50 Jahre Innovation bei Radlagern für Hochgeschwindigkeitszüge

Hochgeschwindigkeitszüge werden mit jeder Generation nochmals schneller. NSK beteiligt sich seit gut fünfzig Jahren an dieser Entwicklung. Den Anfang machten die ersten Shinkansen-Züge in Japan, für die NSK die Radsatzlager lieferte. Seitdem begleitet das Unternehmen die Branche und hat immer wieder Innovationen für Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeuge zur Serienreife gebracht – aktuell zum Beispiel ein Condition Monitoring-System für Radsatzlager.

Seit den 1960er Jahren sorgen die Shinkansen-Hochgeschwindigkeitszüge für schnellen Bahnverkehr zwischen Japans Metropolen. Das Netz wird stetig erweitert, zuletzt 2015 und 2016 um die Verbindungen in die Präfekturen Hokuriku und Hokkaido. Japan war und ist damit ein Pionier im Hochgeschwindigkeits-Bahnverkehr. Viele weitere Länder sind diesem Beispiel gefolgt.

NSK hat diese Entwicklung mit kontinuierlicher Evolution der (Rad-) Lagertechnik für das rollende Material auf der Schiene begleitet. Das beste Beispiel dafür sind die Shinkansen-Züge. Als 1964 die Baureihe 0 vorgestellt wurde, bestanden die 81 Kilo schweren Achslager aus einer Kombination von Zylinderrollenlagern und Kugellagern. Hauptziel war es hier, die erforderliche Zuverlässigkeit der bis zu 210 km/h schnellen Züge sicherzustellen. Die Radiallast – einschließlich des Eigengewichtes der Züge – wurde durch zweireihige Zylinderrollenlager aufgenommen, während die Seitenlasten, die vor allem bei Kurvenfahrt auftreten, auf ein einziges Kugellager wirkten. Das war zu jener Zeit Stand der Technik.

Ein Sprung zur Serie 300 des Shinkansen von 1992: Bei diesen bis zu 270 km/h schnellen Zügen kommen NSK-Zylinderrollenlager mit Verstärkungsborden zum Einsatz. Bei der Serie N700, die 2007 in Dienst genommen wurde, ist der Fortschritt in der Lagertechnik deutlich. Die Züge sind nochmals schneller (bis 300 km/h) und zugleich leichter und komfortabler. Die NSK-Kegelrollenlager in den Achsen wiegen nur noch 23 Kilo. Das ist echter Leichtbau – eine Gewichtsreduzierung um fast den Faktor Vier im Vergleich zur Serie 0. Bei hohen Geschwindigkeiten hat hohes Lagergewicht starken Einfluss auf die Geräuschentwicklung und die Vibration. Deshalb ist der Wunsch bzw. die Notwendigkeit, Gewicht einzusparen, hier besonders groß.

Auch wenn die Lager immer kompakter und leichter werden: Die Sicherheit hat immer höchste Priorität. Die NSK-Konstrukteure nutzen hier ihre Kompetenz in Werkstofftechnologie, um diese Sicherheit zu gewährleisten und Lager zu entwickeln, die auch unter sehr ungünstigen Umgebungsbedingungen zuverlässig arbeiten.

Dazu gehören auch effiziente Wartungsprogramme. Hier hat NSK kürzlich einen echten Durchbruch erzielt. In Japan hat das Unternehmen erstmals ein System entwickelt, das Unregelmäßigkeiten in Wälzlagern und somit auch Lagerschäden erkennt, bevor Leistungseinbußen oder Ausfälle auftreten.

Dieses Condition Monitoring-System kommt bereits in konventionellen Personenzügen zum Einsatz. Am Lager werden Sensoren angebracht, die kontinuierlich Parameter wie Drehzahl, Vibration und Temperatur erfassen. Die Werte können mit Referenzdaten abgeglichen werden, die NSK gesammelt hat. Damit erlaubt das System die Abkehr von konventionellen zeitbasierten Wartungsprozeduren, bei  denen Lager unabhängig von ihrem Zustand nach definierter Einsatzzeit oder Kilometerleistung ausgetauscht werden. Stattdessen können sie nun genau dann ersetzt werden, wenn es erforderlich ist. NSK rechnet damit, dass mehr und mehr Hersteller und Betreiber von Schienenfahrzeugen dieses System einsetzen werden, denn die Vorteile im Hinblick auf die erhöhte Sicherheit und die Kostenersparnis dank längerer Wartungsintervalle sind offensichtlich.

Solche Entwicklungen führen dazu, dass NSK in Japan Marktführer für Wälzlager von Schienenfahrzeugen ist. Weltweit setzen die Betreiber von Hochgeschwindigkeitszügen ebenfalls auf das Know-how und die Produktpalette des Unternehmens. Mehr als 50% der Wälzlager, die NSK für Schienenfahrzeuge fertigt, kommen außerhalb Japans zum Einsatz.

 

 Die Serie 300 wurde 1992 vorgestellt und stellte mit 270 km/h einen Geschwindigkeitsrekord für Züge im kommerziellen Betrieb auf. (Photo: Sakuragirin | Dreamstime)

 Seit 2007 sind die Shinkansen-Züge der Serie N700 im Einsatz – bei Geschwindigkeiten bis 300 km/h. (iStock.com/winhorse)