Neigungssystem Wie der Shinkansen bei 360 km/h nicht ins Pendeln kommt

Vollelektrisch statt mit Öldämpfer: Hochgeschwindigkeitszüge brauchen viel Kraft, um die Wagen in Kurven stabil zu halten. Mit elektromechanischen Aktuatoren und Antrieben von Moog fürs aktive Neigungssystem pendelt der Shinkansen um bis zu 50 Prozent weniger.

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Hochgeschwindigkeitszüge brauchen ein System, um auf Fahrzeugneigung oder auch das sogenannte Fahrzeugpendeln Einfluss zu nehmen. Sonst wird jeder Fahrgast in Kurven durch die Zentripetalkraft in den Sitz gedrückt. Das wird als unangenehm und wenig komfortabel empfunden. Gleiches gilt für Vibrationen im Waggon. Bislang verwenden verschiedene japanische Bahnbetreiber in ihren Zügen lediglich eine halb-aktive Pendelregelung, die sich auf einen variablen Öldämpfer stützt.

Als jedoch die East Japan Railway Company beschloss, die Höchstgeschwindigkeit ihrer Shinkansen-Züge auf 360 km/h zu erhöhen, funktionierte die Grundabstimmung dieses Systems nicht mehr: Die Ingenieure mussten mehr Kraft über ein breiteres Frequenzband aufbringen, um Vi­brationen und Pendelbewegungen für die Passagiere zu reduzieren. Das war mit bisheriger Technologie nicht mehr zu leisten, zumal es auch darum ging, den Komfort und die Stabilität der Hochgeschwindigkeitszüge zusätzlich kontinuierlich zu verbessern.

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Bis zu 50 % weniger Pendelbewegungen

Bei dieser Aufgabe unterstützt Moog die East Japan Railway Company mit elektromechanischen Aktuatoren, Planetenrollengewindetrieben und Antriebssystemen für das aktive Neigungsregelungssystem der Zugserien E5 und E6. Das vollelektrische System reduziert die Pendelbewegungen um bis zu 50 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen pneumatischen und hydraulischen Lösungen.

Moog zufolge ist der Electro Mechanical Actuator (EMA) dabei reaktionsschneller und stellt höhere Kräfte bereit. Die Kompaktheit des Gehäuses für das Steuerungssystem war ein weiterer ausschlaggebender Faktor für die erneute Zusammenarbeit des Betreiberunternehmens mit Moog, einem weltweiten Entwickler, Hersteller und Integrator von Präzisionssteuerungskomponenten und -systemen.

Und noch ein Aspekt: Elektromechanische Systeme benötigen wesentlich weniger Komponenten. Die alten oleopneumatischen Pendelregelungen zu ersetzen, resultiert auf diese Weise auch in höherer Zuverlässigkeit und reduziertem Wartungsaufwand.

Den Bewegungen entgegenwirken

Und so funktioniert die Lösung im Detail: Sobald ein Beschleunigungsmesser ein seitliches Pendeln/Neigen eines Zugwagens erkennt, sei es aufgrund der Schienen, des Luftstroms oder anderer Faktoren, wird in den aktuellen Systemen umgehend die notwendige Kraft berechnet, um der Bewegung entgegenzuwirken. Diese Information wird unmittelbar von der Steuerung an den Moog-Motor in den EMA gesendet, der sie umsetzt. Jeder Radsatz im Zug verfügt über einen EMA sowie einen passiven Dämpfer, um seitliche Pendelbewegungen oder Vibration zu dämpfen. Zu einem Radsatz zählen das Drehgestell oder Chassis mit zwei Achsen und vier Rädern.

Kernstück jeder EMA-Einheit ist ein Moog-Rollengewindetrieb. Diese Spindeln bieten durch die Anzahl der Kontaktpunkte zwischen den Rollen und der Leitspindel eine hohe mechanische Steifigkeit und Bewegungspräzision. Dadurch kann der Aktuator höhere Lasten tragen als herkömmliche Linearaktuatoren, die größer bemessen sind und Moog zufolge oft Überhitzungsprobleme aufweisen.

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