Rückblick zum Anfang der 90er Jahre: Im internationalen Güterverkehr fordert der Zug der Zeit seinen Tribut. Immer öfter entgleisen Züge, kippen Waggons um, blockieren Gleise. Ende 1991 springt bei Augsburg in der Nähe einer Brücke ein Waggon aus den Schienen und stellt sich quer, die folgenden Wagen stürzen um. Sachschaden in Millionenhöhe. Unfallursache hier wie andernorts: Radbruch.

Der Fehler steckt im System. Altmodische Klotzbremsen a la Postkutsche, ehemals ausgelegt für niedrige Geschwindigkeiten, müssen das schnelle Transporttempo und größere Lasten meistern. Diese gesteigerten Anforderungen strapazieren die Räder extrem, ohne daß ihr akuter Streßzustand erkennbar wäre - ein untragbares Risiko für den hohen Sicherheitsstandard der, europäischen Eisenbahngesellschaften.

Die Deutsche Bahn (DB) AG suchte daher dringend nach Lösungen des Problems. Kenntnisstand war, wenn diejenigen Räder, die im Einsatz große Zugeigenspannungen im Radkranz aufgebaut haben, aussortiert werden, ist Radbrüchen künftig wirksam vorgebeugt.

Die Deutsche Bahn fand als kompetenten Partner das Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP in Saarbrücken. Im Februar 1991 begann die Zusammenarbeit. Innerhalb weniger Monate konstruierte das Team um Rüdiger Herzer und Eckhardt Schneider den Prototyp eines Ultraschallgerätes zur Eigenspannungsmessung an Radkränzen (UER). Dafür nutzten die Ingenieure den Effekt, daß sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen durch Spannungen im Material verändert. So werden die Laufzeiten meßbar und in einen aktuellen Spannungszustand übertragbar.

Utraschallwellen entdecken Eigenspannungen im Radkranz

Hohe Eigenspannung führt zu Rissen und letzlich zum Radbruch.

In den Instandhaltungswerken der Deutschen Bahn sind mittlerweile elf Geräte im Einsatz - ein komplettes System kostet rund 180 000 Mark. Und die Saarbrücker Prüfexperten müssen eifrig weiterproduzieren. Zwei Privatwageneinsteller, die Industrie-Verwaltungs-Gesellschaft in Bonn und die Linke-Hoffmann-Busch GmbH in Salzgitter haben ihre Werke mit dem Spannungs-Meßgerät nachgerüstet. Ein weiterer Prototyp wurde für einen Radhersteller, drei Geräte an die Schweizer Bahnen geliefert. Auch die Österreichischen Bahnen haben zwei Ultraschallgeräte im Einsatz.

Die langjährigen Erfahrungen in Deutschland belegen die Wirksamkeit der Methode: Seit Einführung der IZFP Geräte und dem Auswechseln der überbeanspruchten Räder haben sich die Radbrüche drastisch reduziert. Dabei war die Ursache der Radbrüche allen Beteiligten theoretisch schon lange bekannt: Drückt sich der Bremsklotz auf die Lauffläche, wird der Radkranz erst heiß und kühlt sich dann wieder ab. Diese Wärmebelastung bringt Eigenspannungen in den Radkranz. Dadurch wachsen schon vorhandene, kleinste Oberflächenrisse, bis das Rad schließlich zerbricht.

Das Klotz-Bremssystem faßt die Räder unterschiedlich stark. Einige werden beim Abbremsen heißer und bauen dabei mehr Eigenspannung auf als andere - können daher auch eher

Utraschallwellen entdecken Eigenspannungen im Radkranz

Solche Räder können mit dem Prüfsystem rechtzeitig erkannt werden. Bei etwa zehn Prozent der bis Ende 1995 geprüften Radsätze der Deutschen Bahn haben die Ultraschallgeräte Werte größer als 300 MPa Eigenspannung detektiert. Räder, die diesen von der Deutschen Bahn festgelegten Grenzwert überschreiten, werden bei der Kontrolle ausgesondert. Der größere Teil kann in einer bahneigenen Wärmebehandlungsanlage auf eine niedrige Eigenspannung regeneriert und wieder auf die Schiene geschickt werden. Der kleinere Teil wird verschrottet. Nach mehr als drei Jahren Dauereinsatz zeigen sich bei den Prüfköpfen der Meßgeräte erste Verschleißerscheinungen. "Ganz normal", erklärt Diplom-Ingenieur Schneider. Reibt doch die Sensoroberfläche bei der Messung an meist angerostetem Stahl entlang.

Hartmut Hintze vom DB-Forschungs- und Versuchszentrum Brandenburg-Kirchmöser wünscht sich deshalb für die Ultraschallgeräte einen regelmäßigen Check: "In einem Vertrag mit dem IZFP werden wir feste Inspektionsintervalle vereinbaren: Eine Wartung alle zwei Jahre erscheint mir zweckmäßig."

Die ausgewechselten Räder werden regeneriert

Größere Probleme gab es zeitweise mit Altlasten der Bahnen. Besonders betagte Räder aus Beständen der Bundesbahn und Reichsbahn, die noch in den 60er Jahren gefertigt wurden, ließen sich nicht prüfen. Das Gerät lieferte unbrauchbare Werte. Eine Herausforderung für das Entwickler-Team. Schneider: "Wir stellten fest, daß herstellungsbedingte Gefüge-Inhomogenitäten im Radwerkstoff die Ursache des Problems waren. "Die Fraunhofer-Experten optimierten ihr Prüfsystem so, daß schließlich nur noch etwa fünf Prozent der alten Räder prüfresistent sind. "Jetzt", resümiert Walter Rode, Leiter der Radsatzentwicklung im Forschungsund Versuchszentrum Minden "ist das Eigenspannungs-Meßgerät maßgeschneidert für nahezu all unsere Räder. Wir sind ausgesprochen zufrieden."

Ausgerüstet mit diesem potenten Rüstzeug will die Deutsche Bahn ihr Kontrollsystem künftig optimieren. Nicht mehr die Zeit, die ein Rad über die Schienen gerollt ist - sieben, zwölf oder fünfzehn Jahre - wird den Termin für die Werkskontrolle bestimmen, sondern der Laufweg. So soll ein Radsatz, der ständig im Alpen-Transit bergauf und bergab läuft, öfter zur Inspektion gebracht werden als ein Radsatz, der immer nur durch die norddeutsche Tefebene gerollt ist. Hartmut Hintze: "Für diese Umstellung in der Radüberwachung ist ein zuverlässiges und praktisches Eigenspannungs-Meßgerät wie das aus dem IZFP ein wichtiges Instrument."

Die Kontrolle wäre perfekt, gäbe es da nicht die unvermeidlichen Risse im Radkranz. Reichen sie bis zur Fahrkante, sind sie per Ultraschall von der Lauffläche her leicht zu lokalisieren. Doch die entscheidende Frage heißt: Wie tief ist der Riß, wie kann er zerstörungsfrei vermessen und die Lebensdauer eines Rades zuverlässig abgeschätzt werden?
Auch dieses Problem konnte das IZFP lösen.

Mit einer Rißprüfung ist der Check komplett

Die Saarbrücker Prüfexperten halten es sogar für möglich, das Ultraschallgerät (UER) mit dem neuen Rißtiefen-Meßverfahren zu verheiraten - in einer Art Kombinations-Ultraschall-Prüfgerät. Dann wäre der Allround-Check komplett und Radbruch gehörte der Vergangenheit an. Bea Seger