Lagertechnik Die richtigen Wälzlager für Hochgeschwindigkeitszüge

Von Klaus Sausele

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Hohe Drehzahlen, extrem lange Lebensdauer, herausfordernde Umgebungsbedingungen, möglichst minimaler Wartungsaufwand: Die Anforderungen an Wälzlager für Schienenfahrzeuge sind hoch – vor allem wenn es um Hochgeschwindigkeitszüge geht.

Auch europäische Hochgeschwindigkeitszüge – hier der französische TGV – fahren mit NSK-Radsatzlagern.
Auch europäische Hochgeschwindigkeitszüge – hier der französische TGV – fahren mit NSK-Radsatzlagern.
(Bild: SNCF)

Radlager für Schienenfahrzeuge sind eine der anspruchsvollsten Anwendungen im gesamte Fahrzeug- und Maschinenbau. Aus Gründen der Betriebssicherheit und Verfügbarkeit müssen insbesondere die Lagerungen in den Radsätzen zu 100 Prozent ausfallsicher sein.

Außerdem erreichen die Züge sehr hohe Laufleistungen in vergleichsweise kurzer Zeit, und die Belastungen, die auf die Lager wirken, beanspruchen die Lager stark. Neben Radial- und Axialkräften sind hier auch die Stöße und Vibrationen zu berücksichtigen, die in hoher Frequenz beim Rad-Schiene-Kontakt auftreten.

Besonders hoch sind die Anforderungen bei Hochgeschwindigkeitszügen. Seit mehr als neunzig Jahren entwickelt und produziert NSK Wälzlager für Schienenfahrzeuge und rüstet seit 1964 – das heißt: von Beginn an bis heute – die verschiedenen Generationen der japanischen Shinkansen-Hochgeschwindigkeitszüge mit Radsatzlagern aus.

In Europa ist NSK unter anderem mit den Radsatzlagern für den TGV vertreten. Ein weiteres europäisches Projekt bei Hochgeschwindigkeitszügen ist der von Hitachi gefertigte britische Intercity Express, für den NSK ebenfalls die Radsatzlager fertigt. Aber auch bei Getriebelagern und Lagern für Fahrmotoren kann das Unternehmen auf jahrzehntelange Eisenbahntechnik-Expertise zurückgreifen.

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Lager nehmen komplexe Belastungen auf

Auf der Innotrans, die vom 20. bis 23. September in Berlin stattfindet, wird NSK diese Expertise in Halle 20 am Stand 260 zeigen – mit der RCT-Baureihe als neuester Generation der Radsatzlager. Die Sealed-Clean-Kegelrollenlager der RCT-Baureihe zeichnen sich unter anderem durch hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer und ein hohes Maß an Betriebssicherheit aus.

Die RCT-Lager sind bestmöglich in die Umgebungskonstruktion integriert. Die hoch wirksamen Dichtungen ermöglichen eine lange Lebensdauer bei gleichbleibend hoher Leistung. Darüber hinaus können diese Lager komplexe Belastungen aufnehmen, wie sie im Betrieb von Schienenfahrzeugen auftreten, zum Beispiel Kombinationen aus hohen Stoßbelastungen, statischen und dynamischen Radiallasten sowie Axiallasten.

Wälzlager für Traktionsmotoren

Zum „Railway“-Programm von NSK gehören nicht nur Radsatzlager, sondern auch Wälzlager für die Drehstrom-Traktionsmotoren der Schienenfahrzeuge. Hier haben die Konstrukteure eine besondere Aufgabe zu lösen: Die Lager müssen eine stromisolierende Wirkung haben, weil Ströme, die durch das Lager fließen, zu Elektrokorrosion an den Lagerlaufbahnen und den Wälzkörpern und damit zu vorzeitigem Lagerausfall führen können. Deshalb ist die elektrische Isolierung eine zentrale Anforderung an Traktionsmotorlager.

NSK bietet verschiedene Baureihen von stromisolierten Lagern an, um diese Herausforderung zu meistern – zum Beispiel Zylinderrollenlager und Rillenkugellager, auf deren Außenringe mit dem Plasmaspritzverfahren eine Keramikbeschichtung auf Aluminiumoxidbasis aufgebracht wird. Diese isolierende Schicht weist eine hohe mechanische Festigkeit auf. Sie hält hohen Belastungen stand und verhindert jegliche Art der Elektrokorrosion. Das hier eingesetzte Keramikbeschichtungsverfahren von NSK bewährt sich ebenfalls tagtäglich in Japans Shinkansen-Hochgeschwindigkeitszügen.

Das Keramikbeschichtungsverfahren von NSK bewährt sich tagtäglich in Japans Shinkansen-Hochgeschwindigkeitszügen.

Hybrid-Rillenkugellager mit Keramikkugeln

Eine NSK-Neuheit für Traktionsmotoren sind Hybrid-Rillenkugellager mit Keramikkugeln als Wälzkörper. Sie eignen sich für Anwendungen, bei denen eine hochwirksame elektrische Isolierung erforderlich ist und/oder bei denen hohe Geschwindigkeiten vorherrschen.

Die Hybrid-Rillenkugellager von NSK sind ebenso belastbar wie herkömmliche Wälzlager mit Kugeln aus Wälzlagerstahl. Die Reibung zwischen Laufbahn und Wälzkörpern ist jedoch geringer, und im Betrieb entstehen geringere Zentrifugalkräfte. Das erhöht die Lebensdauer, und eine deutlich verlängerte Fettgebrauchsdauer reduziert die Instandhaltungskosten.

PPS-isolierte Lager

Ein weitere Baureihe, die für Bahn-Anwendungen interessant ist, sind PPS-isolierte Lager. Hier dient eine isolierende Beschichtung aus glasfaserverstärktem Polyphenylensulfid (PPS) auf den Außen- und Seitenflächen des Lageraußenrings als Schutz vor Elektrokorrosion. Die physikalischen Eigenschaften von PPS sind etwas ungünstiger als die von Lagern mit Keramikbeschichtung, aber aufgrund des Kostenvorteils ist diese Lagerbaureihe ideal für die Traktions-Wechselstrommotoren der neuen Generationen konventioneller Züge.

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Getriebelager für Schienenfahrzeuge

Auch das aktuelle Programm an Getriebelagern für Schienenfahrzeuge stellt NSK auf der Innotrans vor – und zwar am Beispiel eines Getriebemodells, das mit unterschiedlichen Wälzlagern ausgestattet ist. Diese Lager eignen sich für viele Getriebetypen. Sie zeichnen sich unter anderem durch eine hohe Stoß- und Vibrationsfestigkeit und geringe Wärmeentwicklung aus. NSK liefert seit vielen Jahren Kegelrollenlager für schrägverzahnte Getriebe in Japans Hochgeschwindigkeitszügen und verstärkt auch an europäische Hersteller von Schienenfahrzeugen.

* Klaus Sausele ist Sector Manager Wind Energy and Railways in der European Industrial Business Unit bei der NSK Deutschland GmbH.

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