Il bloccaggio e lo slittamento delle ruote dei veicoli ferroviari si può evitare utilizzando sistemi simili agli ABS impiegati su auto e autocarri, sistemi che la SKF ha sviluppato per adattarli alle esigenze delle ferrovie.Molti veicoli ferroviari progettati per le alte velocità sono dotati di sistemi per la protezione contro il bloccaggio e lo slittamento delle ruote durante la frenatura. In linea di principio si tratta di sistemi che intervengono in modo analogo a quelli ABS previsti su auto e autocarri e che la SKF ha ulteriormente sviluppato per soddisfare le specifiche esigenze delle ferrovie.
   Alla base del sistema è l’integrazione cuscinetto-sensore. I tecnici SKF hanno messo in campo tutti i loro sforzi e la loro esperienza per trovare il metodo migliore per introdurre tale tecnologia nei cuscinetti per le ferrovie.
   La scelta di un sistema ottimale di sensori parte da procedure di prova selettive condotte in laboratorio sulle boccole ferroviarie. I primi sensori di velocità sono stati sperimentati su carrozze passeggeri nel 1990 e, a partire dal 1991, sono stati applicati su carrozze in servizio regolare.
   Lo sviluppo è continuato estendendosi alle unità cuscinetto sensorizzate, che stanno diventando sempre più componenti standard dei veicoli moderni. Grazie all’intenso lavoro di sviluppo, il sistema sensorizzato SKF offre una vasta gamma di vantaggi, dando la possibilità di rilevare:

• la velocità di rotazione
• la temperatura dei cuscinetti
• il senso di rotazione
• le percorrenze per i sistemi automatici di controllo quali l’European Railway Traffic Management System (ERTMS) e l’italiano Sistema di controllo movimentazione treno (SCMT)
• le accelerazioni verticali e/o laterali.

I sensori SKF sono del tipo approvato dall’Union Internationale des Chemins de Fer. I segnali sono trasmessi alle unità elettroniche di controllo prodotte da diverse aziende.

Vantaggi per gli utilizzatori
Per gli utilizzatori ci sono diversi vantaggi nell’uso di sensori integrati per il rilevamento di velocità e senso di rotazione. I più importanti sono la riduzione dell’ingombro, dei pesi e del numero di componenti. Il sensore è inoltre di facile installazione, essendo combinabile con i sistemi per il ritorno di corrente. Anche la manutenzione risulta semplificata. I sensori integrati offrono anche prestazioni migliori e durature. Tutto ciò contribuisce a realizzare risparmi sui costi globali di esercizio.
   I sensori offrono anche altri vantaggi, grazie alla possibilità di tenere costantemente sotto controllo le condizioni in cui si trovano i cuscinetti, in base alle quali si possono fissare gli intervalli di manutenzione. Oltre alla riduzione dei costi globali di esercizio si migliora la sicurezza e si garantiscono migliori prestazioni, grazie alla versatilità di questi dispositivi.
   Il funzionamento di un sensore di velocità si basa sulla misurazione senza contatto della variazione del flusso magnetico di un generatore di impulsi anulare. A seconda delle esigenze del cliente sono previste tre configurazioni:

• magnetoresistore passivo singolo, basato su una variazione ohmica che genera una forma d’onda sinusoidale.
• magnetoresistore attivo a ponte intero, che genera un segnale di uscita a variazione di corrente con forma d’onda digitale quadrata.
• magnetoresistore attivo a ponte intero, che genera un segnale di uscita a variazione di tensione con forma d’onda digitale quadrata.

Versatilità
La misurazione della temperatura del cuscinetto si effettua con un sensore apposito, sistemato all’interno del contenitore su cui è installato il sensore di velocità SKF. In tal modo è possibile il rilevamento diretto della temperatura del cuscinetto in tempo reale.
   Utilizzando un circuito elettrico basato su un magnetoresistore passivo doppio o su un magnetoresistore a ponte intero doppio, si può anche rilevare il senso di rotazione.
   Il sistema di sicurezza riceve i segnali via radio dalla linea tra le due rotaie e determina la massima velocità ammessa per ciascun segmento di binario, regolando e limitando in modo costante la velocità del treno. I sensori integrati per i sistemi ERTMS e SCMT hanno compiti molto impegnativi che vengono imposti dalle autorità ferroviarie per i rilevamenti di posizione, velocità e senso di rotazione.
   I sistemi importanti per la sicurezza, quali i tachigrafi, utilizzano sensori di velocità per registrare velocità e percorrenza.
   La SKF ha realizzato un sensore per rilevare le accelerazioni assiali e/o verticali, il quale, anche in questo caso, è alloggiato in un contenitore leggero e compatto, fissato al sistema di tenuta del cuscinetto. Il segnale di vibrazione, opportunamente elaborato, fornisce una vera e propria «impronta», utilizzabile per caratterizzare il comportamento del cuscinetto nel tempo. E’ così possibile accorgersi in tempo di anomalie che diversamente si potrebbero rilevare solo ad uno stadio avanzato con misurazioni di temperatura. Il tempestivo riconoscimento di tali anomalie è di grande aiuto nella manutenzione ed evita le interruzioni di servizio non programmate. Per i particolari sul sistema «BoMo» di analisi predittiva di monitoraggio dei carrelli si rimanda al numero 1/2000 di Evolution, pagg. 21–24.
   Il controllo delle vibrazioni va oltre lo stesso cuscinetto: infatti è anche possibile verificare online i difetti di rotondità delle ruote, con la possibilità di ridurre la necessità di ispezioni periodiche. Il controllo continuo delle vibrazioni da bordo è un altro elemento essenziale per la sicurezza, stante la possibilità di rilevare comportamenti dinamici anomali che possono arrivare fino al deragliamento del carrello.

Varie applicazioni
Sensori integrati sono già applicati sui treni ad alta velocità ad assetto variabile della famiglia del Pendolino, in esercizio in Italia, Repubblica Ceca, Francia, Portogallo, Slovenia e Svizzera, come pure sui treni italiani ad alta velocità ETR 500, nonché su varie locomotive e convogli italiani e britannici. Un altro campo di applicazione di unità cuscinetto SKF con sensori integrati è quello dei trasporti di massa, di cui abbiamo esempi a Catania, Guangzhou e Praga e, per quanto riguarda i tram a pianale ribassato, a Linz, Lodz e Torino.
   I sensori seguono da vicino lo sviluppo delle unità cuscinetto, le quali si stanno evolvendo verso soluzioni compatte, quali le Compact TBU, che sono state descritte nel numero 1-2002 di Evolution, pag. 26-30. L’ultima fase di sviluppo dei sensori integrati è una versione appositamente prevista per tali unità cuscinetto.

Gottfried Kuře  
SKF Global Railway Marketing; SKF Österreich AG, Steyr, Austria;  
Maurizio Martinetti  
responsabile per le TBU e lo sviluppo dei sensori, SKF Industrie S.p.A., Villar Perosa, Italia  
e Roberto Moretti  
responsabile per lo sviluppo dei sensori, SKF Industrie S.p.A., Airasca, Italia.