Radsatz- und Getriebelager Bis Tempo 400 mit der neusten Lagertechnik

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Im Schienenverkehr zählt Schnelligkeit und Energieeffizienz. Zu beidem tragen Wälzlager bei: Mit den neusten Radsatzlagern beschleunigen Schienenfahrzeuge auf bis zu 400 km/h. Werkstoffinnovationen strecken die Wartungsintervalle, reduzieren die Reibung und senken das Gewicht.

Wälzlager mögen unscheinbar im Antriebssystem verborgen sein, doch sie spielen eine große Rolle für die Leistung der Schienenfahrzeuge. Die neusten Radsatzlager und Getriebelager von Schaeffler, SKF und NSK ermöglichen schnellere Fahrten, längere Wartungsintervalle und weniger Energieverbrauch.

400 km/h – bald auch mit wartungsarmen Hybridlagern

Speziell für den Einsatz im Hochgeschwindigkeitsverkehr entwickelt Schaeffler eine Serie neuartiger Hochleistungs-Radsatzlager. Die Ingenieurinnen und Ingenieure des Unternehmen haben dabei nicht nur Regel-Geschwindigkeiten von bis zu 360 km/h im Blick, sondern auch die Wartungsintervalle: Neue Zylinderrollenlager mit optimiertem Reibungsverhalten, verbessertem Wälzkörper-Design und perspektivisch Keramikwälzkörpern erlauben im Vergleich zu aktuellen Drehgestellen mehr als doppelt so lange Wartungsintervalle – und senken damit die Total Cost of Ownership für die Bahnbetreiber.

Der Entwicklungspartner für derartige Hochleistungs-Radsatzlager ist Siemens Mobility. Bei einer Testfahrt bewährten sich die Radsatzlager bei einer Spitzengeschwindigkeit von 405 km/h. Die Unternehmen verwendeten als Erprobungsträger einen Hochgeschwindigkeitszug aus der Baureihe Velaro Novo mit einem ICE-S auf der Strecke Leipzig – Erfurt. 

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Reibungsarme Radsatzlager für schnelle Züge 

„Unser Ziel ist ein Lager für höchste Geschwindigkeiten bei besonders geringer Reibung“, sagt Dr. Michael Holzapfel, Global Sector Lead Rail bei Schaeffler. Das Unternehmen optimierte das Lagerinnendesign bezüglich der Reibung, was die Schmierfetttemperatur senkt und so die Einsatzdauer der Lager verlängert.

Der Velaro Novo wurde von Siemens Mobility auf einen wirtschaftlichen Betrieb über den gesamten Lebenszyklus ausgelegt. Ein wesentlicher Baustein des Hochgeschwindigkeitszugs ist die Umstellung auf innenliegende Radsatzlager. Diese Lageranordnung ermöglicht eine deutlich verbesserte Aerodynamik und Gewichtsreduzierung. Ziel der Ingenieurinnen und Ingenieure beider Unternehmen war für diese Lageranordnung eine möglichst lange Einsatzdauer zwischen zwei Wartungen. Deshalb setzt Schaeffler hier zukünftig auch auf Lagerungen mit Keramikwälzkörpern. Solche Hybridlager erreichen in der Regel eine mehr als doppelt so hohe Fettgebrauchsdauer wie vergleichbare Stahl-Lager. Betreiber profitieren von weniger Werkstattaufenthalten, geringeren Instandhaltungskosten und einer höheren Flottenverfügbarkeit.

Züge fahren sparsamer mit Keramik

SKF bewegt sich in eine ähnliche Richtung und bietet seine neusten Radsatzlager mit Siliziumnitrid-Wälzkörpern an: Bei der Entwicklung der hybriden Ceramic Rolling Unit (CRU) lag der Fokus auf möglichst geringer Reibung, um den Energieverbrauch der Schienenfahrzeuge zu drücken. Bei Energieeinsparungen im Schienenverkehr standen bislang meist Themen wie Aerodynamik oder das Gewicht der Fahrzeuge im Mittelpunkt. „Die meisten dieser großen Stellhebel wurden bereits genutzt“, erklärt Jan Babka, Global Manager Railway Application Competence bei SKF. „Deshalb müssen wir uns jetzt auf kleinere, weniger augenscheinliche Energieverlustquellen konzentrieren – etwa auf die Reibung in Achslagern.“

Da jeder Zug mit zahlreichen Lagern ausgestattet ist, beeinflusst die Lagerreibung direkt den Energieverbrauch. Die hybriden Lager von SKF sind 15 bis 20 Prozent leichter als reine Stahllager. Es tritt mindestens zehn Prozent weniger Reibung auf als in herkömmlichen Lagern, was (wie oben schon erwähnt) die Fettgebrauchsdauer und damit auch die Wartungsintervalle verlängert. Um die Reibungsverluste weiter zu vermindern, passte der Schweinfurter Hersteller die Makrogeometrie an, änderte die Oberflächenbeschaffenheiten und optimierte die Verteilung des Schmierstoffs. 

Wälzlager-Entwicklung

SKF bündelt Keramik-Forschung für bessere Hybridlager

Neben Hochgeschwindigkeitszügen eignet sich das neue reibungsarme, stromisolierte Lager auch für U-Bahn-Systeme, die häufig rund um die Uhr im Einsatz sind. Die dort eingesparten Reibungsverluste summieren sich im Laufe der Zeit zu erheblichen Energieeinsparungen.

Kunststoff-Käfig spart Energie und Bauraum

Keramik ist nicht die einzige Werkstoffinnovation für die Bahntechnik: SKF hat seine Zylinderrollenlager für Bahngetriebe mit einem Käfig aus PEEK ausgestattet – einem Hochleistungskunststoff, der bis zu 90 Prozent leichter ist als vergleichbare Messingkäfige.

Simulationen und anwendungsspezifische Tests bestätigten die Eignung der PEEK-Käfige für Bahngetriebe. „Sie wurden für einen zuverlässigen Betrieb und verlängerte Wartungsintervalle entwickelt und reduzieren Energieverluste, ohne zusätzliche Komplexität zu verursachen“, sagt Jochen Baum, Railway Engineering Manager Europe & Africabei SKF. Außerdem lassen sich damit kleinere Lager bauen, die gleiche oder sogar höhere Leistung bringen.

Komponenten und Systeme

Neue Produkte aus der mechanischen Antriebstechnik

PEEK ist ein Polymerwerkstoff, der seine mechanischen Eigenschaften auch unter anspruchsvollen Bedingungen beibehält. Er arbeitet in einem Temperaturbereich von -70 bis +240 °C. Die Umstellung auf PEEK ermöglicht den Verzicht auf Blei in diesen Produkten und leistet damit einen Beitrag zum Umweltschutz

Beschichtungen stoppen schädliche Kriechströme

NSK setzt in seinen Lagern für Schienenfahrzeuge ebenfalls Kunststoff und Keramik ein, genauer gesagt bietet das Unternehmen für Traktionsmotoren Zylinderrollenlager und Rillenkugellager mit isolierenden Beschichtungen an. Diese sind außerdem mit besonders festen Käfigen ausgestattet. Zum Schutz vor Elektroerosion beschichtet NSK den Außenring entweder mit Keramik oder PPS, einer mit Glasfaser verstärkten Beschichtung aus Polyphenylensulfid-Harz. Traktionsmotoren im Schienenverkehr sind hohen radialen und axialen Belastungen ausgesetzt und müssen oft starken elektrischen Strömen und hohen Drehzahlen standhalten.

Mit Hochgeschwindigkeits-Personenzügen hat sich das Unternehmen ebenfalls befasst: Für Achslager von Zügen, die bis zu 320 km/h fahren, entwickelte NSK die Sealed-Clean-RCT-Kegelrollenlager (Railway Cartridge Tapered) mit drehbarer Endkappe. Die Radsatzlager haben sich in mehreren europäischen Hochgeschwindigkeitsbahnprojekten bewährt. Entscheidend für die Lebensdauer der Lagereinheiten ist die Dichtungslösung. 

Fahrzeugbau

8 Produkte für Schienen- und Nutzfahrzeuge

Speziell für die Getriebe in Schienenfahrzeugen hat der Hersteller außerdem eine Baureihe von Kegelrollenlagern mit einem speziell verstärkten Käfig (breiterer Querschnitt) entwickelt, die eine robuste Leistung und längere Lebensdauer in Getrieben gewährleisten. Diese Lösung wird in Japan bereits mit Erfolg eingesetzt und wird in Europa zunehmend beliebter. (dm)