Trouble Shooting: Methoden zum Umgang mit Fehlern an Kunststoffprodukten
IKV-Impulse
Untersuchung zur Betriebsfestigkeit
Problemstellung: Bauteilprüfung zur Untersuchung der Betriebsfestigkeit von Halteklauen
Für den Fahrbetrieb der Wuppertaler Schwebebahn sind sogenannte Halteklauen aus einem 30 % glasfaserverstärktem Polyamid 6 (PA6 GF30) im Einsatz, die die Stromschiene im Verlauf der gesamten Fahrstrecke konstruktiv befestigen. Um die Stromschiene zu umgreifen sind die Halteklauen paarweise angeordnet (Bild 1).
Durch Montagevorgänge sowie den Betrieb der Bahn erfahren die Halteklauen sowohl statische Lasten aufgrund des Eigengewichts der Schiene als auch schwingende Lasten bei Überfahrten der Personenzüge. Zur Gewährleistung der Betriebssicherheit unterschiedlicher Abmusterungen einer neuen Charge werden die Halteklauen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften bei statischer und dynamisch-zyklischer Last charakterisiert. Chargenüberprüfungen sind aufgrund regelmäßiger Wechselintervalle angezeigt.
Analysemethode: Quasistatische Prüfung und Dauerschwingversuche auf Basis von Feldversuchen
Laborversuche (Bild 1) dienen der experimentellen Ermittlung des Kraft/Dehn-Verhaltens und der späteren Korrelation mit statischen Belastungen im Einbauzustand (Feldversuch) sowie der statischen Belastungen in Verbindung mit Montageprozessen, wie beispielsweise Einhängen, Einbiegen einer Kurvenlage oder Hammerschläge (Feldversuch, siehe Bild 2).
Aus weiteren Feldversuchen werden dynamische Belastungen ermittelt, die bei Überfahrten mit Personenzügen herrschen.
Die aus beiden Feldversuchen ermittelten Mittel- und Spitzenlasten fließen als Eingangsparameter für dynamisch-zyklische Dauerschwingversuche im Einbauzustand ein und dienen der Überprüfung der Betriebsfestigkeit.
Ergebnis: Bestätigung der Betriebsfestigkeit unter Laborbedingungen
Basierend aus den in Feldversuchen ermittelten Dehnungsbelastungen anhand von Montage- und Überfahrprozessen können in Korrelation mit den Laborversuchen Mittellasten und Spitzenlasten für den dynamischen Dauerschwingversuch zugeordnet werden. Ausgehend hiervon werden Halteklauen bei im Mittel 2.500 N +/- 700 N dynamisch-zyklisch für bis zu 5 Mio. Lastwechsel belastet.
Alle untersuchten Halteklauen-Paare erreichen, ohne sprunghafte Eigenschaftsveränderungen, die Ziellastspielzahl von 5 Mio. Lastwechseln, woraus sich eine abgeschätzte Betriebsfestigkeit von ca. 12 Jahren ergibt (Bild 3). Da Wechselintervalle im Wartungsplan nach zehn Jahren eingeplant werden, können die Halteklauen gemäß ihrer Bestimmung eingesetzt werden.
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