Kurvenquietschen: Untersuchung des Quietschvorgangs und Wege der Minderung
Ben Othman, Yacin
Kurvenquietschen ist ein unregelmäßig in engen Bögen auftretendes Geräusch, das aufgrund des hohen emittierten Pegels und der Tonhaltigkeit des Geräusches besonders störend für den Menschen ist. Physikalisch gesehen handelt es sich beim Kurvenquietschen um eine selbsterregte Schwingung, die ihre Energie aus der Reibung, die durch die Querbewegung des Rades auf der Schiene entsteht, bezieht. Diese selbsterregten Schwingungen werden bisher in der Regel mit Hilfe einer abfallenden Kraftschluss/Schlupf-Funktion modelliert, die bei Vorhandensein einer stark ungedämpften axialen Radschwingform zwangsläufig zu einer Instabilität führt. In den durchgeführten Messungen konnten aber hohe Schienenamplituden in vertikaler Richtung in der Nähe der Radquietschfrequenz beobachtet werden. Diese führen zu einer dynamisch pulsierenden Normalkraft des Rades auf der Schiene. So ist das System auch bei konstantem Reibungskoeffizienten selbsterregungsfähig. Das Auftreten von Quietschen benötigt daher das Vorliegen eines hohen Reibwertes zwischen Rad und Schiene, eine gering gedämpfte Radschwingform und einen hohen Anfahrwinkel. Bisher wurde vermutet, dass die Schwingungsformen der Quietschfrequenzen für einen äußeren Beobachter stehen. Die Ergebnisse der Messungen beweisen jedoch, dass sich die Schwingungsform der Quietschfrequenz in den Messungen mit dem Rad dreht. Dies muss sowohl bei Messungen während der Fahrt als auch bei der Auslegung von Radschallabsorbern beachtet werden. Die validierten Simulationsmodelle wurden für Variationsrechnungen verwendet. Während sich die Ergebnisse auf diskret abgestützten Schienen zwar von denen kontinuierlich abgestützter Schienen unterscheiden, sich hier aber keine Vorteile für eine Variante herausbildeten, kann durch eine genügend hohe Dämpfungseinbringung in das Rad jedes Kurvenquietschen vermieden werden. Unter den betrachteten Maßnahmen gegen Kurvenquietschen sind die Verwendung von richtig dimensionierten und angebrachten Radschallabsorbern und die Applikation von Schmiermitteln oder Reibwert-Modifizieren zu empfehlen. Konstruktiv kann durch radial einstellende Fahrwerke in Kombination mit einem passenden und guten Rad/Schiene-Kontakt Kurvenquietschen vollständig vermieden werden.
Curve squeal is an irregular noise that is produced in narrow curves. Due to its high level and pitch strength, curve squeal is extremely annoying for humans. Physically, it is self-induced vibration that draws its energy of the friction that is generated by the lateral movement of the wheels on the rail. To date, these self-induced vibrations are commonly modelized using a decreasing friction coefficient. However, this will inevitably cause instability if a lowly damped axial mode shape is existing. In spite of that measurements were able to show high vertical rail amplitudes close to the wheels squeal frequency, which result in a dynamically pulsating normal force of the wheels on the rail. The system is thus able to be self-induce if there is an unchanging friction coefficient. Hence, curve squeal occurs if there is a high friction coefficient between wheel and rail, a lowly damped mode shape and a high angle of attack. Up until now, the mode shape of the squeal frequency has been assumed to stand still to an external observer. However, the measurements results prove that the mode shape of the squeal frequency rotates in correlation with the wheel. This has to be considered when measurements are performed while the train is moving, as well as when wheel noise absorbers are designed. The validated models of simulation were used for variational calculuses: Results for discretely supported rails are different from those for continuously supported rails but neither type shows any particular advantage over the other. The results show also that any curve squeal can be avoided by implementing sufficient damping in a wheel. Among the observed techniques to avoid curve squeal, it is recommended to use wheel noise absorbers that are accurately dimensioned and correctly installed, and to apply lubricants or friction modifiers. Effective constructional measures to prevent curve squeal are the combination of steerable axes and a good wheel-rail contact.
