Wo über die Lebensdauer entschieden wird
Ein Eisenbahnrad überträgt das volle Fahrzeuggewicht über eine Kontaktfläche von nur wenigen Quadratzentimetern auf die Schiene. Durch dieselbe kleine Fläche gehen auch die Kräfte aus Anfahren, Bremsen und Bogenfahrt. Die Spannungen in der Lauffläche und unmittelbar darunter sind entsprechend hoch, und sie kehren mit jeder Umdrehung wieder. Die Achse trägt ihre eigene Last: Bei jeder Umdrehung biegt sie sich um einen Bruchteil durch und federt wieder zurück, Mal für Mal, die gesamte Lebensdauer hindurch.
Die Schäden, die daraus entstehen, haben feste Formen. An der Oberfläche verschleißt die Lauffläche. Knapp unter der Oberfläche ermüdet der Werkstoff, sichtbar als Pitting (Grübchenbildung in der Lauffläche) und Spalling (das Ausbrechen kleiner Stücke des Laufflächenmaterials). Wie lange ein Rad oder eine Achse hält, wird deshalb zum größten Teil entschieden, bevor das Bauteil je einen Meter gefahren ist: im Stahl, im Schmiedeprozess und in der Wärmebehandlung.
Schmieden aus vakuumentgastem Stahl
Es beginnt bei der Stahlqualität. Für Räder ist 42CrMo5 eine bewährte Wahl: ein Chrom-Molybdän-Stahl, der sich gut härten lässt und zugleich zäh gehalten werden kann. Mindestens ebenso wichtig ist, was mit der Schmelze geschieht, bevor überhaupt geschmiedet wird. Beim Vakuumentgasen wird der flüssige Stahl unter Vakuum gebracht, damit gelöste Gase, darunter Wasserstoff, entweichen können. Wasserstoff im Stahl kann innere Risse verursachen; entgaster Stahl ist sauberer und damit ein verlässlicherer Ausgangspunkt für ein Bauteil, das auf Ermüdung beansprucht wird.
Das Schmieden selbst leistet den nächsten Teil der Arbeit. Der erwärmte Stahl wird unter hohem Druck in Form gebracht, was den Werkstoff verdichtet und ein durchgehendes, ununterbrochenes Gefüge ergibt. Das ist kein Detail: Ermüdungsrisse gehen in der Regel von einer Fehlstelle im Werkstoff aus, einem Einschluss oder einem Hohlraum. Für ein Bauteil, dessen Spannungen sich mit jeder Umdrehung wiederholen, zählt deshalb jede Fehlstelle, die nicht darin steckt.
Harte Lauffläche, zäher Kern
Nach dem Schmieden folgt die Wärmebehandlung, und sie bestimmt den Charakter des Rades. Das Ziel ist zweifach: eine gleichmäßige Härte über die Lauffläche und ein Kern, der zäh bleibt. Die harte Lauffläche widersteht dem Verschleiß und der Rollkontaktermüdung, die zu Pitting und Spalling führt. Der zähe Kern sorgt dafür, dass das Rad Stöße und Lastspitzen ohne Rissbildung aufnimmt. Beide Eigenschaften zugleich zu erreichen, darum dreht sich die Wärmebehandlung: hart genug an der Oberfläche, um lange zu halten, zäh genug im Inneren, um sicher zu bleiben. Die Gleichmäßigkeit dieser Laufflächenhärte ist dabei selbst ein Qualitätsmerkmal: Ein Rad, das überall gleich hart ist, verhält sich über seinen gesamten Umfang gleich und verschleißt vorhersehbar.
Diese Vorhersehbarkeit wirkt bis in die Instandhaltung hinein. Eine Lauffläche mit Verschleiß oder beginnenden Schäden wird in der Werkstatt auf ein einwandfreies Profil abgedreht, und das kann ein Rad in seinem Leben mehrmals durchlaufen, bis der Mindestdurchmesser erreicht ist. Je gleichmäßiger der Werkstoff, desto besser lässt sich vorhersagen, wie viel je Bearbeitung abgetragen werden muss und wie viel Rad übrig bleibt. Qualität, die beim Schmieden und Härten hineingesteckt wurde, zahlt sich so über die gesamte Nutzungsdauer aus.
Die Normen und was sie abdecken
Für die Eisenbahn ist all dies in Normen festgelegt, jede mit ihrem eigenen Geltungsbereich:
- Eisenbahnräder: EN 13262. Geschmiedete Räder werden nach EN 13262 gefertigt und sind mit Durchmessern von 360 bis 1290 mm in verschiedenen Werkstoffen lieferbar.
- Radreifen: UIC 810-1. Radreifen folgen UIC 810-1 und dienen der Neubereifung und Aufarbeitung von Radsätzen: Die Lauffläche wird erneuert, ohne dass das komplette Rad ersetzt werden muss.
- Achsen: EN 13261. Achsen werden nach EN 13261 geliefert, in verschiedenen Größen und Werkstoffen.
- Komplette Radsätze. Räder und Achsen werden als Baugruppe geliefert: aufeinander abgestimmt, montiert und einbaufertig.
Für den Einkäufer bedeuten diese Normen vor allem Vorhersehbarkeit: Ein Rad oder eine Achse nach Norm ist austauschbar und nach einem festgelegten Regime geprüft. Die Wahl, die danach bleibt, ist eine Frage der Instandhaltungsstrategie: einzelne Räder, Radreifen und Achsen für die Aufarbeitung in eigener Regie, oder komplette Radsätze, die als Ganzes eingebaut werden. Beide Wege sind gängig; die Abwägung fällt je Betreiber und je Flotte unterschiedlich aus.
Der Antriebsstrang: Gelenkwellen
Bei angetriebenen Fahrzeugen kommt ein weiteres Glied hinzu: die Gelenkwelle, die das Drehmoment zwischen Bauteilen überträgt, die sich relativ zueinander bewegen. Die Qualität steckt hier in den Kreuzgelenken und ihrer Lagerung. Wälzgelagerte Kreuzgelenkwellen werden nach hohem Qualitätsstandard gefertigt, mit einem breiten Programm, damit die Welle auf die Anwendung zugeschnitten werden kann. Auch hier gilt: Die Lebensdauer wird im Werk entschieden, in Werkstoff und Lagerung, lange bevor die Welle ihre erste Umdrehung macht.
Dasselbe Rezept abseits der Eisenbahn: Kranräder
Räder auf Schienen gibt es auch außerhalb des Bahnnetzes. Krane fahren auf Kranbahnen und konzentrieren vergleichbare Lasten auf eine vergleichbar kleine Kontaktfläche. Die Antwort ist denn auch dieselbe: Kranräder werden aus 42CrMo5-Stahl geschmiedet und wärmebehandelt für eine harte Lauffläche. Dieselbe Schmiede- und Wärmebehandlungslogik wie beim Eisenbahnrad, angewendet auf die Kranbahn.
Wo wir dabei stehen
Kampa liefert diese Komponenten über sein festes Partnerprogramm. Die geschmiedeten Räder, Radreifen, Achsen und kompletten Radsätze kommen von Lucchini RS. Die Gelenkwellen kommen von der Gelenkwellenwerk Stadtilm GmbH (GEWES), zertifiziert nach ISO 9001, ISO 14001 und ISO 50001. Auch geschmiedete Kranräder liefert und betreut Kampa in den Benelux-Ländern. Zu alldem gehört Engineering-Unterstützung: Unsere Ingenieure denken bei Maßen, Werkstoff und Anwendung mit. Ist das, was Sie suchen, nicht dabei, suchen wir über unser Netzwerk von Herstellern mit.
Ein kompletter Lucchini-Radsatz: zwei Räder auf einer Achse mit Lagern montiert.