Technologie Das Gleisschoner-System reduziert Betriebskosten Bombarider Unsere Mobilität hat auch im Bereich des öffentlichen Verkehrs ihren Preis: Immer höhere Kapazität, höhere Geschwindigkeiten und auch verbesserter Komfort führen unter anderem zu einer gesteigerten Trassenabnutzung. Mit einem durchdachten und innovativen System von Bombardier können nicht nur die Geleise geschont werden. Für den Betreiber reduzieren sich auch die Betriebskosten. Mit den verschleissabhängigen Trassenpreisen werden gleisschonende Fahrwerke gefördert. Mit einer passiven Radsatzführung lässt sich aber die Wechselwirkung zwischen Rad und Schiene nicht für alle Kurvenradien optimal gestalten. In allen Bereichen steigt die Nachfrage nach Transportkapazität kontinuierlich an. Dank seiner Flexibilität als Massentransportmittel sowie seiner Umweltverträglichkeit gewinnt der Bahnverkehr dadurch zunehmend an Bedeutung. Um dieser Nachfrage gerecht zu werden, nutzen die Betreiber ihre Fahrzeuge sowie Fahrplankapazitäten bis aufs Äusserste aus und/oder weiten ihr Angebot mit neuen, leistungsfähigeren Fahrzeugen aus. Die Folge davon ist eine stetig steigende Beanspruchung der Gleise, was zu entsprechend höheren Unterhaltskosten mit zusätzlich kürzeren Unterhaltsintervallen führt. Mit dem neuen, verschleissabhängigen Trassenpreissystem, kombiniert mit innovativen Fahrzeugkonzepten, bieten sich dem Betreiber in der Schweiz attraktive Möglichkeiten der Reduktion ihrer Betriebskosten. Kompromiss zwischen Gerade und Kurve Die Wechselwirkung zwischen Rad und Schiene lässt sich bei herkömmlichen Fahr56 BY RAIL.NOW! 2015 werken mit passiver Radsatzführung nicht für alle Kurvenradien optimal gestalten. Sie stellt zwangsläufig einen an den jeweiligen Einsatz angepassten Kompromiss zwischen Stabilität in der Geraden und Einstellbarkeit der Radsätze im Bogen dar: Für den Einsatz bei höheren Geschwindigkeiten sowie Hochgeschwindigkeitsverkehr ist eine zu höheren Geschwindigkeiten verschobene Instabilitätsgrenze erforderlich, welche eine vergleichsweise steife Anlenkung der Radsätze an den Fahrwerksrahmen bedingt. Diese führt bei Bogenfahrt jedoch zu grossen Anlaufwinkeln und damit einhergehend hohem Verschleiss an Rädern und Schienen. Für den Einsatz auf Strecken mit engen Kurven ist demgegenüber eine vergleichsweise weiche Anlenkung der Radsätze im Fahrwerk vorteilhaft, damit diese im Bogen – oberhalb eines minimalen Radius – selbsttätig gut dem gekrümmten Gleis folgen. Beide Zustände setzen jedoch bestimm- te Rad/Schiene-Geometrien voraus, welche die Fahrstabilität sowie die Radialeinstellung ermöglichen. Diese geometrischen Verhältnisse sind in vielen Fällen leider nicht gegeben, was die Lösungsmöglichkeiten weiter einschränkt. Wirkung bisheriger Ansätze beschränkt Eine weiche Anlenkung der Radsätze weist eine niedrige Grenzgeschwindigkeit der Stabilität bei Geradeausfahrt auf. Durch die fahrdynamischen Gegebenheiten ergibt sich zudem immer eine unterradiale Einstellung des führenden und eine überradiale Einstellung des nachfolgenden Radsatzes, was trotz deren freier Einstellbarkeit zu Verschleiss an Rad und Schiene führt. Zur Verbesserung wurden in der Vergangenheit unter anderem Lösungen mit mechanischer Kopplung der Radsätze realisiert (z. B. Kreuzankerkopplung, Lemniskaten-Lenker), welche aber die skizzierte grundlegende Problematik nicht oder nur begrenzt lösen konnten. Speziell Bombarider bei nicht vorhandener Rad/Schiene-Geometrie (Rollradien-Differenz) werden diese Massnahmen praktisch wirkungslos. Mechanische Radsatzsteuerungen (z.B. Navigator) steuern unabhängig von der vorliegenden Rad/Schiene-Geometrie und bieten damit ein besseres Verhalten. Durch ihre mechanische Koppelung an den Wagenkasten weisen diese jedoch eine starke Körperschallübertragung auf den Wagenkasten auf. Dies verlangt eine höhere Qualität der Radlaufflächen und bedeutet damit einen höheren Unterhaltsaufwand. Eine nachhaltige Lösung des Konflikts kann nur über ein vollständig aktives System erreicht werden. Vollständig aktive Steuerung Das Flexx Tronic ARS-System im Fahrwerk ist auch nachrüstbar. Schonung statt Abnutzung Tiefere Trassenpreise Der grösste Nutzen durch den Einsatz von ARS wird in der Beanspruchung und damit im Unterhalt der Gleise erzielt. Mit dem neuen, verschleissabhängigen Trassenpreismodell, das ab 2017 in der Schweiz eingeführt werden soll, können damit die Betriebskosten reduziert werden. Je nach Bogenhäufigkeit der jeweiligen Einsatzstrecke können Einsparungen von ca. 30 bis 60 % bei der verschleissabhängigen Trassenpreis-Komponente erwartet werden. Weitergehende Einsparungen lassen sich nur noch mit niedrigeren Fahrzeuggewichten resp. Radsatzlasten erzielen. Mit gleisschonenden Fahrzeugen lassen sich mit dem neuen Trassenpreissystem direkt Betriebskosten sparen. Gleichzeitig kann der Betreiber zusätzlich mit Energieeinsparungen, deutlich verlängerter Radstandzeit sowie verminderter Lärmemissionen rechnen. Das System kann zudem in praktisch allen Fahrzeugen nachgerüstet werden. Richard Schneider, Vice President Engineering, Bombardier Transportation Bombarider Die aktive Lenkung der Radsätze bei Bogenfahrt verringert den Schlupf zwischen Rad und Schiene und eliminiert damit praktisch die Oberflächenschädigung (Rollkontaktermüdung bzw. rolling contact fatigue RCF). Dadurch reduziert sich der Verschleiss an Rad und Schiene im Vergleich zu herkömmlichen Fahrwerken erheblich. Daneben wird die Schallerzeugung, das berüchtigte Kurvenquietschen, praktisch eliminiert. Die Reduktion des Schlupfs zwischen Rad und Schiene verringert darüber hinaus den Rollwiderstand, was sich wiederum positiv im Energieverbrauch niederschlägt. Dieses Einsparpotenzial steht im direkten Zusammenhang mit dem Bogen-Anteil einer Strecke, d. h. auf bogenreicheren Strecken ist dieser Anteil entsprechend höher. Weil Schäden an Laufflächen und deren Verschleiss reduziert werden, erhöhen sich die Standzeiten der Räder, und der Wartungsaufwand wird vermindert. Beides sind Effek- te, die dem Fahrzeugbetreiber direkt durch verringerte Betriebskosten zugutekommen. Bombarider bei hohen Geschwindigkeiten sichergestellt. Bei ungenügender oder fehlender Rollradien-Differenz wird der Radsatz aktiv und entsprechend der Trassierung in eine energetisch optimale Position gesteuert. Bombarider Während Neigetechnik und (semi-)aktive Federungssysteme zur Komfortverbesserung bereits seit Jahren zum Stand der Technik gehören, wurde an der Radsatz-Anlenkung bislang nur mit innovativen, aber passiven Komponenten, wie z. B. hydraulisch-elastomeren Führungsbuchsen, gearbeitet. Jedoch bringt erst eine vollaktive Regelung bzw. Steuerung der Radsatzstellung im Fahrwerk die gesuchte grundsätzliche Verbesserung des Radsatzlaufs im Bogen. Bombardier Transportation hat dieses Ziel mit der Aktiven Radialsteuerung in ihrem mechatronischen Fahrwerkskonzept FLEXX Tronic ARS erreicht. Das Grundprinzip des ARS-Systems ist eine längssteife Radsatz-Anlenkung, bei welcher der Anlenkpunkt aktiv verschoben wird. Die hohe Steifigkeit wird durch den Aktuator realisiert, die anderen Federn der Radsatzführung und Primärfederung sind in Längsrichtung sehr weich ausgeführt, so dass keine hohen parasitären Kräfte zu überwinden sind und sich der Radsatz ohne Aktuator praktisch wie ein frei rollender Radsatz verhält, welcher sich bei ausreichender Rad/Schiene-Geometrie auch im Bogen richtig einstellt. Der verwendete elektro-hydraulische Aktuator wirkt durch seine hohe Eigendämpfung praktisch als Feder mit hoher Steifigkeit zwischen Fahrwerkrahmen und Radsatz. Damit werden die Stabilitätseigenschaften Einfluss des mechatronischen Fahrwerkskonzepts ARS gegenüber herkömmlichen Fahrwerken auf die Gleisschädigung. Die ARS-Eigenschaften sind unabhängig von der Rad-Schiene-Geometrie und vom Bogenradius. BY RAIL.NOW! 2015 57
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