Deutsche Bahns nya tåg rullar längre och effektivare med hjälp av avancerad teknik från SKF
Experter på lagerkonstruktion och integration från SKF har hjälpt Siemens och Bombardier att skapa en ny generation tillförlitliga och mycket effektiva persontåg för Deutsche Bahn – Tysklands nationella järnvägsoperatör.
Göteborg, 12 oktober 2017: Persontåget ICE-4 blir ryggraden i Deutsche Bahns (DB) långdistansnät. Det nya tåget är modulärt uppbyggt vilket gör att det kan konfigureras om så att det passar en lång rad olika användningsområden i det tyska järnvägsnätet. SKF har deltagit i projektet som omfattar sammanlagt 6 miljarder Euro, sedan 2012 och har arbetat direkt tillsammans med Siemens, som tillverkar det nya tåget, och Bombardier, som levererar släpvagnsboggier och vagnar.
Det nya tåget kommer normalt att köras i 250 km/h. Varje komponent som används på tåget måste naturligtvis uppfylla de allra strängaste säkerhetskrav, men DB behöver också ha full kontroll på sina driftskostnader. Detta krävde att konstruktörerna maximerade energieffektiviteten och minimerade kraven på rutinmässigt underhåll.
Inbyggd smart sensor
I släpvagnsboggierna som Bombardier levererar och som kallas BOMBARDIER FLEXX Eco används en invändig lagring med lägre vikt och energiförbrukning. För den här applikationen utvecklade SKF en speciell konisk rullagerenhet med inbyggda sensorer för att övervaka hastighet och rotationsriktning för varje hjulpar. Genom att sensorerna byggs in i själva lagerenheten krävs minimalt utrymme för hela enheten. Det är en viktig egenskap i den invändiga konfigurationen där utrymmet är begränsat. Signalerna från sensorerna används för att styra tågets bromssystem, och de har skräddarsytts för att passa kundens krav. Den här applikationen är kritisk ur säkerhetssynpunkt, och kräver därför redundans. Därför är båda lagerenheterna på varje axel försedda med dubbla sensorer. En extra sensor i varje lager övervakar driftstemperaturen vilket ger en viktig tidig varningssignal om temperaturen skulle öka.
”Den invändiga lagerkonfigurationen är en ganska ny konfiguration i höghastighetståg, och det kräver ny teknik”, säger Wolfgang Schatzer, strategiskt kundansvarig för järnvägar på SKF. ”Axelns storlek och de belastningar som är inblandade gör att det krävs ett ovanligt stort lager. Innerdiametern är i storleksordningen 180 mm, jämfört med de 150 mm som normalt används i utvändiga lagringar, men det här är ett område där SKF har stor erfarenhet och kunskap.”
Längre underhållsintervall
Moderna intercitytåg måste uppfylla mycket stränga krav på tillförlitlighet i kombination med långa underhållsintervall. Kundens specifikationer krävde en beräknad lagerlivslängd på 3,3 miljoner kilometer. ”Lagrens totala livslängd är viktig, men för att sänka ägandekostnaden kan underhållsintervallen vara ännu mer betydelsefulla”, säger Schatzer. ”Att kunna förlänga underhållsintervallen för järnvägslager har varit ett viktigt forsknings- och utvecklingsområde för SKF under senare år. Vi kunde luta oss mot våra egna tester och att vår lagerteknik använts i fält, och vi kände oss därför trygga med att kunna uppfylla kundens krav.”
En nyckel för att kunna förlänga underhållsintervallen i en konisk lagerenhet är att minimera friktionen och därmed sänka driftstemperaturerna. Det gör att smörjmedlet inne i lagret kan användas längre innan det behöver bytas.
Att leverera lagren och sensorerna som en tätad och smord enhet ger kunden flera fördelar. Det gäller både för utveckling och tillverkning, med färre och tydligare gränssnitt mellan lagren, sensorerna och övriga delar av tåget.
I motorboggierna, som Siemens utvecklar själva, används en mer konventionell utvändig lagring. Det är ett område där SKF också har stor erfarenhet, bland annat från de mest krävande applikationerna för höga varvtal. Även här valde företaget en lösning med en integrerad lagerenhet, den här gången med cylindriska rullager. Motorboggierna hade ännu strängare hållbarhetskrav, där kunden specificerade 1,65 miljoner kilometer innan lagren skulle genomgå service.
Välkoordinerat testprogram
För att de nya lagerenheternas tillförlitlighet och prestanda skulle kunna bevisas, var de tvungna att genomgå en tvåårig test- och valideringsprocess i flera steg. Valideringen påbörjades i en virtuell miljö där konstruktionen datorsimulerades. SKF använde sedan sitt eget testcenter i Nederländerna, den största anläggningen i sitt slag i Europa, för att testa lagren i realistisk driftmiljö. Lagerenheter i prototyputförande monterades i verkliga axelboxar till ICE-4 och kördes i motsvarande 800 000 kilometer, och lagrens temperatur och prestanda övervakades noga. Det här testet tog cirka fyra månader och skulle emulera en lång rad driftsförhållanden. Ytterligare tester av lager monterade i prototyptåg genomfördes av Siemens vid deras test- och valideringscenter i Wegberg-Wildenrath i Tyskland, och därefter följde fälttester i DB:s nät.
Högeffektiva motor- och växellådskomponenter
För traktionsenheterna har också SKF valts som leverantör av energieffektiva koniska rullager med 240 mm håldiameter för de utgående axlarna till huvudväxellådan. ”Energieffektivitet blir allt viktigare för järnvägsoperatörerna i takt med att de försöker få kontroll över tågens livscykelkostnader”, säger Jochen Baum, chef för kompetenscentret för drivsystem till järnvägar på SKF.
”I SKFs lösning används ett lågfriktionslager, och det är första gången ett lager i det här utförandet används i en järnvägsapplikation.”
Ett lågfriktionslager bidrar till att förlänga lagrets brukbarhetstid, förklarar han.
”Mindre friktion innebär lägre driftstemperatur. Under kundens testperiod kunde vi visa att vårt lågfriktionslager kördes vid en temperatur nästan 30 grader lägre än för ett konventionellt lager. De lägre driftstemperaturerna ger vad man skulle kunna beskriva som en ’temperaturmarginal’ som gör lagret robustare mot ogynnsamma förhållanden som höjer temperaturerna, t.ex. växlande vridmoment/varvtal, höga omgivningstemperaturer och en oljetillförsel som inte är optimal.
” SKF har också utvecklat ett specialmodifierat spårkullager för att motstå stora axiella stötbelastningar, och företaget levererar cylindriska rullager till tågets traktionsmotorer.
Utrullning i nätet
Siemens levererade de första prototyptågen till DB 2014, drifttester i det publika järnvägsnätet började 2016, och ICE-4 kommer formellt att tas i drift 2017. SKF arbetar nära tillsammans med Siemens och DB för att bevaka lagrens prestanda under den inledande driftperioden på några hundra tusen kilometer. Om de presterar lika bra som under testperioden kommer underhållsintervallen att förlängas gradvis med tiden.
”I den här typen av applikationer är det mycket viktigt att delta redan i de tidiga faserna”, säger Schatzer. ”Det gjorde att vi kunde ge indata inte bara till lagrens konstruktion, utan också till de omgivande delarna som ofta har en avsevärd inverkan på hur systemet presterar i sin helhet.”
Till en början kommer ICE-4 att ersätta DB:s befintliga Intercity- och Eurocitytåg som i några fall har varit i drift sedan 1970-talet. Så småningom kommer tåget också att ersätta företagets ICE1- och ICE2-enheter, och i slutänden kommer det att stå för 70 procent av företagets intäkter för tågförbindelser mellan storstäderna. DB har lagt en första beställning på 130 nya tåg, och man har tecknat ett ramavtal med leverantören Siemens Mobility för leverans av upp till 300 tågsätt.
Aktiebolaget SKF
(publ.)
För ytterligare information, kontakta:
Gösta Andersson, Kommunikation SKF Sverige AB,
tel: 031-337 30 60, mobile: 0705-98 68 99, e-post: gosta.andersson@skf.com
SKF är en av världens ledande leverantörer av rullningslager, tätningar, mekatronik, service och smörj-system. Serviceerbjudandet omfattar tjänster såsom teknisk support, underhållsservice, tillstånds-övervakning, tekniska konsulttjänster och utbildning. SKF är representerat i fler än 130 länder och har återförsäljare på cirka 17 000 platser världen över. Försäljningen 2016 uppgick till 72 589 miljoner kronor och antalet anställda var 44 868. www.skf.com
® SKF är ett registrerat varumärke som ägs av SKF-koncernen.