Wagen
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Massnahmen zur Verminderung von Flachstellen/Ausbröckelungen bei scheibengebremsten Güterwagen
HUPAC SA, 2024
Projektziel
Mit dem Projekt werden drei Themenbereiche angegangen:
1. Statistische Auswertung der Instandhaltungsdaten von Güterwagen mit Komposit-Klotzbremsen und Scheibenbremsen
2. Entwicklung eines Prototypen-Taschenwagens mit Gleitschutz
3. Durchführung von fahrdynamischen Simulationsrechnungen
Ergebnisse
Ziel der vorliegenden Untersuchung ist es, die Ursache der Radausbröckelungen bei scheibengebremsten Güterwagen einzugrenzen und Lösungen aufzuzeigen, die zu einer Verbesserung der Problematik verhelfen.
In einem ersten Schritt wurden die Instandhaltungsdaten der HUPAC und Schadensbilder aus dem Betrieb ausgewertet. Hierbei hat sich gezeigt, dass ein Mechanismus massgeblich für das Auftreten der Ausbröckelungen verantwortlich ist. Durch einen Wärmeeintrag und einer anschliessenden raschen Abkühlung im Rad-Schiene-Kontakt kommt es zu Materialumwandlungen auf der Radlauffläche. Der Wärmeeintrag lässt sich auf schlechte Kontaktbedingungen zurückführen. Die Stellen der Radlauffläche, an denen es zu einer Material-umwandlung gekommen ist, weisen eine grössere Härte auf und tendieren mit der Zeit auszubröckeln.
Es folgte eine Untersuchung zu den wirkenden Bremskräfte und dem resultierenden Kraftschluss im Rad-Schiene-Kontakt. Es konnte gezeigt werden, dass nahe der Wagenmaximalgeschwindigkeit der Wagen bei schlechten Kontaktbedingungen anfällig gegenüber Gleiten ist. Zwar deuten die Schadensbilder nicht auf eine Schädigung der Radlaufflächen durch RCF hin, jedoch wurde mit fahrdynamischen Simulationsrechnungen untersucht, in welchem Mass Fertigungstoleranzen in der Radsatzführung zusätzliche Beanspruchung darstellen und die Entstehung von Ausbröckelungen beschleunigen können. Es konnte gezeigt werden, dass RCF ein Problem werden könnte, sollten die von den Radsätzen zurückgelegten Kilometer erhöht werden. Es konnte ein umfassendes Bild der Einflüsse auf die Schädigung durch RCF gezeichnet werden. Als die Faktoren mit dem grössten Einfluss wurde zum einen das Wagengewicht und zum anderen das Befahren von Bögen identifiziert. Die Fertigungstoleranzen spielen nur eine untergeordnete Rolle.
Die Untersuchungen und legen nahe, den Einbau eines Gleitschutzes an den scheibengebremsten Wagen T3000eD voranzutreiben. Deswegen wurde ein Prototyp mit einem solchen System ausgerüstet. Hierbei konnte eine Lösung gefunden werden, die den Anforderungen des Schienengüterverkehr (SGV) entspricht. Als nächstes sollte die Betriebserprobung des Gleitschutzes erfolgen.
Bemerkungen
Zusammenarbeit mit TU Berlin
Simulationsstudie zur Zulassungsfähigkeit des Drehgestells 4L
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. DLR, 2021
Projektziel
Das Drehgestell 4L scheint vielversprechend in Bezug auf die Reduktion der Lärmemissionen und die Reduktion des Gewichts. Mit dem Projekt soll die Frage beantwortet werden, ob das Drehgestell lauftechnisch zulassungsfähig ist.
Ergebnisse
In dieser rein virtuellen Studie funktionierte das 4L-Drehgestell grundsätzlich in allen Szenarien. Es traten keine Probleme bezüglich Brems-, Entgleisungs-, Stabilitäts- und AIR-Radsatztests auf. Allerdings würde das Fahrzeug nach DIN EN14363 wegen Überschreitung von Grenzwerten in der Laufsicherheit- und Gleisbeanspruchung abgelehnt.
Bemerkungen
Das Projekt wurde nicht über die BIF-Ressortforschung finanziert.
Dokumente
Ausbröckelungen bei scheibengebremsten Güterwagen
Ferriere Cattaneo SA, 2020
Projektziel
- Analyse der Betriebserkenntnisse und Festlegung der Spezifikation von Bremsstreckenversuchen
- Durchführung von Bremsstreckenversuchen auf einem Eisenbahn-Versuchsring gemäss der in der Spezifikation für die Bremsstreckenversuche festgelegten Parameter
- Auswertung der Versuchsergebnisse und Festlegung der Massnahmen / Spezifikation der Komponenten (Bremsbeläge, Bremssystem)
Ergebnisse
Aufgrund der Erfahrungen beim Betrieb von T3000eD-Wagen, von ersten Messungen des Bremsmesssystems sowie Erfahrungen von Lieferanten hat Ferriere Cattaneo SA ein Versuchsprogram für Scheibenbremsprüfungen festgelegt (siehe Pos. 1 dieses Auftrags). Dabei wurden die wesentlichen Bremsparameter und die Geschwindigkeiten jedes Radsatzes gemessen. Nach Durchführung der ersten Versuchsreihe mit dem Jurid 707-11-Belag ist aufgefallen, dass die vermutete wesentliche Erhöhung der Reibwerte bei geringen Geschwindigkeiten und Lasten nach UIC-Bedingungen (trockene Schiene) nicht stattfand bzw. kein Radsatzgleiten festgestellt wurde. Aus diesem Grund wurden neue besondere Versuche, welche realistischen Betriebszuständen entsprechen (zB Bremsstörungen, Bremsüberhitzungen, Bremsungen nach Ladeasymmetrie, usw.), definiert und umgehend bei trockenen und nassen Bedingungen durchgeführt. Bei nassem Zustand wurde ein Radsatzgleiten unter asymmetrischem Beladezustand (14,5 t RSL, 1:1,25 R/L) bei angeschriebenen Radsatz 5 beim Anfahren ab Stillstand in vollgebremsten Zustand festgestellt. Anhand der gewonnenen Versuchserfahrungen wurde eine mögliche Quelle der Beschädigungen identifiziert; ob andere Quellen bei anderen Umständen sich ergeben ist heutzutage nicht auszuschliessen und deshalb noch zu prüfen. Da nach den etwa 100 Fahrten die Bremsleistung immer stabil gewesen ist, muss insbesondere keine Änderung des Bremssystems vorgenommen werden. Es werden hiermit Empfehlungen gegeben, um mögliche Schäden wie Radsatzfehler im Betrieb zu vermeiden, wie zB Einbau einer elektrischen Bremse inklusiv Bremsüberwachung, Einbau eines für scheibengebremste Wagen geeignetes Gleitschutzsystems oder Massnahmen zur Verbesserung des Kraftschlusses.
Entwicklung von 2 innovativen Güterwagendrehgestellen
SWISS RAIL Solution AG , 2020
Projektziel
Im Rahmen des Projekts sollen zwei besonders lärmarme Güterwagendrehgestelle (Formica UNI und Formica HP) entwickelt werden. Zum betrachteten System gehören neben dem Drehgestell auch der Aufbau (Art Güterwagen, Länge, Anzahl Achsen) und die Radsätze.
Ergebnisse
Formica UNI
Im Dezember 2017 startete die Swiss Rail Solution AG (SRS) mit der Entwicklung des Formica UNI Drehgestells im Rahmen des Projekts «innovativer Güterwagen». Bei vertieften Berechnungen und Analysen in der anschliessenden Konzeptphase stellte sich im Sommer 2018 heraus, dass die Entwicklung einer Y25-Alternative mit Aussenlagerung auf Basis der bestehenden TSI-Vorschriften zu keinen wesentlichen Verbesserung führt, weder bei Laufeigenschaften, noch bei Lärm, Gewicht oder Verschleiss.
Formica HP
Nach der Design Freigabe im Juli 2019 wurden intensive Abklärungen mit Lieferanten für die einzelnen Systeme und Komponenten abgehalten. Es hat sich dabei abgezeichnet, dass die Herstellung für vier Prototypen Drehgestelle bei den Lieferanten nicht auf grosses Interesse stösst. Auch mit dem Aufzeigen der Innovationen und dem grossen Potential für eine zukünftige Serienproduktion war es nicht möglich, marktgerechte Preise und Lieferzeiten zu erzielen. Dies weder für die Prototypen Drehgestelle, womit das Projekt noch hätte leben können, noch für eine zukünftige Serienproduktion. Die Angebote für die Komponenten der Serie-Drehgestelle liegen deutlich über den angestrebten Zielpreisen. Durch Plausibilitätsbetrachtungen der Angebote im Vergleich mit Komponentenpreisen für ein Y25 Drehgestell oder aus anderen Projekten wird klar, dass unverhältnismässig hohe Einkaufspreise auf die Bauteile wie Bremsausrüstung oder Radsatz durch die Hersteller eingerechnet werden. Das Projekt wurde im Einvernehmen zwischen SRS und Auftraggeberin bei diesem Stand vorzeitig abgebrochen.
Energieversorgung Güterwagen
WASCOSA AG, 2019
Projektziel
Das Ziel des Auftrages besteht darin, den Lärm durch dieselbetriebene Kühlaggregate von Trailern und Containern auf Güterwagen zu reduzieren.
Ergebnisse
Die Hauptschallquellen sind die Aggregate der 40’ Kühlcontainer. Der Containertragwagen stellt den Umrichter bereit und ist bzgl. der Lärmemission zu vernachlässigen. Gemäss den Messergebnissen sind die Schallemissionen bei der elektrischen Versorgung des Kühlcontainers im Schnitt 10 dB(A) leiser im Vergleich zum Dieselbetrieb.
Zudem schaltet das elektrisch betriebene Kühlaggregat beim Erreichen der eingestellten Temperatur ab, sodass nur noch der Umrichter läuft und ein Geräusch verursacht. Im Dieselbetrieb hingegen läuft das Aggregat zwar mit weniger Last (Änderung der Drehzahl) weiter, jedoch ändert das den Schalldruckpegel nicht wesentlich.
Bemerkungen
Die Projektdauer musste wegen Problemen bei der Zulassung mit der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) 3 mal mit je einer Vertragsergänzung verlängert werden.
Gesamtoptimierter innovativer Güterwagen
VTG Cargo AG , 2019
Projektziel
Das Ziel des Projekts besteht darin, einen Containertragwagen bezüglich Lärm und Wirtschaftlichkeit zu optimieren:
- Drehgestell RC25NT – Hydraulische Dämpfung an Stelle von Reibungsdämpfung und Radschalldämpfung
- Bremsanlage Faiveley FreightFLEXX – gewichtsoptimierte Bremszangen
CTW – Schallschutzschürzen mit Absorptionsmaterial, Lärmoptimierte Lastaufsatzpunkte, Schliessung der offenen Fachwerkstruktur, Sensorik zur Überwachung von Bremsen und Lagern.
Ergebnisse
Durch das leichtere Drehgestell und das leichte Bremssystem konnte eine Gewichtsreduktion (ohne Schallschürze) von ca. 800 kg pro Wagen erzielt werden.
Es zeigt sich, dass das RC25NT-H-D-Drehgestell bei den geschwindigkeitsabhängigen Fahrzeugpreisen etwas teurer, dafür aber bei den bogenabhängigen Fahrzeugpreisen deutlich günstiger ist.
Dokumente
5L Demonstrator
SBB Cargo AG, 2017
Projektziel
Das Ziel des Forschungsprojekts besteht darin, künftige Standards im Güterwagenbau zu definieren, die neben geringeren Life-Cycle-Kosten und geringerem Gewicht insbesondere geringere Lärmemissionen aufweisen. Hierzu wurden in enger Zusammenarbeit mit den Komponentenherstellern insgesamt 12 Güterwagen mit innovativen Komponenten (plus 4 Referenzwagen) entwickelt und in der SBB Cargo Serviceanlage Muttenz aufgebaut. Das wichtigste Ziel ist es, durch optimale Kombination der innovativen Komponenten eine Reduzierung der Lärmemissionen von mindestens -5dB bis zu -10dB gegenüber dem heutigen, klotzgebremsten lärmsanierten Güterwagen zu erreichenDie Lärmmessungen zeigen, dass eine Kombination aus DG Typ 1 und DG Typ2 mit RS Typ 4 die größte Reduzierung von Lärmemissionen erzielt [ID3, (ID10)]. Dies gilt es im weiteren Verlauf des Projektes weiter zu vertiefen und zu überprüfen.
Ergebnisse
Die Lärmmessungen zeigen, dass eine Kombination aus DG Typ 1 und DG Typ2 mit RS Typ 4 die grösste Reduzierung von Lärmemissionen erzielt [ID3, (ID10)]. Dies gilt es im weiteren Verlauf des Projektes weiter zu vertiefen und zu überprüfen.
Beschichtung Kieswagensilos
EMPA, 2016
Projektziel
Ziel der Projektes ist es zu untersuchen, welchen Effekt eine grossflächige Beschichtung von Kieswagensilos auf die Lärmemissionen hat, und ob die Beschichtung den hohen Verschleissanforderungen standhält.
Ergebnisse
Insgesamt werden Leq von 93.7±1.3 dB(A) bis 98.6±1.2 dB(A) für die unbeschichteten Silos und Pegel von 88.4±1.4 dB(A) bis 92.6±1.1 dB(A) für die beschichteten Silos gemessen.
Beschädigungen der Beschichtung konnten nach einem Jahr Einsatz mit ca. jeweils 2 Be- und Entladevorgängen pro Woche nicht festgestellt werden. Aus Sicht von Josef Meyer Rail AG, ist eine Beschichtung der Siloinnenseiten und der Rutschen, betr Verschleiss und Korrosionsschutz, ein sinnvolles Mittel zur Verlängerung der Lebensdauer der Wagen.
Dokumente
Validierung GFK Drehgestell (Lauftechnik)
PROSE AG, 2016
Projektziel
Das Ziel des Auftrages besteht darin, ein lauftechnisches Mehrkörpermodell des von Sciotech Projects Limited konzipierten eco-bogie auszuarbeiten
Ergebnisse
Die Firma PROSE führte fahrdynamische Simulationen zur Ermittlung der
- Fahrstabilität (aufschaukeln bei gerader Strecke)
- Kurven- und Wankverhalten (wackeln des Güterwagens, Ausnützung Lichtraumprofil)
- Entgleisungssicherheit
des Eco-Bogie Drehgestells durch. Als Grundlage für die Berechnungen dienten die Steifigkeiten wie von Sciotech angeben.
Die wichtigste Erkenntnis dieser Berechnungen ist, dass die Fahrstabilität des vorliegenden Eco-Bogie Drehgestells Konzeptes ungenügend ist. Der Grund dafür ist, dass die Längssteifigkeit (Änderung Achsabstand durch vertikale Last) zu klein ist. Bei konventionellen Drehgestellen wie z.B. der Y25-Bogie ist der Achsabstand praktisch unveränderlich und somit konstant (abgesehen von etwas Spiel).
Bemerkungen
Zusammenarbeit mit EMPA (Untersuchung materialtechnische Eigenschaften)
Validierung GFK Drehgestell (Eignung Material)
EMPA , 2016
Projektziel
Das Ziel des Auftrages besteht darin, die Eignung von GFK für Güterwagendrehgestelle zu beurteilen, die Firma PROSE AG hinsichtlich von GFK-Materialeigenschaften zu beraten und die gesamten Arbeiten zur Validierung des eco-bogie-Konzepts zu koordinieren und in einem Gesamtbericht zuhanden der Auftraggeberin zu dokumentieren
Ergebnisse
Das Dimensionierungskonzept des Y25-Bogies ist fertig entwickelt und bewährt. Da die verschiedenen Bauteile (Rahmen, Dämpfer, Federn etc.) verschiedene Aufgaben übernehmen, ist dieses Konzept deutlich einfacher als beim Eco-Bogie in dem der GFK-Rahmen alle Aufgaben übernehmen muss. Dieses Dimensionierungskonzept ist sehr komplex. Da die Fahrstabilität ungenügend ist, müsste ein Weg gefunden werden, wie die Längssteifigkeit erhöht werden kann, ohne die vertikale Steifigkeit zu erhöhen. Ob dies möglich ist, scheint beim momentanen Kenntnisstand eher als unwahrscheinlich.
Bemerkungen
Zusammenarbeit mit PROSE AG (Untersuchung lauftechnische Eigenschaften).
Dokumente
CTW mit Scheibenbremsen, Lärmmessungen
HUPAC SA, 2015
Projektziel
Das Ziel der Lärmmessung besteht in einer Vergleichsmessung des abgestrahlten Fahrlärms für 2 verschiedene scheibengebremste Güterwagen mit zwei unterschiedlichen Drehgestellen gegenüber den gleichen Fahrzeugen mit herkömmlichen Y25 Drehgestellen und K-Bremssohlen. Zusätzlich wird die Wirksamkeit der beschichteten Radsätze hinsichtlich Kurvenkreischen untersucht. Mit den Bremsabhängeversuchen wird die Bremsleistung der neuen scheibengebremsten Drehgestelle ermittelt.
Ergebnisse
Die scheibengebremsten Güterwagen sind im Vorbeifahrtpegel 2–3 dBA leiser als die Wagen mit herkömmlichen Y25 Drehgestellen und K-Bremssohlen. Mit beschichteten Radsätzen können die Lärmemissionen um zusätzliche 2–4 dBA reduziert werden.
LEILA – leichtes, lärmarmes Drehgestell für Güterwagen
JOSEF MEYER Transport Technology AG, 2009
Projektziel
In einer ersten Projektphase soll ein Prototyp eines neuartigen leichten, lärmarmen und funktionstüchtigen Drehgestells, genannt LEILA, entwickelt werden.In einer zweiten Projektphase soll der Prototyp zu einem Serienmodell weiterentwickelt und im Versuchsbetrieb erprobt und schliesslich eine nationale und internationale Zulassung erreicht werden.
Ergebnisse
- 2005 zwei Prototypendrehgestelle, mit denen interdisziplinäre Fahrversuche durchgeführt, eine befristete Betriebsbewilligung erlangt sowie ein Probebetrieb unter Einreihung in einen gewöhnlichen Zug im Regelbetriebseinsatz absolviert wurden;
- 2009 ein vielfältig verbessertes Redesign, mit dem bei Messfahrten in engen Bögen im Gegensatz zu herkömmlichen Drehgestellen in Bezug auf die Rad/Schiene-Kräfte eine eindrucksvolle Reserve gegenüber den Grenzwerten aufgezeigt werden konnte;
- Lärmmessungen und das Wissen um sehr glatte Räder im realen Betrieb lassen eine Lärmreduktion im Bereich der angestrebten 18 dB(A) (nach TSI Noise) gegenüber der GG-Sohle erwarten.
- Aufgrund der radialen Einstellung von LEILA ist bei der Bogenfahrt gegenüber einem herkömmlichen Starrachsdrehgestell neben einem massiven Verschleissvorteil auch von einem zusätzlichen Lärmvorteil auszugehen.
- Sowohl mit einer rein gummigefederten Variante wie auch dem Einsatz von Stahlfedern in Kombination mit Elastomerfederbeilagen ist die angestrebte Massereduktion um 750 kg auf ca. 4 t realistisch.
- Aufgrund umfangreicher Untersuchungen besteht grundlegende Gewissheit um die Zulassungsfähigkeit von LEILA sowohl in Bezug auf das Bremsverhalten, die Lärmemission als auch das Fahrverhalten.
- Nationale und internationale Zulassung für den Schienenverkehr von LEILA.
- Kosten-Nutzenberechnungen ergaben, dass keine der Einsparungen alleine, sondern nur deren Summe die unterstellten Mehrkosten, die bei der Anschaffung für das LEILA-Drehgestell anfallen, über die Lebenszykluskosten decken vermögen.
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