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Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeuge

Seit die erste Dampflokomotive 1804 das Licht der Welt erblickte, dreht sich alles um die Geschwindigkeit. SKF ist bei der Konstruktion von Hochgeschwindigkeitszügen entscheidend beteiligt, da sie eines der sicherheitskritischsten Bauteile der Eisenbahnfahrzeuge bereitstellt – das Radsatzlagersystem, bestehend aus Radsatzlagern und Gehäusen und integrierten Sensoren

Heute habenHochgeschwindigkeitszüge mit Reisegeschwindigkeiten von 300 km/h Europas Geografie verändert, und Abstände zwischen Metropolen werden nicht mehr in Kilometern berechnet, sondern in TGV-, ICE-, Eurostar- oder anderen Eisenbahnstunden.

 

Historische Entwicklung
SKF war schon immer führend in der Entwicklung von Lösungen, um den hohen Ansprüchen der Hersteller und Betreiber von Hochgeschwindigkeitszügen bei der Entwicklung, Konstruktion und Prüfung von Radsatzlagern gerecht zu werden. Heute wird Hochgeschwindigkeits-Schienenverkehr in einigen europäischen Normen als ‚Fahrzeuge mit einer Höchstgeschwindigkeit von über 200 km/h‘ definiert. In den 1930er Jahren hatten Züge in Europa und Nordamerika bereits Reisegeschwindigkeiten von 130 km/h erreicht, mit Spitzen von 160 km/h. Die meisten nordamerikanischen und europäischen Dampflokomotiven waren zum Beispiel mit SKF Radsatzlagergehäusen und Pendelrollenlagern ausgerüstet. Der französische Michelin 23 Versuchszug mit Gummirädern und 150 km/h Höchstgeschwindigkeit war mit einem Getriebe und Radlagern von SKF ausgerüstet. Des Weiteren war eine der vielen historischen Anwendungen der 1920er und 1930er Jahre, der niederländische dieselelektrische Triebwagenzug DE 3 aus 1934, mit SKF Radsatzlagergehäusen und Pendelrollenlagern ausgestattet. Spätere Bauarten bekamen Zylinderrollenlager und Kegelrollenlager.

Der zweite Weltkrieg hielt die Entwicklung der Hochgeschwindigkeitszüge entscheidend an, bis schließlich Japan 1964 mit dem 200 km/h schnellen Tokaido Shinkansen eine neue Ära einläutete, und das schnelle Eisenbahnreisen wiederbelebte. In Europa folgte hierauf in Deutschland die E03-Elektrolokomotive, die 1965 ebenfalls 200 km/h erreichte. Sie besaß SKF Radsatzlagergehäuse und Zylinderrollenlager, ebenso wie SKF Lager für das Antriebssystem. Die ersten französischen TGV Züge erreichten 1981 im kommerziellen Einsatz 270 km/h. Sie sind mit SKF Antriebssystemlagern ausgerüstet.

 

Hochgeschwindigkeit – Neigetechnik
Der erste Zug mit Neigetechnik der italienischen Eisenbahnen, die Bauart ETR 450, kam 1985 in Betrieb. Pendolinozüge haben eine Höchstgeschwindigkeit von 250 km/h und wurden von FIAT gebaut, deren Eisenbahnabteilung nun Teil von Alstom ist. Die Radsatzlagergehäuse wurden von SKF entwickelt und mit SKF Radsatzlagern ausgerüstet. Die nächste Pendolinogeneration ist zusätzlich mit integrierten Geschwindigkeitssensoren ausgestattet. Diese Züge sind seit 1992 im Einsatz, in Italien als ETR 460 und ETR 480 und in Finnland als Sm3; in der Schweiz laufen sie als Cisalpino ETR 470, und in Portugal werden sie Pendoluso genannt. Die neueste Ausführung des Pendolino läuft jetzt in der Tschechischen Republik.

Die schwedischen Neigetechnikzüge X2000, die 1990 von ADtranz entwickelt wurden, haben eine Höchstgeschwindigkeit von 220 km/h und sind mit SKF Kegelrollenlagereinheiten TBU 130 x 220 ausgerüstet. Ein Zug ist auch in China im Einsatz.

 

Höheres Tempo in Deutschland, Italien, Japan und Spanien
Der deutsche ICE Zugbetrieb startete 1991. Fast alle deutschen ICE Hochgeschwindigkeitszüge sind mit SKF Lagern ausgerüstet. Die Mittelwagen des ICE 2 mit einer Höchstgeschwindigkeit von 280 km/h sind mit SKF Kegelrollenlagern ausgerüstet. Siemens entwickelte die Drehgestelle. Die Motorwagen des ICE 1 und ICE 2 sind mit TBU 150 x 250 ausgerüstet. Der italienische Hochgeschwindigkeitszug ETR 500 hat eine Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h, und FIAT/Alstom macht die Drehgestelle. Der Motorwagen und die Mittelwagen sind mit SKF Kegelrollenlagereinheiten mit eingebauten Geschwindigkeits- und Temperatursensoren ausgestattet. Der erste Zug nahm 1992 den Dienst auf.

SKF gewann den Auftrag für den ersten japanischen Export der Shinkansen Hochgeschwindigkeitszüge. Kawasaki Heavy Industries (KHI), der größte Hersteller für Eisenbahnwagen und Lokomotiven in Japan, hat SKF als Zulieferer von Radsatzlagern für die 360 Waggons gewählt, die nach Taiwan exportiert werden sollen. Der Zug ist für eine Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h ausgelegt. Aufbauend auf der besonderen Erfahrung mit zahlreichen Hochgeschwindigkeitszügen bei größeren europäischen Eisenbahngesellschaften konnte SKF ein Paket anbieten, einschließlich Radsatzlagereinheiten und Ersatzteilen sowie Know-how. Die hohe Leistung der SKF Lösung gemeinsam mit starker Konzentration auf Sicherheitsaspekte ermutigte KHI und die Taiwan High Speed Rail Corporation SKF zu wählen.

In Spanien gibt es eine beachtliche Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Schienensystemen. Mehrere anspruchsvolle neue Lokomotiven und Züge werden jetzt mit SKF Radsatzlagereinheiten und Radsatzlagergehäusen ausgestattet und die meisten sind mit Antriebssystemlagern ausgerüstet:

  • Alstom Alaris S490 Neigetechnikzug, 220 km/h
  • Alstom Lanzaderas S104 und S114 Züge, 250 km/h
  • Alstom AVE S100 Hochgeschwindigkeitszug, 300 km/h
  • CAF/ATPRD Zug mit veränderlicher Spurweite, 250 km/h
  • CAF Hochgeschwindigkeitszüge für die Türkei, 250 km/h
  • Siemens Velaro S103, Höchstgeschwindigkeit 350 km/h (hält in Europa einen Geschwindigkeitsrekord von 404 km/h mit einem Serienzug)
  • Talgo S130 Zug mit veränderlicher Spurweite, 250 km/h
  • Talgo AVE S102 und S112 Hochgeschwindigkeitszug, 330 km/h (Reisezugwagen von Talgo und Triebköpfe von Bombardier).

 

Technische Merkmale
Absolute Sicherheit und äußerste Zuverlässigkeit das ganze Jahr über, egal wie die Wetterbedingungen sind, über wartungsfreie Zeitspannen bis fast einer Million Kilometern, das sind die Erwartungen der SKF Kunden in Zusammenhang mit Hochgeschwindigkeitszügen. Erfolg zu haben und diese Erwartungen zu erfüllen, verlangt eine gute Mischung aus bahnbrechenden Innovationen gemeinsam mit über die Jahre gewonnenen Erfahrungen in der Optimierung jeder Einzelheit des metallischen und nichtmetallischen Werkstoffs, der Oberflächentopografie und Schmierstoffe.

Hochgeschwindigkeits-Angebotspakete für Radsatzlagerungen bestehen aus einer Radsatzlagereinheit. Die Gehäuse entsprechen Kundenanforderungen: wie Schnittstellen zu Lagerzapfen, Aufhängungssystem, Stoßdämpferanordnung, Masserückleitung und Vorrichtungen sowie Kabel und Anschlüsse für Sensoren usw.

Historisch gesehen waren die Radsätze ursprünglich mit Pendelrollenlagern ausgestattet, die im Laufe der Zeit durch Kegelrollenlager oder Zylinderrollenlager ersetzt wurden, welche geringere Reibung und Betriebstemperaturen ermöglichen. Die niedrigere Betriebstemperatur ergibt ein verbessertes Fettverhalten und trägt zu deutlich längeren Wartungsintervallen bei. Für eine vereinfachte Montage und Wartung entwickelte SKF komplette Radsatzlagereinheiten. Die Lagerluft ist bereits eingestellt und sie sind werksseitig gefettet und abgedichtet.

Für diese anspruchsvollen Anwendungen wurden besondere Ausrüstungen entwickelt. Diese Ausrüstungen wurden auch an anderen Nicht-Hochgeschwindigkeitsanwendungen eingeführt. Beispiele sind:

  • Polymerkä für höhere Zuverlässigkeit und Sicherheit unter kritischen Betriebsbedingungen
  • Polymerzwischenring zwischen Stützring und Innenring des Lagers zur Verhinderung von Reibkorrosion und Verunreinigungen des Lagers, was zu verlängerten Wartungsabständen und niedrigeren Gesamtkosten beiträgt.

Darüber hinaus hat SKF noch Geschwindigkeits- und Temperatursensoren entwickelt, die in das Dichtungssystem der Einheit integriert werden und weitere Montagevereinfachungen erlauben, sowie eine Verringerung der Anzahl Komponenten am Achsende.

 

Strenge Prüfungen und Normen
Jede neue Konstruktion oder Modifikation erfordert strenge Validierungstests bevor sie für die Anwendung freigegeben wird. In dieser Hinsicht hat SKF aktiv beim Entstehen der Europäischen Norm EN 12082 mitgewirkt. Diese Norm legt detaillierte Vorschriften und Abnahmekriterien für die Zulassung von Radsatzlagern und Lagereinheiten auf dafür vorgesehenen Simulationsprüfständen fest. Diese Norm war ursprünglich für den TGV, den ersten Hochgeschwindigkeitszug in Europa, erstellt worden. Heute hat SKF sieben Prüfstände, die im SKF Forschungszentrum in den Niederlanden laufen. Diese Prüfstände erlauben nicht nur die Auswertung der Auswirkung eines neuen Konstruktionsmerkmals auf das Verhalten, sie werden auch verwendet, um die Eignung bestehender Erzeugnisse für neue Anwendungen oder alternative Beschaffung von Komponenten zu überprüfen. Die Radsatzlagergehäuse, kritische Bauteile, die die Drehgestellbelastungen auf die Radsatzlager übertragen, werden ebenfalls sehr harten Ermüdungstests unterworfen, die auf UIC Normen basieren, nach detaillierten FEM Berechnungen und computersimulierten Dauerfestigkeitsversuchen.

SKF erfüllt ebenfalls die neue Internationale Norm der Eisenbahnindustrie IRIS und ist eines der ersten zertifizierten Unternehmen. Dieser Standard deckt alle Merkmale der ISO 9000 Norm ab plus die zusätzlichen Anforderungen der europäischen Eisenbahnindustrie. Das zusätzliche Hauptaugenmerk der IRIS Norm ist die Bewertung der Managementsysteme, besonders das standortübergreifende Projektmanagement.

Heute ist SKF an den meisten Hochgeschwindigkeitszügen in der ganzen Welt beteiligt.

 

Neueste technische Entwicklungen
ETCS
Das Europäische Zugsteuersystem (ETCS) ist ein neues Signal-, Steuer- und Zugsicherungssystem. Es wird 14 inkompatible lokale europäische Sicherheitsbahnsysteme ersetzen, besonders an Hochgeschwindigkeitsstrecken. Ein bedeutender Faktor ist die Ermittlung der exakten Position der Hochgeschwindigkeitszüge auf der Basis von Drehzahlmessern und Richtungskontrolle. Die abgedichteten und gefetteten Lagereinheiten von SKF beherbergen Sensoren, die platz- und teilesparend sind sowie leicht zu bedienen. Um redundante und unabhängige Sensorsysteme zu erhalten, werden mehrere unabhängige Sensorpakete auf das Lagerschild montiert. Diese Ausführungen sind platzsparend, besonders in axialer Richtung, wo Masserückleitung und Lichtraumprofile begrenzend wirken. Ein weiterer Vorteil der integrierten Sensoren ist, dass die ursprüngliche Achsenkonstruktion ohne Neukonstruktion übernommen werden kann. Eine der ersten SKF ETCS Sensoranwendungen erfolgte bei dem italienischen Pendolino.

 

Fehlerdiagnoseüberwachung
Die SKF mechanischen online Zustandsüberwachungssysteme sind ausgelegt, um frühzeitige Fehlererkennung und -verhütung zu ermöglichen. Dadurch wird automatische Hilfe bei der Korrektur bestehender oder bevorstehender Bedingungen gegeben und Input zu Managementsystemen für die zustandsabhängige Instandhaltung geliefert. Das SKF Multilog online Überwachungssystem IMx-R, das exklusiv für die Bahnindustrie entwickelt wurde, steigert die Verfügbarkeit der Schienenfahrzeuge aufgrund höherer Betriebszuverlässigkeit durch die Überwachung von beispielsweise:

  • Radsatzlagerzustand und Fettgebrauchsdauer
  • Radflachstellen und Radform
  • Drehgestellstabilität/Nachlauf-Messfühler
  • Entgleisungszustand
  • Antriebssystemzustand, z. B. Fahrmotor, Getriebe und Kardanwellen
  • Unwucht und Resonanzzustand
  • Schienenstrangzustand.

Das Multilog Online System IMx-R gibt automatische last- und geschwindigkeitsabhängige Warnungen und Alarmmeldungen, die die bordeigene und externe Kommunikation in Gang setzen, Datenverarbeitung zur automatischen Diagnose und Ursachenanalyse, Verknüpfungen zu Instandhaltungsmanagementsystemen zum Einplanen von Ersatzteilen und Arbeitsauftragsmanagement sowie Benutzer-, System- und Website-basierender Datenzugriff.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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