Schlupf oder Blockieren der Räder in Schienenfahrzeugen lässt sich mit einem System verhindern, vergleichbar mit dem ABS in Kraftfahrzeugen. SKF hat die erforderlichen Sensoren für die Eisenbahnindustrie entwickeltDie meisten Eisenbahnwagen für höhere Geschwindigkeiten sind heute mit einem Anti-Schlupf-System ausgestattet, das Durchrutschen oder Blockieren der Räder beim Bremsen verhindert. Solche Systeme funktionieren ähnlich wie ABS im Auto. SKF hat diese Technik speziell für die Anforderungen von Eisenbahnen weiterentwickelt.
   Das Kernstück des Systems sind die in die Lagerungen integrierten Sensoren mit der zugehörigen Sensortechnik. In langwierigen Untersuchungen haben die SKF Ingenieure herausgefunden, wie man diese Technik am besten in Lagerungen für Eisenbahnen integrieren kann.
   In Auswahltests an typischen Radsatzlagern unter Laborbedingungen wurde der am besten geeignete Sensor bestimmt. 1990 wurden die ersten Drehzahlsensoren in Personenzügen im Testbetrieb eingebaut, seit 1991 sind sie im regulären Einsatz.
   In modernen Schienenfahrzeugen sind Sensorlagerungen inzwischen Standard geworden. Dank stetiger Weiterentwicklung können SKF Sensorlager eine große Zahl von Parametern aufnehmen:

• Drehzahl
• Lagertemperatur
• Drehrichtung
• Wegmessung für automatische Zugsteuerungen wie European Railway Traffic Management System (ERTMS) (europaweit) und Sistem controllo movimentazione treno (SCMT) (Italien)
• Vertikale bzw. seitliche Beschleunigung.

Die SKF Sensoren sind von der „Union Internationale des Chemins de Fer“ freigegeben. Die Ausgangssignale des Sensors werden in der elektronischen Steuerung weiterverarbeitet. Verschiedene Systemlieferanten bieten solche Steuerungen an.

Der Kundennutzen
Integrierte Drehzahl-/Drehrichtungssensoren bieten für den Anwender viele Vorteile. Am wichtigsten sind die Einsparungen an Gewicht, Bauraum und Bauteilen. In Verbindung mit einer Erdungsbürste lassen sie sich einfach einbauen, installieren und warten. Auch tragen integrierte Sensoren durch ihre größere Leistungsfähigkeit und längere Gebrauchsdauer zu einer geringeren Kostenbelastung über die gesamte Lebensdauer der Lagerung bei.
   Überwachungssensoren ermöglichen die kontinuierliche Erfassung und Überwachung des Lagerzustands. Anhand der Messwerte können dann die Wartungsintervalle gezielt festgelegt werden. Insgesamt bringt der Einsatz eines Zustandsüberwachungssystems höhere Leistungsfähigkeit, mehr Sicherheit und dadurch geringere Kosten.
   Der Drehzahlsensor misst berührungslos die Veränderung des Magnetflusses im umlaufenden Impulsring. Aktive Sensoren haben eine eigene Energieversorgung, passive nicht. Je nach Vorgabe des Kunden sind drei verschiedene Verfahren möglich:

• Einzelner passiver Magnetwiderstand, Widerstandsänderung mit sinusförmigem Verlauf;
• Aktiver Vollbrücken-Magnetwiderstand, Stromübergang mit rechteckigem digitalem Übergangssignal;
• Aktiver Vollbrücken-Magnetwiderstand, Spannungsübergang mit rechteckigem digitalem Übergangssignal.

Viele Parameter
Die heutigen Sensoren können eine ganze Reihe von Parametern erfassen. Die Lagertemperatur wird über einen Temperatursensor direkt und in Echtzeit gemessen. Mit einem elektrischen Schaltkreis, der auf einem doppelten passiven Magnetwiderstand oder einem aktiven Vollbrückenwiderstand basiert, lässt sich auch die Drehrichtung bestimmen.
   Das Sicherungssystem wird über Funksignale von Datentransmittern zwischen den beiden Schienen gesteuert. Es empfängt für jeden Streckenabschnitt die zulässige Höchstgeschwindigkeit des Zuges und regelt entsprechend die Fahrgeschwindigkeit. Der integrierte Sensor für das ERTMS- und das SCMT-System muss beim Erkennen von Position, Drehzahl und Drehrichtung in der Lagerung im Schienenfahrzeug den strengen Anforderungen der Eisenbahn-Aufsichtsbehörden genügen. Bei den sicherheitsrelevanten Tachographensystemen liefert der Drehzahlsensor das Eingangssignal für die Erfassung der Geschwindigkeit und der zurückgelegten Strecke.
   SKF hat ein neues Konzept für einen Schwingungssensor entwickelt, der auch axiale und vertikale Beschleunigungen aufnimmt. Dabei sind alle Sensoren in einem kompakten und leichten Sensorgehäuse untergebracht, das an der Dichtung befestigt ist. Das verarbeitete Schwingungssignal ist praktisch wie ein Fingerabdruck eines Lagers, der Rückschlüsse auf den Betriebszustand zulässt. So werden Fehler und Verschleiß wesentlich früher entdeckt, als das mit der herkömmlichen Temperaturmessung allein möglich wäre. Das frühzeitige Erkennen solcher Zustände bereits vor dem Ausfall hilft, die Instandhaltung besser zu organisieren, und verhindert unplanmäßigen Maschinenstillstand. Weitere Angaben zu BoMo (Bogie Monitoring), dem Überwachungssystem für Drehgestelle, finden Sie in Evolution 1/2001, Seite 21–24.
   Die Schwingungsüberwachung beschränkt sich nicht allein auf das Lager: Unrundheit und Laufflächenfehler des Rades können online festgestellt werden, was bedeutet, dass die Räder seltener überprüft werden müssen. Die laufende Überwachung an Bord des Zuges bietet größere Sicherheit, weil man sofort den gefährlichen Zustand erkennen kann, wenn ein Radsatz nicht mehr in den Schienen läuft.

Verschiedene Anwendungen
   Integrierte Sensoren finden in Hochgeschwindigkeitszügen wie den in Italien, Tschechien, Frankreich, Portugal, Slowenien und der Schweiz eingesetzten Pendolino-Neigezügen Anwendung. Auch die italienischen Hochgeschwindigkeitszüge ETR 500 laufen mit so ausgestatteten Lagerungen, genauso wie verschiedene Lokomotiven und Triebwagen in Italien und Großbritannien. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist der Stadtverkehr: U-Bahnen in Catania, Guangzhou und Prag und Niederflur-Straßenbahnen in Linz, Lodz und Turin sind mit SKF Lagerungen mit integriertem Sensor ausgestattet.
   Die Weiterentwicklung der Sensoren hängt natürlich auch vom mechanischen Lagerungskonzept ab, das heute sehr stark in Richtung optimierter, kompakter Konstruktionen geht. Ein Beispiel ist die kompakte Kegelrollenlagereinheit Compact Taper Bearing Unit (Compact TBU). Die jüngste SKF Entwicklung ist ein Kompaktsensor, integriert in eine Compact TBU. Das genaue Konzept der Compact TBU finden Sie in Evolution 1-2002, Seite 26–30.

TECHNISCHE DATEN

Gottfried Kuře  
SKF Global Railway Marketing; SKF Österreich AG, Steyr, Österreich;  
Maurizio Martinetti  
Manager TBU- und Sensorentwicklung, SKF Industrie S.p.A., Villar Perosa, Italien;  
und Roberto Moretti  
Manager Sensorentwicklung, SKF Industrie S.p.A., Airasca, Italien