Die richtige Konstruktion ist das A und O bei Kostensenkungen. Das war auch der Leitsatz bei der Entwicklung der neuen kompakten Kegelrollenlagereinheit für SchienenfahrzeugeDas Radsatzlager ist einer der wichtigsten Teile eines Schienenfahrzeugs. Auch unter schwierigsten Betriebsbedingungen muss es zuverlässig und ohne Wartung über Jahre seinen Dienst tun. Ein solches Lager lässt sich nur mit umfangreichem Fachwissen und optimalen Ressourcen entwickeln.
   Von SKF kommt eine Komplettlösung: ein fettbefülltes und abgedichtetes Lager, fertig zum Einbau. Konstruktionsmerkmale wie die integrierte Dichtung und der Polymer-Zwischenring verhindern das Eindringen von Verunreinigungen. Dies ermöglicht eine längere Gebrauchsdauer, längere Wartungsintervalle, höhere Leistung und gesteigerte Zuverlässigkeit. Die neuen Lager sind außerordentlich kompakt, so dass die Durchbiegung und Auslenkung des Achsschenkels verringert wird.

   Die wichtigste Vorgabe für die neue kompakte Kegelrollenlagereinheit (Compact TBU) war die Verringerung von Verunreinigungen durch Reibkorrosion im Betrieb. Zu diesem Zweck wurden eine integrierte Dichtung und ein spezieller Zwischenring aus Polymer entwickelt. Daneben entstand ein neues Schmierfett für lange Lebensdauer, und die Konstruktion des Polymerkäfigs wurde optimiert. Neu ist auch ein spezieller kompakter Sensor zur Messung von Drehzahl, Temperatur und Schwingungen.
   Für den Nutzer bedeutet eine Compact TBU längere Wartungsintervalle, mehr Zuverlässigkeit, geringeres Gewicht und die Möglichkeit, einfachere Umgebungsbauteile verwenden zu können.
Herkömmliche Konstruktionen
Die klassische Kegelrollenlagereinheit für Schienenfahrzeuge verfügt über Radialwellendichtringe als schleifende Dichtung, mit speziellen Verschleißringen als Gegenlauffläche. Diese einbaufertigen Einheiten sind insbesondere für die sogenannte Adapterausführung geeignet, wo das Lager direkt den Umgebungseinflüssen ausgesetzt ist.
   Diese Radsatzlager in Zollabmessungen wurden vom amerikanischen Eisenbahnverband American Association of Railroads (AAR), standardisiert. SKF ist seit 1977 als Lieferant freigegeben. Die AAR-Rollenlager lösten die bis dahin verwendeten Gleitlager ab. Im Betrieb führte die Durchbiegung der relativ langen Achse zu Verschleiß an den Lagerkomponenten, insbesondere an der Dichtungs-Gegenlauffläche. Abrasiv wirkende Teilchen konnten ins Lager eindringen und dessen Gebrauchsdauer verkürzen.
   In Europa finden meist geschlossene Radsatzlagergehäuse Verwendung. Der vordere Abschlussdeckel schützt die Lagerung, so dass Labyrinthdichtungen mit geringerer Reibung eingesetzt werden können. Die Achse ist im allgemeinen kürzer als bei den AAR-Lagerungen, aber manchmal kann durchaus Reibkorrosion die Gebrauchsdauer verkürzen.
Das neue Konzept:
die Compact TBU
Die Neuentwicklung sollte in erster Linie durch längere Wartungsintervalle die Kosten über die gesamte Lebensdauer senken. Dies wird durch vier konstruktive Besonderheiten erreicht:

1. Integrierte Dichtungen zum Schutz vor Verunreinigung
   

2. Zwischenring aus Polymer verhindert Reibkorrosion im Berührungsbereich von Innenring und Stützring.
   

3. Neues Schmierfett für lange Lebensdauer und höhere Leistung
   

4. Konstruktiv verbesserter Polymerkäfür mehr Sicherheit und Leistung.

Die kompakte Konstruktion kommt mit weniger Teilen aus und baut kleiner und leichter. Das Gehäuse kann einfacher ausgelegt werden; die Achse ist kürzer und biegt sich nicht so stark durch. Als Teil des BoMo Bogie Monitoring Systems kann eine Compact TBU auch Drehzahl, Temperatur und Schwingungen im Lager aufzeichnen und damit den Betriebszustand überwachen.
   Die Compact TBU rentiert sich für den Nutzer durch

• Geringere Kosten über die gesamte Lebensdauer
• Mehr Sicherheit
• Geringeres Gewicht
• Einfachere Auslegung der Umbauteile.

Integrierte reibungsarme Dichtung
Die neue Konstruktion macht zusätzliche Zwischenringe oder Gegenlaufringe für die Dichtung überflüssig. Die reibungsarme Kautschukdichtung ist sie eine Kombination aus Labyrinthdichtung, berührender Dichtlippe und Schleuderscheibe. Dies bedeutet besseren Schutz vor Verunreinigungen und damit längere Gebrauchsdauer des Lagers. Auch der geringere Bauraum und weniger starke Durchbiegung der (kürzeren) Achse wirken sich positiv aus.
   Das Reibmoment ist um 75 % geringer als bei einer herkömmlichen, schleifenden Dichtung. Entsprechend liegt auch die Betriebstemperatur um 20 °C niedriger, was längere Fettgebrauchsdauer und geringeren Energieverbrauch bedeutet. Die SKF Dichtungsprüfung, in der das Eindringen von Wasser und Staub ins Lager bewertet wird, hat die hervorragende Dichtwirkung der neuen Konstruktion bestätigt. Auch Lebensdauertests unter erschwerten Bedingungen hat die neue Dichtung bestanden, ebenso alle Freigabetests der AAR.
Der Polymer-Zwischenring
Beim Auftreten von Reibkorrosion können Fremdkörper ins Lager eindringen, die Axialluft des Lagers nimmt zu, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit dagegen nehmen ab. Die Reibkorrosion sollte dadurch vermieden werden, dass im Bereich des Zwischenrings nicht mehr zwei Stahlflächen einander berühren, sondern Stahl und Polymer. Ein Zwischenring aus verstärktem Polymer wird auf die Lagerkomponenten aufgeschnappt. Im Testbetrieb konnten auch nach einer Laufleistung von bis zu 800.000 km keinerlei Anzeichen von Reibkorrosion festgestellt werden.
Schmierfett für lange Lebensdauer
SKF hat die Entwicklung von Schmierfetten für Rollenlager mit Blick auf ein Vielzweckfett für Radsatzlager weiter vorangetrieben. Dabei standen lange Lebensdauer und besondere Eignung für hohe Drehzahlen und große Belastungen im Blickpunkt.
   Das neue Fett hat alle chemischen, mechanischen und tribologischen Tests nach der europäischen Norm EN 12081 und die Leistungstests nach EN 12082 bestanden. Die Lebensdauerprüfungen auf den SKF Prüfständen R3 bestätigten die erwartete hohe mechanische und thermische Stabilität und Korrosionsfestigkeit. Mit dem neuen Fett lassen sich die Intervalle für die normale Wartung und auch für die Generalüberholung hinausschieben.
Der Polymerkäfig
Seit 1990 setzt SKF Polymerkäfige in Kegelrollenlagern ein, etwa in Güterwagen in Europa und China. Auch in Nahverkehrzügen, Triebwagen und Personenwagen sowie verschiedenen Hochgeschwindigkeitszügen werden Lager mit Polymerkäverwendet.
   Der Käaus verstärktem Polymer zeigt ein außerordentliches Leistungsvermögen. Das bedeutet weniger Reibung, weniger Gleiten der Wälzkörper, geringeren Verschleiß, niedrigere Betriebstemperaturen und höhere Zuverlässigkeit und Sicherheit. Selbst unter Notlaufbedingungen blockieren die Radsatzlager nicht. Für die Compact TBU wurde der Polymerkäwegen des kleinen verfügbaren Bauraums weiter optimiert.
Prüfläufe
Mit strengsten Prüfungen werden die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit von Eisenbahnwagen auch über eine lange Gebrauchsdauer getestet. Bei SKF findet dies im Eisenbahnprüfzentrum Railway Test Centre beim Forschungs- und Entwicklungszentrum der SKF Gruppe, dem Engineering and Research Centre in den Niederlanden statt. Es werden komplette Radsatzlager mit Umbauteilen (etwa Drehgestellrahmen), Lagerungen und einzelne Bauteile wie Dichtungen oder Käfige geprüft.
   Die Leistungstests nach der neuen europäischen Norm EN 12082 fanden auf speziellen Prüfständen R3 statt. Zwei Radsatzlager wurden wiederholten Lastzyklen unterworfen, die die Betriebsbedingungen der jeweiligen Anwendung möglichst genau nachbilden sollten. Die Leistungsfähigkeit wird anhand der Betriebstemperatur über die Prüfdauer beurteilt. Im Laufe des Jahres 2000 wurden so auf den Prüfständen 30.000 Stunden Lebensdauerversuche gefahren, was insgesamt einer Laufstrecke von etwa 4 Millionen Kilometern entspricht.
   Zusätzlich zu dieser quasi-statischen Prüfmethode wurde das Verhalten der Compact TBU auch unter realitätsnahen Betriebsbedingungen bewertet. SKF verwendete dazu den überaus komplexen Prüfstand THISBE (Test rig for HIgh-Speed train Bearings – Prüfstand für Lager in Hochgeschwindigkeitszügen), auf dem dynamische Lastbedingungen simuliert werden. Lager und Getriebe werden in einen Drehgestellrahmen mit Aufhängung aus Federn und Dämpfern eingebaut.
   Der Prüfstand wird per Computer über Signale gesteuert, die durch das Aufzeichnen und Analysieren tatsächlicher Belastungen, Beschleunigungen und Verschiebungen an echten Radsatzlagern im Betrieb gewonnen wurden. THISBE ermöglicht so die Entwicklung von Lagern, die die Forderungen nach immer höheren Geschwindigkeiten, höherer Tragfähigkeit und besserer Wirtschaftlichkeit erfüllen.
   Einige Jahre lang wurden einzelne Bauteile der Compact TBU in Feldversuchen erprobt, 1999 dann die ersten kompletten Lagereinheiten in Güter- und Personenwagen eingesetzt. Bisher haben diese Lager alle Erwartungen aus den Laborversuchen voll erfüllt.
Das Sortiment
Eine weitere Vorgabe des Projekts war eine Produktauswahl, das die meisten Wünsche und Anforderungen des Marktes abdeckt. Das neue gestraffte Sortiment wendet sich an Erstausrüster, deckt aber auch die Bedürfnisse des Ersatzteilmarkts ab. Auf Kundenwunsch werden auch Compact TBU in Sondergrößen ausgeführt. Die Außenringbreite der Compact TBU entspricht der in Standard-Kegelrollenlagereinheiten, nur Stützring und Abschlussdeckel müssen zum Umrüsten geringfügig modifiziert werden.
Ausblick
Umfangreiche und langwierige Prüfstandsversuche unter den Betriebsbedingungen von Güter- und Personenzügen haben gezeigt, dass die neuen kompakten Kegelrollenlagereinheiten allen Anforderungen bestens gewachsen sind. Neue metrische und zöllige Ausführungen werden auf unterschiedliche Achslasten zugeschnitten.
Marc Defossez, Leiter Qualität und Prüfzentrum,
  
SKF Industrie S.p.A., Villar Perosa, Italien; Gottfried Kuře,
  
Leiter Eisenbahnmarketing weltweit, SKF Österreich AG, Steyr, Österreich,
  
und Maurizio Martinetti, Leiter Technik Kegelrollenlager und Sensortechnik,
  
SKF Industrie S.p.A., Italien