Seit Jahren geht der Trend im Eisenbahngüterverkehr zu höheren Nutzlasten und höheren Geschwindigkeiten. Heute werden die meisten Güterwagen in Europa für Radsatzlasten von 25 Tonnen gebaut. SKF hat ein neues Lagerkonzept für die Standard-Drehgestelle Y25 entwickelt. Durch die Anwendung von kompakten Kegelrollenlagern werden niedrigere Lifecycle-Kosten durch längere Wartungsintervalle, einfachere Instandhaltung und Verbesserungen bei Leistung und Sicherheit erreicht

Der europäische Güterverkehr befindet sich derzeit im Umbruch. Es muss mehr Fracht auf die Schiene gebracht werden um die überlasteten Autobahnen von dem LKW-Transport zu entlasten. Das ist ein langer, kontinuierlicher Prozess, der sich parallel zur Entwicklung eines ausgeprägteren Umweltbewusstseins vollzieht. Um nun mehr Güter auf die Schiene zu bringen, muss ein besserer Service geboten werden. Wichtige Ansatzpunkte sind dabei mehr Flexibilität in der Logistik und kundenspezifische Konstruktionen für Güterwagen. Neue Anbieter im Eisenbahngüterverkehr erweitern ihr Serviceangebot. Pendelzüge verkehren als feste Einheit ohne den zeitraubenden Rangierbetrieb für einzelne Waggons. Die Transportzeiten können so drastisch reduziert werden. Diese Güterzüge werden speziell auf die Bedürfnisse der Kunden zugeschnitten. Sie bieten zum Beispiel höhere Nutzlast, einfacheres
Be- und Entladen sowie besseren Schutz der Ladung vor Beschädigungen. Neben Containerwaggons kommen Spezialkon­-struktionen für Truck-Trailer-Transporte zum Einsatz, so etwa hochmoderne „Taschenwagen“ für den kombinierten Straßen-/Bahntransport.

Der Güterschienenverkehr fordert technische und wirtschaftliche Lösungen mit niedrigen Lifecycle-Kosten. Wartungsarme oder gar völlig wartungsfreie Radsatzlager-Konstruktionen werden benötigt. Radsatzlager müssen bei voll beladenen Waggons und auch unter extremen Witterungsbedingungen eine große Betriebssicherheit gewährleisten. Selbst beim Einsatz von sehr leistungsstarken Lokomotiven muss aus Energiespargründen das Reibungsmoment der Radsatzlager so niedrig wie möglich sein.

Europäische Eisenbahnensetzen sowohl zwei- als auch vierachsige Güterwaggons ein. Für schwerere Lasten ist die vierachsige Ausführung besser geeignet. In den meisten Fällen sind diese Waggons mit zwei zweiachsigen Standarddrehgestellen des Typs Y25 ausgerüstet. Dabei werden sowohl geschweißte als auch gegossene Drehgestell-Rahmenkonstruktionen angewendet. Die Y25-Drehgestelle werden auch von einigen Eisenbahngesellschaften in Asien verwendet. Die neue Y25-Drehgestellkonstruktion hat Achslager mit speziellen Verschleißplatten und beidseitigen Schraubenfedern.

Früher wurden für Radsatzlagerungen Pendel-, Zylinder- oder Kegelrollenlager verwendet. Diese offenen Lager müssen gegen Verunreinigungen und Austritt von Schmierfett abgedichtet werden. Dazu verwendet man ein geschlossenes Gehäuse mit einem Dichtungssystem auf der dem Rad zugewandten Seite. Auf der gegenüberliegenden Seite wird ein Gehäusedeckel mit mehreren Schrauben angeschraubt. Diese Konstruktion ist relativ komplex, und ihre Zuverlässigkeit hängt entscheidend von der Qualität der Montage ab. Lager müssen manuell geschmiert und zur Vorbeugung von Verunreinigungen in sehr reiner Umgebung montiert werden.

SKF hat nun eine völlig neue Konstruktion entwickelt. Ermöglicht wurde sie durch die Anwendung der kompakten Kegelrollen-Radsatzlagereinheit (CTBU). Das Radsatzlagergehäuse weist die gleiche mechanische Verbindung zum Drehgestellrahmen auf. Dadurch können auch die derzeitigen Drehgestelle mit der neuen SKF Radsatzlagerkonstruktion nachgerüstet werden.

Der Schlüssel zu niedrigeren Lifecycle-Kosten liegt in der Konstruktion. Die kompakte Ausführung bietet ganz neue Möglichkeiten, längere Wartungsintervalle und Verbesserungen von Leistungsfähigkeit und Sicherheit zu erreichen.

Die Lagerung besteht aus weniger Teilen, dadurch lassen sich Komponenten und Platz sparen und das Gehäuse kann einfacher gestaltet werden. Die neue SKF Lagerkonstruktion für Y25-Drehgestelle basiert auf der neuen CTBU 130 x 240. Diese Lagereinheit erfüllt die Europanorm EN 12 080 hinsichtlich Lagermaterial und -qualität, ebenso die Norm EN 12 081 bezüglich der Spezifikationen zur Lagerschmierung. Die CTBU 130 x 240 hat zudem die Lebensdauerprüfung gemäß EN 12 082 erfolgreich bestanden. Die SKF Testverfahren sind erheblich härter als die tatsächlichen Betriebsbedingungen (siehe Evolution 3/1997)

Im Vergleich zuälteren Y25-Drehgestell-Konstruktionen weist die kompakte CTBU-Lagereinheit folgende Vorteile auf:

• Die kompakte Gestaltung ermöglicht für neue Drehgestellmodelle kürzere Achsschenkel zur Reduzierung der unabgefederten Masse sowie der Durchbiegung im Lagerbereich;
• verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit durch die Verwendung von Polyamidkäen statt herkömmlicher Stahlkäe, was zu weniger Verschleiß und Schmierfettverunreinigung führt;
• Vorbeugung gegen Reibkorrosion durch Anwendung eines Polymer-Zwischenringes;
• verbesserter Schutz vor Verunreinigungen durch Verwendung einer neuartigen reibungsarmen Dichtung, die an der Innenringschulter anliegt;
• neues Longlife-Schmierfett mit längerer Gebrauchsdauer;
• vereinfachte und leichtere Montage.

Für ältere, nicht-abgedichtete Lager erfolgt die Schmierung beim Radsatzhersteller oder in Instandsetzungswerkstätten. Absolute Sauberkeit sowie die vorgeschriebene Schmiermittelmenge und -verteilung sind unabdingbar. Bei abgedichteten und vorgefetteten Lagereinheiten wie der CTBU ist dieser Prozess Teil der Lagerherstellung. Hier werden diese Anforderungen mit einem Höchstmaß an Zuverlässigkeit erfüllt.

SKF hat die Y25-Gehäusekonstruktion neu gestaltet, um eine vereinfachte Montage, längere Wartungsintervalle und somit niedrigere Lifecycle-Kosten zu erzielen. Das Konstruktionsprinzip der CTBU macht das herkömmliche, geschlossene Gehäuse mit Dichtungssystem und Gehäusedeckel überflüssig. Dadurch konnte das Radsatzlagergehäuse mit weniger Teilen gewichtssparend ausgeführt werden.

Die F&E-Arbeiten begannen mit einer gründlichen Analyse der Ursprungskonstruktion; weitere Überprüfungen erfolgten während des ganzen Entwicklungsprozesses. Anhand von Finite-Elemente-Analysen (FEA) wurden mehrere Computerberechnungen durchgeführt, um eine leichtere Konstruktion mit geringerem Herstellungsaufwand zu erzielen. Am unteren Teil des Gehäuses wurden zur Massereduzierung zwei Ausnehmungen vorgesehen, wobei keine Erhöhung der mechanischen Spannungen auftritt. Geprüft wurde die neue Konstruktion zuerst in Lebensdauerversuchen, dann folgten Feldversuche unter realen Betriebsbedingungen.

Das einteilige Gehäuse überträgt die radiale Belastung über den oberen Teil direkt auf die Lagereinheit. Die Axialkräfte werden über die in die Gehäusekonstruktion integrierten Schultern in beide Richtungen übertragen.

Im unterenGehäusebereich werden keine Belastungen aufgenommen. SKF nutzte diese Gegebenheit und verzichtet in diesem Bereich auf die Bearbeitung. Durch die radiale Freistellung lässt sich die Montage der Lagereinheit leicht durchführen. Mit einem Keil wird die Lagereinheit beim Handling des montierten Radsatzes gesichert. Dieser Keil ist axial an das Gehäuse geschraubt.

Die CTBUs sind mit Endkappen zum Schutz des Dichtungssystems vor Verunreinigungen und anderen Beschädigungen an den Radsatzwellen befestigt.

• Zu den wichtigsten Vorzügen der neuen SKF Y25-Gehäusekonstruktion gehören:
  Gewichtsreduzierung im Vergleich zu früheren Bauformen (ca. 20 kg pro Radsatzlagerung bzw. 160 kg pro vierachsigen Waggon). Dadurch wird die unabgefederte Masse des Radsatzes um rund 4 % gesenkt, was zu einer höheren Laufleistung ebenso beiträgt wie zu weniger Rad- und Schienenverschleiß;
• vereinfachte Lagermontage, beide Hauptkomponenten – Lagereinheit und Achsgehäuse – haben weniger Teile;
• einfachere und unkompliziertere Montage, Demontage und Instandhaltung;
• niedrigere Lifecycle-Kosten dank längerer Wartungsintervalle;
• erhöhte Sicherheit und Zuverlässigkeit.

Anwendungsfälle

Die Praxiserfahrungen mit dieser innovativen Konstruktion für Schienenfahrzeuge im Güter- und Reisenzugverkehr haben äußerst positive Ergebnisse gebracht (siehe Evolution
3/2004).

SKF hat bereits mehrere Aufträge für die neue Y25- Radsatzlager-Konstruktion von verschiedenen Güterwagenherstellern und Eisenbahngesellschaften erhalten. Der größte Auftrag umfasst 14.000 Radsatzlager und CTBUs für eine neue Generation von Güterwagen der Ahaus Alstätter Eisenbahn AG (AAE). AAE ist europäischer Marktführer bei der Vermietung von Standardgüterwagen für den kombinierten und konventionellen Verkehr. Der Auftrag umfasst ein Servicepaket zur Inspektion und Wartung von Lagern. Diese neue Radsatzlager-Konstruktion wird der Standard bei AAE Güterwagen werden.