der Oberfläche der polierten Mulde
stellen Kerben dar => Schwingrissinitiierung in einem hoch ausgenutzten Querschnitt • Aufgrund der Kerbempfindlichkeit dieses hochfesten Stahls war der Rissfortschritt größer
als bei anderen bekannten Radsatzwellen-Werkstoffen• Schwingriss wurde nicht rechtzeitig erkannt: US-Hohlwellenprüfung war nicht sensibel
genug oder das Inspektionsintervall zu lang
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 78Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Indikatoren für den Restgewaltbruch vor Köln
1. HOA-, FBOA-Ergebnisse
2. zweistufige Aufschieferungen und Materialverschmierung am
Drehgestell 2L und 2R, entstanden bei Fahrtrichtung nach Köln
3. Geräuschwahrnehmungen der Fahrgäste und DB-Personal
4. mechanisch und thermische Überlastung der Kupplung 2,
vergleichende Thermogravimetrie am Dämpfungsring
5. Verreibungen mit Aufschmelzungen der Schwingbruchfläche
6. Fahrtrichtung, die aus dem sekundären Linienmuster auf
Bruchfläche FA ableitbar ist
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 79Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Stadien des mutmaßlichen SchadensablaufsBetriebsbeginn im Tz ICE0334 Wg. 403034-2 als Radsatz 3 [0 km] ~11.2001Rissinitiierung an einem nichtmetallischen Einschluss (~µm): Wann?
Rissfortschritt~0,5 mm Risstiefe, was dem technischen Anriss entspricht Wann?
RissfortschrittÜberschreitung der Nachweisgrenze der Ultraschall- Hohlwellenprüfung Wann?Ultraschallprüfung ~150 Tkm vor dem Restgewaltbruch
[Laufleistung ~2,85 Mio km] 27.3.2008 Überschreitung der Nachweisgrenze der Ultraschall- Hohlwellenprüfung Wann?
RissfortschrittSichtprüfung 2 Tage vor dem Restgewaltbruch 7.7.2008
RissfortschrittRestgewaltbruch (Durchbruch) der RSW vor Köln 9.7.2008=> Sekundärschäden durch Reiben der Bruchflächen FA und FB aufeinander
Entgleisung bei Ausfahrt aus Köln Hbf [~3 Mio km] 9.7.2008=> Tertiärschäden an den Bruchkanten durch wiederholten, schlagartigen Kontakt
bei der Fahrt mit dem entgleisten Radsatz
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 80Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Fragen, weitere Untersuchungen: Werkstoff
große Einschlüsse: Wieviele / Welche RSW können ebenfalls betroffen sein?
• Untersuchung folgender Parameter:• Chargenumfang, Fertigungskette, Probenart und –nahme, angewandte
Prüfverfahren, Nachweisgrenzen der zfP-Verfahren, Rohdaten, Qualitätsdokumentation, Rückverfolgbarkeit, Rückstellproben, Quelle der Normfestlegungen zum Reinheitsgrad
• Experimentelle Untersuchungen:• Einfluss der großen nichtmetallischen Einschlüsse auf die
Schwingfestigkeit bei > 106 Lastspielen für 34CrNiMo6 ermitteln
V.3/566 Schadensanalyse Radsatzwelle ICE-3, Stand 2008-09-22
Folie 81Klinger, Bettge, Häcker Vorab-Präsentation EBA, DB, 2008-09-24
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit