[Back]

B. Gruber:
"Auswertung und Analyse von Streckenmessdaten zur Beschreibung der Empfindlichkeit gegenüber Head-Checks";
Supervisor: N. Ostermann, J. Kehrer; Institut für Verkehrswissenschaften / E230-02, 2018; final examination: 2018-11-30.

In recent decades, the demand for rails in the rail network of the ÖBB-Infrastruktur AG has been rising steadily due to increasing operational burdens and more modern drive technologies. In order to meet these increasing demands, higher-quality rail steels were researched and integrated into the rail network of ÖBB-Infrastruktur AG. As part of this change to higher quality materials, the topic of head checks raised up.
Head checks are a type of rail failure on the rail surface and belong to the category of damage of rolling contact fatigue. In the contact surface of the railway wheel with the rail, large stresses arise which exceed the resistances of the rail material and result in damage to the rail surface (the contact surface). The emergence of head checks can be divided into several phases: the formation of a crack initiation, the continuous growth of the crack, up to breakouts of the driving edge as a result of head checks.
In order to investigate the exact causes of head checks, the topic and origin of head checks will be explained in the first step on the basis of previously known literature. In the second step, track measurement data of ÖBB-Infrastruktur AG will be systematically analyzed and analyzed with regard to different influencing parameters. As influencing factors, the route parameters radius of curvature, superelevation excess, longitudinal inclination and the list of locally permissible speeds (VzG) are selected. The VzG represents the locally permissible maximum speeds and is not a parameter for the actually driven speeds. The rail network of ÖBB-Infrastruktur AG is subdivided into its individual routing elements (straight line, arch, transitional arch) for its systematic investigation, and the deepest cracks per routing element determined by head checks are used for analyzes.
The results of the evaluations are presented on the basis of diagrams and placed in context with the theories of the literature search. Head checks occur mainly in arches of the rail outside with radius between 400 to 2000 meters, as well as increasingly towards the end in the direction of travel. A correlation between the radius of curvature and the emergence of head-checks could be proven, a theory for the occurrence of head-checks towards the end of the curve could not be established. The findings of the relationship between the radius of curvature and the growth of head checks as well as the increased emergence of head checks towards the end of the curve are consistent with the years of experience of ÖBB-Infrastruktur AG and can be regarded as plausible.
As a final result, data of the rail grades R260 and R350 HT are displayed and visualized by means of correlation coefficients. No correlation could be found between one of the influencing factors excess surplus, longitudinal inclination and the VzG and the emergence of head checks.

In den letzten Jahrzehnten stieg die Anforderung an die Schiene im Schienennetz der ÖBB-Infrastruktur AG durch steigende Betriebsbelastungen sowie durch modernere Antriebstechniken stetig an. Um diesen steigenden Belastungen gerecht zu werden, wurden hochwertigere Schienenstähle entwickelt und in das Schienennetz der ÖBB-Infrastruktur AG eingebaut. Im Zuge der steigenden Anforderungen kam das Thema von Head-Checks auf.
Head-Checks stellen eine Art von Schienenfehlern an der Schienenoberfläche dar und fallen in die Schadenskategorie der Rollkontaktermüdungen. In der Kontaktfläche des Eisenbahnrades mit der Schiene entstehen Spannungen, welche die Widerstände des Schienenmaterials übersteigen und in Folge zu Schäden an der Schienenoberfläche (der Kontaktfläche) führen. Die Enwicklung von Head-Checks kann in mehrere Phasen unterteilt werden: Der Entstehung eines Rissansatzes, dem kontinuierlichen Wachstum des Risses, bis hin zu Ausbrüchen der Fahrkante infolge von Head-Checks.
Um die genauen Ursachen von Head-Checks zu erforschen wird im ersten Schritt die Thematik und Entstehung von Head-Checks anhand von Fachliteratur erläutert, um im zweiten Schritt Gleismessdaten der ÖBB-Infrastruktur AG systematisch zu untersuchen und auf Hinblick unterschiedlicher Einflussparameter zu analysieren. Als Einflussfaktoren werden die Streckenparameter Bogenradius, Überhöhungsüberschuss, Längsneigung sowie die höchste zulässige Geschwindigkeit. Das Schienennetz der ÖBB-Infrastruktur AG wird für dessen systematische Untersuchung in seine einzelne Trassierungselemente (Gerade, Bogen, Übergangsbogen) unterteilt und die tiefsten Head-Check-Risse je Trassierungselement für Analysen herangezogen.
Die Ergebnisse der Auswertungen werden anhand von Diagrammen dargestellt und in Kontext mit den Theorien der Literaturrecherche gesetzt. Head-Checks treten vorwiegend auf Außenschienen in Bögen mit Radius zwischen 400 bis 2000 Meter auf, sowie vermehrt gegen in Fahrtrichtung Bogenende hin. Ein Zusammenhang zwischen dem Bogenradius und der Entstehung von Head-Checks konnte nachgewiesen werden, eine Erklärung für das Auftreten von Head-Checks gegen Bogenende hin konnte nicht gefunden werden. Die Erkenntnisse des Zusammenhangs von Bogenradius und dem Wachstum von Head-Checks sowie die vermehrte Entstehung von Head-Checks in Fahrtrichtung Bogenende hin decken sich mit jahrlangen Erfahrungswerten der ÖBB-Infrastruktur AG und können als plausibel betrachtet werden.
Als Endergebnis werden ermittelte Daten der Schienengüten R260 und R350 HT dargestellt und visualisiert. Mittels Korrelationskoeffizienten wurde eine gezielte Analyse verschiedener Einflussfaktoren durchgeführt, wobei kein statistischer Zusammenhang der untersuchten Einflussfaktoren auf die Entstehung und das Wachstum von Head-Checks festgestellt werden konnte.

Eisenbahn, Gleis, Head-Checks