Os novos trens da Deutsche Bahn operam de maneira mais eficiente e duradoura com as tecnologias avançadas da SKF

2017 Junho 13, 13:00 CEST

O conhecimento da SKF em projeto do rolamento e integração ajudou a Siemens e a Bombardier a criar uma nova geração de trens de passageiros confiável e altamente eficiente para a Deutsche Bahn, operadora nacional de trens da Alemanha.

Gotemburgo, Suécia, 13 de junho de 2017: O trem de passageiros ICE 4 será a base da rede de longa distância da Deutsche Bahn (DB). O novo trem foi projetado usando um conceito modular que permite a reconfiguração para adaptar-se a uma ampla variedade de aplicações diferentes na malha ferroviária alemã. A SKF está envolvida no projeto de 6 bilhões de euros desde 2012, trabalhando diretamente com a Siemens, fabricante do novo trem, e a Bombardier, fornecedora dos truques de reboque e vagões.

Atender às exigentes especificações de desempenho e confiabilidade do ICE 4 nos apresentou uma série de desafios. O novo trem funcionará regularmente a 250 km/h. Naturalmente, cada componente usado no trem deve atender a critérios de segurança rigorosos, mas a DB também precisa manter um controle rígido sobre os custos operacionais. Isso exigiu que os projetistas maximizassem a eficiência energética e minimizassem os requisitos da manutenção de rotina.

Integração de sensor inteligente
Fornecidos pela Bombardier, os truques de reboque, chamados de BOMBARDIER FLEXX Eco, usam um arranjo de rolamentos interno que possibilita peso e consumo de energia menores. Para essa aplicação, a SKF desenvolveu uma unidade de rolamento de rolos cônicos especial (TBU) com sensores integrados para monitorar a velocidade e o sentido da rotação de cada conjunto de rodas. Montar os sensores na própria unidade de rolamento minimiza o espaço necessário para o conjunto inteiro, uma característica importante na configuração interna, em que o espaço é limitado. Usados no controle do sistema de freios do trem, os sinais gerados pelos sensores foram especialmente personalizados para atender aos requisitos do cliente. O caráter crítico da segurança nessa aplicação exige níveis de redundância. Por esse motivo, as unidades de rolamento em cada eixo são equipadas com sensores duplos. Um sensor adicional em cada rolamento monitora a temperatura operacional, fornecendo um importante indicador de alerta antecipado caso haja um aumento de temperatura.

“A configuração interna de rolamento é relativamente nova em aplicações de alta velocidade; portanto, exige uma tecnologia nova”, afirma Wolfgang Schatzer, gerente de contas estratégicas para o setor ferroviário na SKF. “O tamanho do eixo e as cargas envolvidas exigem um rolamento singularmente grande. O diâmetro interno está na faixa dos 180 mm, em comparação aos 150 mm normalmente usados em arranjos de rolamentos internos, mas essa é uma área na qual a SKF possui muita experiência e conhecimento.”

Intervalos de manutenção estendidos
Os trens intermunicipais modernos devem atender a critérios altamente complexos para confiabilidade, junto com intervalos longos entre as manutenções. As especificações do cliente exigiam uma vida útil de rolamento calculada de 3,3 milhões de quilômetros. “O total da vida útil operacional do rolamento é importante, mas reduzir o custo de propriedade e o período entre as operações de manutenção pode ser ainda mais significativo”, diz Schatzer. “Aumentar os intervalos de manutenção para os rolamentos ferroviários tem sido uma área importante de pesquisa e desenvolvimento na SKF nos últimos anos, e estamos confiantes, com nossos próprios testes e o uso de nossas tecnologias de rolamento em campo, de que conseguiremos atender aos requisitos do cliente.”

O segredo para ampliar os intervalos de manutenção em um rolamento cônico (TBU) é minimizar o atrito e, consequentemente, reduzir as temperaturas operacionais, permitindo que o lubrificante dentro dos rolamentos funcione por mais tempo antes da reposição.

Fornecer os rolamentos e os sensores como uma unidade vedada e lubrificada tem diversas vantagens para o cliente, no desenvolvimento e na produção, com menos interfaces, definidas mais claramente, entre os rolamentos, os sensores e outras peças do trem.

Desenvolvidos pela própria Siemens, os truques do motor usam um arranjo de rolamentos externo mais convencional, uma área na qual a SKF também possui vasta experiência, incluindo algumas das aplicações de alta velocidade mais exigentes do mundo. Novamente, a empresa optou por uma solução de unidade de rolamento integrada; dessa vez, usando rolamentos de rolos cilíndricos. Os truques do motor tinham requisitos de durabilidade ainda mais rigorosos; o cliente especificou 1,65 milhões de quilômetros antes do serviço do rolamento.

Programa de teste bem coordenado
Para comprovar a confiabilidade e o desempenho, todas as unidades de rolamento novas tiveram que passar por um processo de dois anos de testes em várias etapas e validação. A validação começou em um ambiente virtual com uma simulação do projeto no computador. Em seguida, a SKF usou o centro de teste interno na Holanda, a maior instalação desse tipo na Europa, para testar os rolamentos em condições operacionais realistas. Protótipos das unidades de rolamento foram montados em caixas de mancal reais do ICE 4 e operados ao equivalente a 800 mil km; durante essa operação, a temperatura e o desempenho dos rolamentos foram atentamente monitorados. Esse teste levou aproximadamente quatro meses e foi criado para simular uma ampla variedade de condições operacionais. Testes adicionais dos rolamentos instalados nos trens de protótipo foram realizados pela Siemens no centro de teste e validação da empresa em Wegberg-Wildenrath, Alemanha, seguidos de testes em campo na malha ferroviária da DB.

Componentes de alta eficiência para motor e redutor de engrenagens
Nas unidades de tração, a SKF também optou por fornecer rolamentos de rolos cônicos com eficiência energética para os eixos de transmissão do redutor de engrenagens principal, com um diâmetro do furo de 240 mm. “A eficiência energética é uma consideração cada vez mais fundamental para os operadores ferroviários, pois eles desejam controlar os custos de ciclo de vida dos trens,” afirma Jochen Baum, gerente do Centro de competência dos sistemas de acionamento no setor ferroviário da SKF. “A solução SKF usa um rolamento de baixo atrito, e é a primeira vez que um rolamento com esse projeto é usado em uma aplicação ferroviária.” Ele explica que o uso de um rolamento de baixo atrito ajuda a melhorar a vida útil do rolamento. “Menos atrito resulta em uma temperatura operacional menor. Durante o ciclo de teste do cliente, pudemos mostrar que nosso rolamento de baixo atrito opera a uma temperatura quase 30 graus menor do que um rolamento convencional. Temperaturas operacionais menores proporcionam o que poderia ser descrito como uma “margem de temperatura” que torna o rolamento mais forte para suportar temperaturas ascendentes em condições desfavoráveis, como torque/velocidade oscilante e temperaturas ambiente quentes, sem a entrada de óleo ideal.” Além disso, a SKF desenvolveu um rolamento rígido de esferas especialmente modificado que foi projetado para resistir a altas cargas de choque axiais. Fornecemos também rolamentos de rolos cilíndricos para uso nos motores de tração dos trens.

Lançamento nos trilhos
A Siemens entregou os primeiros trens de protótipo à DB em 2014; os testes operacionais na malha ferroviária pública começaram em 2016, e o ICE 4 será oficialmente colocado em serviço em 2017. A SKF trabalhará com a Siemens e a DB no monitoramento do desempenho dos rolamentos durante os primeiros milhares de quilômetros de operação. Se eles apresentarem um desempenho tão bom quanto o do período de testes, os intervalos de manutenção serão gradualmente estendidos ao longo do tempo.

“Nesses tipos de aplicação, é muito importante estar envolvido desde as fases iniciais”, diz Schatzer. “Isso nos permitiu contribuir não apenas com o projeto dos rolamentos, mas também com os elementos adjacentes, que frequentemente tem um impacto significativo no desempenho geral do sistema.”

No início, o ICE 4 substituirá as frotas IC (Intercity) e EC (Eurocity) existentes da DB, algumas delas estão em operação desde os anos 70. Com o tempo, o trem também substituirá as unidades ICE 1 e ICE 2 da empresa, eventualmente tornando-se responsável por cerca de 70% dos serviços interurbanos da empresa por receita. A DB fez um pedido inicial de 130 novos trens e firmou um contrato estrutural com a Siemens Mobility para um possível fornecimento de até 300 composições.

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A SKF é um dos principais fornecedores globais de rolamentos, vedações, mecatrônica, sistemas de lubrificação e serviços que incluem suporte técnico, serviços de manutenção e confiabilidade, consultoria em engenharia e treinamento. A SKF está representada em mais de 130 países e tem cerca de 17 mil distribuidores em todo o mundo. As vendas anuais em 2016 foram de 72,787 bilhões de coroas suecas, e a empresa empregava 44.868 funcionários. www.skf.com

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