Verringerung von gefährlichen Lecks

In den USA und in Kanada geschieht es praktisch jeden Tag, dass bei Vorfällen mit Tankwaggons Gefahrstoffe austreten. 

Das Freisetzen von Gefahrstoffen während des Transportes wird in der Branche als „nicht unfallbedingte Freisetzungen“ (NAR) bezeichnet, da es nicht auf ein Entgleisen oder einen Zusammenstoß zurückzuführen ist. Laut dem US-Eisenbahnverband entstehen solche Freisetzungen in der Regel durch fehlerhaft gesicherte oder defekte Ventile, Verschraubungen und Tankgehäuse. Nach den aktuellen Daten des Verbandes kam es allein 2019 zu 363 NAR-Vorfällen bei Tankwaggons.

Die Union Tank Car Company (UTLX), die Kesselwagen nicht nur herstellt, sondern auch verleast und repariert, machte sich bereits vor einigen Jahren daran, dieses Problem zu  lösen. Nach zahlreichen Versuchen entwickelten die Ingenieure der UTLX dann einen völlig neu konstruierten Domdeckel mit drei Schrauben. Dieser Deckel hat ein einfacheres Drehmomentmuster, verglichen mit den üblichen Konstruktionen mit sechs und acht Bolzen. Eine der wesentlichen Neuerungen ist jedoch eine besondere Art der Dichtung. Diese hat UTLX in Zusammenarbeit mit Trelleborg entwickelt.

„Bei der Konstruktion kommt eine federunterstützende Elastomerdichtung zum Einsatz, bei der der interne Druck im Waggon bei der Abdichtung des Mannloches hilft, etwa so wie bei einem klassischen Schnellkochtopf“, erklärt Joe Perez, Vice President Fleet Engineering bei UTLX. „Dies ist in der Branche bislang vollkommen neu.“

Die Bauweise der kippbaren und verschraubten Domdeckel hat sich im Grunde genommen seit einem Jahr-hundert kaum verändert, obwohl dies stets die häufigste Ursache für Lecks war. Laut Perez geht die Branche bei Prüfung und Zulassung langsam vor, damit nicht ausgereifte Änderungen nicht vorschnell auf den Markt kommen. Dadurch verläuft der Wandel aber sehr schleppend. UTLX hat sich im Laufe der Jahre darauf konzentriert, das bestehende Konzept weiterzuentwickeln und eine annehmbare Lösung zu finden, die allen Benutzern von Kesselwagen zugutekommt.

Das Konstruktionsteam, das von Dan Schmidt, Fleet Engineering Project Engineer bei UTLX, geleitet wurde, simulierte unterschiedliche Auslegungen mithilfe der Finite- Element-Methode. Eine solche computergestützte Simulation gibt eine Prognose, wie Produkte auf verschiedene Kräfte reagieren, zum Beispiel auf Hitze, Druck und das Fließverhalten von Flüssigkeiten.

„Zuerst wollten wir Erkenntnisse aus früheren Designkonzepten und Prototypen von UTLX nutzen“, erklärt Schmidt. „Hierzu gehörte auch, die Komplexität durch Verringerung der Bolzenanzahl von acht zu reduzieren. Außerdem sollte es in der Baugruppe zwischen Domdeckel und Waggonstutzen einen Kontakt von Metall zu Metall geben. Zudem haben wir alternative Dichtungsmöglichkeiten jenseits der üblichen Flachdichtung untersucht. Diese Verbesserungen sollten jedoch vor allem dazu dienen, die Hauptursache der Zwischenfälle anzugehen, die mit den Domdeckeln zusammenhingen — Bolzen, die nicht oder zu wenig angezogen sind.“ 

Durch eine Verringerung der Bolzenanzahl von acht auf drei wurde das Drehmomentmuster vereinfacht. Dies wiederum erhöht die funktionale und betriebliche Effizienz und beugt einem zu laschen Anziehen der Schrauben ebenso vor wie einer Überlastung oder Beschädigung der Dichtung. 

Bislang erwies sich die neue Konstruktion als erfolgreich. Die Anforderungen für die gesetzliche Zulassung umfasst unter anderem eine Druckbeaufschlagung der Dichtung mit dem 1,25-Fachen für eine vorgeschriebene Dauer von zehn Minuten, ohne dass es zu einem Leck oder einer Überlastung kommt. Der 3- Bolzen-Domdeckel hat diese Prüfung bestanden und erhielt nun die Zulassung für eine zweijährige Testphase. Während dieser Zeit wird das Produkt bei einer ausgewählten Waggongruppe eingesetzt. 

„Wenn Sie eine völlig neue, innovative Idee haben, brauchen Sie mindestens zwei Jahre, um sie zu erproben“, meint Perez. „Doch langfristig soll dies unsere Standardausführung für einen großen Teil unserer 100.000 Kesselwagen werden. Wir gehen davon aus, dass auch viele andere davon profitieren werden. Immerhin wird diese Innovation das branchenübliche Problem der NARs reduzieren.“ 

UTLX erwartet, dass der neue 3-Bolzen-Domdeckel für die Bahnbranche ab 2024 allgemein verfügbar ist.

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