Die Lebensdauer von Eisenbahnschienen lag bei der ersten deutschen Eisenbahn in der Größenordnung eines Jahrzehnts. Im Jahre 1844 wurden die ersten 30 Schienen (Länge 4,40 m) ausgewechselt; maßgebend war dabei der Verschleiß der Schienen. Seither wurde die Lebensdauer unter Berücksichtigung der wissenschaftlichen Entwicklung im Rahmen der Stufenwirtschaft auf nahezu 6 Jahrzehnte erhöht.

Seit längerer Zeit spielen die an der Fahrfläche bzw. Fahrkante hervorgerufenen Rollkontakt­ermüdungsrisse eine maßgebende Rolle für die Sicherheit des Eisenbahnbetriebes. Anders als bei dem meßbaren Höhen- und Seitenverschleiß können rißgeschädigte Schienen nicht im Gleis belassen werden, bis die Risse ihr zulässiges Betriebsgrenzmaß erreicht haben.

Um die Lebens- bzw. Nutzungsdauer rißgeschädigter Schienen zu bestimmen, müssen die Versuchs- und Berechnungsmethoden der Bruchmechanik in umfassender Weise angewendet werden. Die Aufhärtung des Schienenstahls im Bereich der Fahrfläche ist maßgebend für die Rißbildung durch zyklische plastische Verformung, aber auch für das weitgehend gradlinige Rißwachstum. Die Hypothese von der „hydraulischen Spreng­wirkung“ der im Riß „eingeschlossenen" Flüssigkeit (engl.: „hydraulic pressure“ bzw. „squa­shed balloon mechanism“) sowie die experimentellen Untersuchungen zur koplanaren Rißausbreitung unter gemischter, nichtproportionaler Beanspruchung an Proben aus originalem Schienenstahl sind als wissenschaftliche Fiktionen nicht maßgebend für die Rißausbreitung in Eisenbahnschienen.

Bei Anwendung der Monte-Carlo-Simulation unter möglichst realistischen Annahmen für die bruchmechanisch relevanten Einflußgrößen ergibt sich unter Einschluß der durch Extrapolation geschätzten Rißbildungsphase für eine Schiene S54 eine Lebensdauer von rund drei Jahren und vier Monaten.

Während für den Wechsel vom Head-Checks-Modell zum Querrißmodell eine Rißtiefe von 5 mm auf Grund statistischer Daten angenommen wurde, bedarf dieser Übergang einer genaueren Analyse im Hinblick auf die jeweiligen Rißformen. Als Grenze zwischen dem ökonomisch vertretbaren Reprofilieren und dem Schienenaustausch erfordern die Rißverzweigungen eine eingehende Untersuchung des durch den Eisenbahnbetrieb kaltverformten perlitischen Gefüges.

R e f e r e n t  :

Prof. Dr.-Ing. habil. Karl-Otto Edel

in Zusammenarbeit mit:

Dipl.-Ing. (FH) Ina Bohne
Dr. rer. nat. Christina Niehus
Dr.-Ing. Daniel Sturm
Dr. rer. nat. Frank Pinno

Technische Hochschule Brandenburg

Vita:

Karl-Otto Edel, geb. 1939 in Breslau

• 1959 - 1965: Studium an der Universität Rostock, Fachrichtung Schiffbau, Abschluß: Dipl.-Ing.

• 1965 - 1968: Aspirantur an der Technischen Fakultät der Uni Rostock, Institut für   Festigkeitslehre,

• 1968: Promotion zum Dr.-Ing.: „Der Spannungszustand kreisförmig gelochter Scheibenstreifen mit versteiften Rändern“, (Gutachter: Motzfeld, Stolle)

• 1968-1971: Schiffbau-Versuchsanstalt Berlin-Karlshorst und Potsdam-Marquardt
  
  
• 1971-1975: Ingenieurhochschule Berlin-Wartenberg, Oberassistent für Technische Mechanik

• 1975-1992: Zentrale Prüf- und Entwicklungsstelle  des  Verkehrswesens, Brandenburg-Kirchmöser

• 1987: B-Promotion an der TH Magdeburg: „Untersuchung des Bruchverhaltens von Eisenbahnschienen und -vollrädern“ (Gutachter: Blumenauer, Göldner, Wächter)
  
  
• 1992-2005: Professor für Technische Mechanik, Fachhochschule Brandenburg
  
  
• 2000: Internationales Symposium „Schienenfehler“, Brandenburg, 16.-17.11.2000
  
  
• Seit 2005: „Ruhestand“                                                       

2015: Edel: „Einführung in die bruchmechanische Schadensbeurteilung“, Springer-Verlag

Geplant 2018: Edel, Budnitzki, Schnitzer: „Schienenfehler - Beanspruchung und Bruch von Eisenbahnschienen“, Springer-Verlag.

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