Brückenauflager – hier exemplarisch alte Modelle der Eisenbahnbrücke über die Frankfurter Straße in Kleinlinden – können ermüden und spröde werden. Wie das vermieden werden kann, soll ein Forschungsprojekt der THM untersuchen. Foto: THMEilig hatte es das Eisenbahn-Bundesamt mit diesem Forschungsvorhaben: Im August 2020 ausgeschrieben, im November an den Stahl-Spezialisten Prof. Dr. Bertram Kühn vom Fachbereich Bauwesen der Technischen Hochschule Mittelhessen vergeben, hat die Arbeit direkt nach dem Jahreswechsel begonnen. In den nächsten zweieinhalb Jahren soll Kühn die „geeignete Werkstoffwahl zur Vermeidung von Sprödbrüchen bei Brückenauflagern und Festhaltekonstruktionen“ erforschen, so der Titel des mit rund 780.000 Euro geförderten Projekts. Das mag spröde klingen, betrifft aber die Sicherheit all jener, die auch nur gelegentlich mit der Bahn fahren.

„Stahl ist sehr zäh und biegbar“, sagt Kühn. Deshalb ist er im Eisenbahnbau vielfach erster Werkstoff der Wahl. „Man könnte sagen, dass Stahl ,Bescheid sagt‘, wenn er nicht mehr kann“, ergänzt Kühn. Bevor es zu einem Materialversagen kommt, ist das in der Regel mess-, manchmal sogar sichtbar. Aber Stahl kann auch spröde werden. Gewisse Spannungszustände oder Kerbgeometrien haben darauf Einfluss, vor allem aber Kälte. Sehr kalte Gegenstände sind kaum verformbar, ohne zu zersplittern. Ein beliebtes Beispiel aus dem schulischen Physikunterricht sind in Trockeneis getauchte Blüten oder Früchte, die dann splitternd auf dem Lehrerpult zerschlagen werden.

Gefährlicher wäre ein solcher Sprödbruch im Bahnverkehr. „Es gibt Regelungen, wie sprödes Versagen ausgeschlossen werden kann“, erklärt Kühn. DIN-Normen regeln die Details. Weil es aber dennoch vorkommt – etwa bei Brückenauflagern – soll nun Kühn forschend aktiv werden. Denn die Sprödigkeit des Materials bei tiefen Temperaturen wird gefährlicher, wenn sie auf Ermüdung trifft. „Man dachte bislang, das geschieht bei Lagern nicht“, sagt Kühn. Bei Brückenauflagern seien häufig dicke Bleche im Einsatz, auf denen die gesamte Last der Brücke liegt. Man sei bisher von einer ständigen Last auf den Lagern ausgegangen. „Aber es gibt neue Hinweise darauf, dass sich auf bestimmte Teile der Brückenlager ständig wechselnde Kräfte aus den darüberfahrenden Zügen übertragen können“, so Kühn. Dies könne dann zu Ermüdung führen, was wiederum das Risiko eines Sprödbruches erhöhe.

Diese Problemstellung und mögliche Lösungen sollen Kühn und die Doktorandin Natalie Hoyer untersuchen. „Diese Forschung ist essentiell, denn es gibt fast keine Brücke ohne Lager“, sagt Kühn. An der THM sollen in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie bis in den Sommer 2023 insbesondere numerische Untersuchungen im Fokus stehen. Doch auch Großversuche an Brückenlagern sind geplant. In einer Presse, die bei großer Kälte Kräfte von fünf Meganewton auf das Bauteil ausübt, soll etwa eine realistische Einschätzung des Materialverhaltens unter Beanspruchung gewonnen werden.

Sind die derzeit verwendeten Brückenauflager weiterhin nutzbar? Ist dann eventuell eine andere Art der Konstruktion vonnöten? Oder muss gar bei der Materialwahl umgedacht werden? „Unser Ergebnis kann unter Umständen direkt bauliche Folgen haben“, sagt Prof. Dr. Bertram Kühn, der den Forschungszuschlag auf Grundlage eines von ihm und seinem Promotionsstudenten Philipp Krahl verfassten Antrags erhielt. Und er ergänzt: „Auf die leichte Schulter nehmen darf man diese Problemlage nicht.“ Das zeige allein schon die Tatsache, wie kurzfristig nach Bekanntwerden der Problematik das Eisenbahn-Bundesamt ein solches Forschungsvorhaben ausgeschrieben und vergeben hat.

Zugleich beruhigt der Fachmann, der unter anderem Mitglied im Verband Deutscher Eisenbahn-Ingenieure und im Deutschen Stahlbau-Verband ist und zudem vom Eisenbahn-Bundesamt als Prüfingenieur anerkannt wurde: „Angst vor dem Zugfahren muss man jetzt nicht bekommen. Wir möchten nur die Zukunft noch sicherer gestalten.“