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SKF auf der InnoTrans: Längere Lagerlaufzeiten für weniger Wartungsaufwand

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Verringert den Wartungsaufwand: Das neueste SKF Radsatzlager ist auf 1,7 Mio. Kilometer zwischen den Wartungsarbeiten ausgelegt und erlaubt damit Instandhaltungspläne, die dem Wechselintervall der langlebigsten Räder entsprechen.

2016 September 22, 10:00 CET

Innovationen in Sachen Konstruktion, Schmierung und Wärmebehandlung führten zur Entwicklung der ersten Radlagersätze für Schienenfahrzeuge, die keine Wartungsarbeiten zwischen den Radwechseln benötigen. Die Minimierung der Anzahl von Drehgestellüberholungen im Laufe der Gebrauchsdauer eines Zugs ist entscheidend für die Senkung der Lebenszykluskosten. Die Verlängerung des Wartungsintervalls von vier auf sechs Jahre kann zu einer jährlichen Ersparnis von rund 3.000 EUR pro Drehgestell führen.

Göteborg / Schweinfurt, den 22. September 2016

Noch vor einem Jahrzehnt waren die Räder einer der größten kritischen Faktoren, wenn es um die Verlängerung der Wartungsintervalle ging. Da in der modernen Produktion inzwischen computergesteuerte Unterflurdrehmaschinen eingesetzt werden (etwa zur Vermeidung von flachen Stellen; generell zur Verringerung von Verschleiß), kann ein Radsatz über 1,5 Mio. Kilometer absolvieren, bis ein Austausch erforderlich wird. Im Betrieb trägt außerdem eine optimierte Schmierung zu dieser enormen Laufleistung bei.

Lange Zeit war aufgrund der Lager, auf denen sich diese Räder drehen, keine Verlängerung der Radlebensdauer möglich. Heute jedoch haben die meisten Komponenten des Lagers, darunter Ringe, Rollen und Dichtungen, selbst bei konservativen Lebensdauerberechnungen eine doppelt so lange Gebrauchsdauer wie ein Radsatz – allerdings nur bei ausreichender Schmierung. Genau das ist heutzutage der kritischste Punkt: Die Fettgebrauchsdauer bei Radsatzlagern für Schienenfahrzeuge schränkt die angestrebte Verlängerung der Wartungsintervalle von Drehgestellen ein.

Schmierfett ist eine wesentliche Komponente in Radsatzlagern für Schienenfahrzeuge: Da es die Metallflächen im Lager trennt, verhindert es Verschleiß und schützt diese Oberflächen vor Korrosion. Allerdings verändern sich die Eigenschaften des Fetts mit der Zeit: Das Grundöl im Fett – das für Schmierung und Schutz sorgt – löst sich allmählich aus dem Verdicker, der es bindet. Irgendwann ist das Fett verbraucht und muss ersetzt werden.

Standard-Radsatzlager für Schienenfahrzeuge sind in der Regel nach jeweils 1 Mio. Kilometer zu überholen und nachzuschmieren. Dazu muss das Fahrzeug außer Betrieb genommen werden, um die Lager auszubauen. Mit zunehmender Lebensdauer des Rads wird das Lager zur kritischen Komponente. Für die Betreiber sind diese regelmäßigen Lagerüberholungen kostspielige und störende Wartungsmaßnahmen, die sie nach Möglichkeit gerne vermeiden würden. In einem idealen Szenario würden die Wartungsintervalle der Gebrauchsdauer des Radsatzes entsprechen, sodass beide Aufgaben in einem Arbeitsgang erledigt werden könnten.

Dieser Wunsch ist nun Wirklichkeit geworden – dank eines intensiven Forschungs- und Entwicklungs-Projekts von SKF Ingenieuren. Das neueste Radsatzlager des Unternehmens ist auf 1,7 Mio. Kilometer zwischen den Wartungsarbeiten ausgelegt und erlaubt damit Instandhaltungspläne, die dem Wechselintervall der langlebigsten Räder entsprechen. Dieser geringere Instandhaltungsbedarf wurde erzielt, indem sich das SKF Team auf die Faktoren konzentrierte, die sich auf die Lebensdauer des Schmierstoffs im Lager auswirken.

Der Entwicklungsprozess begann mit dem Schmierfett selbst. „Bei der Maximierung der Leistungsfähigkeit und Gebrauchsdauer des Fetts kommt es auf den Grad an, in dem das Grundöl vom Verdickungsmittel abgeschieden wird“, erklärt Jan Babka, Senior Application Engineer der Schienen-Division bei SKF. „Wenn das Fett zu schnell austritt, ist es bald verbraucht, doch bei zu langsamem Austreten gibt es nicht genug Öl frei, um die Metallflächen zu trennen.“ Um ein Fett mit der optimalen Kombination von Eigenschaften für die Radlageranwendung zu finden, arbeitete SKF eng mit führenden Anbietern von Schmierstoffen für die Schienenbranche zusammen.

Nachdem das Team eine gute Ausgangsbasis gefunden hatte, waren die übrigen Eigenschaften an der Reihe, die sich auf die Schmierfettgebrauchsdauer auswirken. „Die Schmierfettgebrauchsdauer hängt von einer Vielzahl von Einflüssen ab, darunter Temperatur, Drehzahl, Lagergröße, Sauberkeit, mechanische Verdrängung und andere Dinge wie beispielsweise Stromfluss“, so Babka. „In einem Radsatzlager für Schienenfahrzeuge sind die meisten dieser Eigenschaften bereits durch die Anwendung festgelegt, doch bei drei Faktoren lässt sich einiges optimieren: glattere Oberflächen, kühlerer Lauf und höhere Robustheit.“

Glatter
Auch wenn sich eine Lauffläche in einem Lager beim Berühren glatt anfühlt, so ist sie doch nicht hundertprozentig plan. Die Oberflächenrauheit spielt eine wichtige Rolle dabei, wie viel Verschleiß und Reibung erzeugt wird. Der Verschleiß muss begrenzt werden, da lose Metallpartikel die Oxidierung des Fetts beschleunigen und die Fettgebrauchsdauer herabsetzen können. Darüber hinaus ist die Reibung infolge der Oberflächenrauheit zu reduzieren; sie erwärmt nämlich das Fett und verkürzt dadurch dessen Gebrauchsdauer. Aus diesem Grund hat SKF die Oberflächenbearbeitung ihrer Radlager optimiert.

Kühler
Bei der Kontrolle der Fetttemperatur profitierte man von SKFs umfassender Erfahrung und Kompetenz in der Wälzlagerkonstruktion. „Als Faustregel gilt, dass ein Anstieg der Betriebstemperatur um 15 °C die Fettgebrauchsdauer im Lager halbiert“, meint Babka. „Und die Hauptursache für einen Temperaturanstieg ist Reibung innerhalb des Lagers.“ Für die SKF Ingenieure galt es also, eine Möglichkeit zur Reduzierung der Reibung zu finden, die weder die Festigkeit noch die Betriebsdauer des Lagers selbst beeinträchtigen würde.

Ihr Ansatz waren feine Änderungen der Lagergeometrie – zur Optimierung der Länge des Kontakts zwischen Rolle und Laufbahn. Ein langer Kontakt sorgt für eine hohe Tragfähigkeit des Lagers, führt allerdings zu verstärkter Reibung und einer kürzeren Fettgebrauchsdauer. Die Lösung liegt darin, die richtige Geometrie für das richtige Lager und seine Betriebsbedingungen zu finden. Bei einer typischen Radsatzlagereinheit für Schienenfahrzeuge der Größe 130x240 wiesen die SKF Tests eine 30-prozentige Reduzierung der Rollreibung nach, was bei normalen Betriebsbedingungen zu einer Temperatursenkung von 10 °C führte.

Robuster
Um der potenziellen Gefahr entgegenzuwirken, dass das Lager bei Annäherung ans Ende der Fettgebrauchsdauer (was zu problematischem Verschleiß führen könnte) ausfällt, nutzt SKF ihre patentierte Xbite Wärmebehandlung für die Lagerringe: Xbite liefert einen extra zähen bainitischen Stahl mit der gleichen Härte wie herkömmlicher martensitischer Stahl, jedoch mit höherer Zähigkeit und längerer Ermüdungslebensdauer. Außerdem weist er eine höhere Verschleißfestigkeit und ein langsameres Risswachstum auf.

Die neuen SKF Radsatzlagereinheiten für Schienenfahrzeuge werden derzeit in gängigen Größen produziert. Die Einheiten eignen sich für Züge, die zwischen 160 und 250 km/h schnell fahren, und werden bereits von einem großen europäischen Schienenbetreiber eingesetzt.

Babkas Ansicht nach könnten sich in Zukunft womöglich noch längere Laufzeiten realisieren lassen: „1,7 Mio. Kilometer fragt die Branche heute nach, doch zweifellos wird man auch künftig nach Möglichkeiten verlangen, um die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern und den Wartungsbedarf zu verringern. In anderen Schienenanwendungen, wie etwa Fahrmotoren, nutzen wir bereits Methoden, die eine noch längere Fettgebrauchsdauer erlauben – beispielsweise durch den Einsatz von Hybridlagern mit Keramikkomponenten. Zwar ist diese Technologie derzeit noch zu teuer für große Lager, doch sie zeigt, dass es langfristig möglich sein sollte, ein Lager zu entwickeln, das drei Millionen Kilometer zwischen den Wartungsarbeiten läuft.“

Effizienzsteigernde Lösungen für den Bahntechnik-Bereich zeigt SKF noch bis 23. September auf der Berliner InnoTrans. Besucher der InnoTrans finden SKF in Halle 22 am Stand 606. Zusätzliche Branchen-Informationen sind außerdem auf der SKF Website http://www.skf.com/de/industry-solutions/railways/index.html verfügbar.

Aktiebolaget SKF
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Pressekontakt:
Dietmar Seidel, Leiter Technische Fachpresse Deutschland, Tel. 0 97 21 / 56 – 28 43,
E-Mail: dietmar.seidel@skf.com

SKF ist ein weltweit führender Anbieter von Wälzlagern, Dichtungen, Schmiersystemen und Mechatronik-Bauteilen mit umfassenden Dienstleistungen in den Bereichen Technischer Support, Wartung und Instandhaltung sowie Engineering-Beratung und Training. Weltweit ist SKF in mehr als 130 Ländern präsent und arbeitet mit rund 17.000 Vertragshändlern zusammen. Der Umsatz der Unternehmensgruppe betrug im Jahr 2015 MSEK 75.997. Die Anzahl der Mitarbeiter lag bei 46.635. www.skf.de

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