Per consentire un agevole accesso ai passeggeri i tram di oggi sono prevalentemente a pianale ribassato. In questo settore, il Gruppo Siemens costruisce veicoli ferroviari leggeri LRV (Light Rail Vehicle) e il tram modulare Combino®, in cui i carrelli sono abbinati a un ponte-assale molto sofisticato (fig. 1) e completamente integrati nel corpo del veicolo. La Siemens Transportation Systems è uno dei principali fornitori di sistemi ferroviari del mondo.

A metà degli anni ‘90, la Siemens Transportation decise di concentrare tutta la produzione di componenti per carrelli presso la Siemens SGP di Graz, in Austria, dove oggi si producono più di 3.000 carrelli all’anno, per treni ad alta velocità, locomotive, metropolitane, carrozze passeggeri, veicoli leggeri e tram a pianale ribassato.

Il sistema Combino
Il sistema modulare Combino è stato elaborato dalla Siemens per i tram e i veicoli leggeri, che hanno il pianale ribassato per l’intera loro lunghezza. Questo sistema offre l’opportunità di adattare la configurazione del veicolo alle specifiche esigenze delle società di trasporto delle varie città, semplicemente variando le dimensioni in lunghezza e larghezza dei vari moduli e la sistemazione dei due tipi di carrelli (fig. 2).

Dal 1997 sono stati venduti più di 600 convogli Combino in 16 città di nove paesi. La Siemens è leader mondiale nel settore dei tram a pianale ribassato, con una quota di mercato di circa il 40 % negli ultimi cinque anni. Più di 360 convogli sono per treni pendolari. Circa il 70 % dei Combino sono prodotti con lo scartamento standard (1.435 mm) e il restante con quello da un metro.

Il pianale ribassato, quando percorre l’intera lunghezza dei moderni tram e dei veicoli leggeri, ha di solito un’altezza di circa 350 mm rispetto alle rotaie e non deve presentare gradini o rampe di accesso. Di conseguenza c’è pochissimo spazio per sistemare i componenti per la propulsione e i carrelli. Oltre alla necessità di avere prestazioni sempre migliori, questa esigenza pone grandi sfide nelle attività di sviluppo.

Come del resto l’intero convoglio, i carrelli SF 30 del Combino sono studiati per offrire un elevato grado di modularità. Sia i carrelli motorizzati sia quelli trainati sono muniti di un particolare assale a gomito che permette di tenere abbassato il piano per tutta la lunghezza, evitando gradini o rampe di accesso. Nei carrelli motori le ruote sono azionate da un sistema di ingranaggi che aziona un albero cavo collegato alle ruote stesse con un giunto elastico a stella. La coppia viene trasmessa da un motore di trazione longitudinale, munito di ingranaggi alle estremità.

Sull’assale trainato è sistemato un freno a disco flangiato, fissato alla ruota con due aste di guida, atte a reggere l’assale stesso durante la frenatura. Inoltre sull’assale di entrambi i tipi di carrello, è montato un disco magnetico per la frenatura di emergenza.

Per i convogli Combino destinati ad Amsterdam e Melbourne, la Siemens SGP ha richiesto un ponte-assale completamente nuovo e più sofisticato, con caratteristiche più avanzate (fig. 3, fig. 4 e tabella 1), in particolare con:

• la stessa interfaccia con i diversi sistemi di ruote sospese su gomma, per permettere la modularità dell’assale;
• un peso minore;
• una manutenzione ridotta;
• le stesse interfacce con il resto del carrello;
• soluzioni logistiche vantaggiose.

Esecuzione del ponte-assale
Il ponte-assale originario utilizzato per le precedenti applicazioni era costituito da due pezzi fucinati, saldati a un tubo rettangolare. Dopo aver valutato diverse possibili soluzioni, la SKF scelse un assale in acciaio fuso, che offre affidabilità e leggerezza. La fase di ottimizzazione del progetto venne portata avanti congiuntamente dalla Siemens SGP e dai fornitori di ruote, giunti, ritorni a massa e freni e dalle aziende a cui sono di solito affidate le operazioni di fusione e lavorazione meccanica.

Il calcolo è iniziato con un processo di reversed engineering e con un’analisi FEM dei disegni esistenti (fig. 6). Ne è scaturita una nuova  proposta che si è cercato di ottimizzare passo dopo passo. La conferma dei calcoli delle vibrazioni e delle sollecitazioni è stata data da un istituto indipendente che ha eseguito prove di fatica con 10 milioni di cicli di lavoro, in conformità con le norme UIC (Union Internationale des Chemins de Fer) 615-4.

Il cuore del ponte-assale è il sistema integrato di cuscinetti. In linea di principio, ci sono due applicazioni, con due diversi tipi di carico:

• Carrelli motori con motore di trazione longitudinale sospeso e riduttori laterali, che comandano una coppia di ruote situate sulla stessa rotaia. Per tale applicazione, sono previsti due cuscinetti a rulli conici, uno piccolo e uno grande.
• Per i carrelli trainati, sono state scelte unità stagne e prelubrificate a rulli conici (fig. 7).

Per permettere il passaggio della corrente dal corpo del veicolo alle rotaie tramite il carrello e le ruote occorrono sistemi di ritorno a massa. In alcuni casi ne occorrono due, specialmente se le due rotaie sono isolate elettricamente per il controllo del veicolo e del sistema dei segnali. Per proteggere i cuscinetti dal passaggio delle corrente ed evitare danneggiamenti ai rulli e alle piste, si possono prevedere i cuscinetti INSOCOAT® che sono ormai già ben sperimentati. Tali cuscinetti hanno l’anello esterno rivestito di ceramica e rappresentano una soluzione molto economica ed affidabile.

La SKF fornisce alla Siemens SGP un sotto-insieme già pronto per il montaggio, compreso il ponte-assale con integrato il sistema di cuscinetti e i componenti già montati, quali ruote, giunti, ritorni a massa e freni. In tal modo il cliente riesce a risparmiare sui sistemi di logistica, dato che i vari passaggi sono molto semplificati (fig. 8).

Applicazioni
L’Amsterdam Transit Authority GVB ha ordinato alla Siemens 155 veicoli leggeri con pianale ribassato tipo Combino. Non è però solo il più grande ordine di Combino mai ricevuto fino a oggi dal Transportation Systems Group della Siemens, ma segna uno dei più significativi successi nel settore dei LRV nel mondo. La prima unità era stata consegnata ad un operatore olandese a novembre del 2001, dopo una fase di prova durata cinque settimane presso il centro Siemens di Wegberg-Wildenrath (fig. 9). Hanno poi fatto seguito tre unità ogni due settimane. Questa rapidità di consegne è stata resa possibile dalle caratteristiche modulari del Combino, una specie di «scatola delle costruzioni» fatta di componenti di provata efficienza.

La frequenza dei passaggi nel traffico urbano durante le ore di punta è prevista di ogni due o tre minuti. La massima velocità raggiungibile è di 70 km/h. Con una lunghezza di 29 metri questo tipo di Combino ha 67 posti a sedere e 120 in piedi. Ad Amsterdam, il numero di convogli in servizio è di circa 70 unità.

L’operatore australiano di Melbourne «Swanston Trams» ha fatto un ordine di 59 tram Combino a piano ribassato, 38 dei quali a tre sezioni e 21 a cinque. Per tali tram, la Siemens ha anche acquisito un contratto di servizio e manutenzione che coprirà un arco iniziale di 15 anni. I primi tram sono entrati in servizio nel 2002.

Le unità Combino per Melbourne sono lunghe 20 o 30 metri e sono bidirezionali (fig.10). Nelle ore di punta, il Combino offre 54 posti a sedere. I nuovi tram offrono l’opportunità di incrementare la capacità di trasporto e nello stesso tempo di attrarre un maggior numero di persone verso il trasporto pubblico.

Prospettive
Recentemente la Siemens ha realizzato un’altra famiglia di veicoli leggeri denominata Avanto/S 70, con un pianale ribassato per il 70 % della lunghezza. I veicoli Avanto/S 70 sono previsti per una velocità massima di 106 km/h. I primi entreranno in servizio a Houston, nel Texas, a gennaio del 2004. Altri due contratti sono stati stipulati con Parigi e San Diego in California. Lo scorso anno, un altro ponte-assale simile per carrelli trainati è stato sviluppato congiuntamente dalla SKF e dalla Siemens SGP (fig. 11).