Raka spåret i kurvorna
Att styra ett tåg genom en kurva är som att banka en fyrkantig kloss genom ett runt hål. Järnvägshjul och axlar har en fast inbördes vinkel på 90 grader. De är avsedda att gå rakt framåt. För att få dem genom en kurva krävs tvång. Ny teknik från Trelleborg tillåter hjulen att ta kurvorna smidigare.
– När tåget rullar rakt och i hög hastighet ska hjulen vara så styva och raka på axlarna som möjligt, för att ge stabil och säker gång. Men i kurvor vill man att hjulen ska hänga med i svängarna, förklarar Rüdiger Hack, teknisk ansvarig för tågapplikationer inom Trelleborg Industrial Solutions.
Hydraulic Axle Guiding Bush (eller HALL som är den tyska akronymen) fungerar genom att variera axlarnas longitudinella styvhet i boggin. Detta innebär att hjulets och axelns följsamhet kan varieras efter de momentana driftförhållandena. Detta sker i praktiken genom att en hydraulvätska tillåts strömma genom en lång och smal kanal mellan två håligheter i enheten, styrd av axelns vibrationsfrekvens.
När vagnen rullar snabbt på ett rakt spår är vibrationsfrekvensen i systemet hög. Den höga frekvensen hindrar hydraulvätskan att passera genom den långa, smala kanalen mellan de två håligheterna. Det gör systemet styvt och hjulen och axeln löper rakt i boggin. När vagnen rullar genom en kurva sjunker vibrationsfrekvensen i systemet. Därmed kan hydraulvätskan passera genom röret mellan de två håligheterna, och hjulet kan anpassa sig efter rörelseriktningen.
Detta har stora fördelar. En är att hjulgnisslet i tvära kurvor minskar. Gnissel är ett tecken på mycket hög friktion. Detta kan orsaka allvarliga nötningsskador på såväl hjul- som spårprofiler. Hjul och spår kan behöva slipas om eller bytas, och friktion förvandlar stora mängder nyttig energi till värdelös värme.
Tekniken med styrande bussningar utvecklades 1997 och testades på tåg i reguljär trafik i tio år innan den sattes i serieproduktion 2010.
– Järnvägsindustrin är utpräglat konservativ. Vi behövde skapa en marknad för den nya produkten, och det tog lång tid. Testen genomfördes i två regioner där det var extra angeläget att förbättra verkningsgraden i gränssnittet hjul och räls, säger Rüdiger Hack.
– De första testen genomfördes i Schweiz. Där är det många kurvor på linjerna på grund av det bergiga landskapet. Sedan fortsatte vi med test i Storbritannien där tågen rullar närmare tre gånger så långt per dag som i andra länder. För de brittiska tågoperatörerna var det högt prioriterat att minska förslitningen.
Båda dessa länder tillämpar en policy med differentierad prissättning för spåranvändning som favoriserar tåg som sliter mindre på spåren.
Testresultaten var slående. Trelleborg uppskattar att HALL-systemet återbetalar sig på fem år bara sett till energikostnaderna. Om man till detta lägger besparingarna i form av minskat hjulunderhåll tar återbetalningen bara 2,5 år, och med spårunderhållet med i kalkylen minskar tiden till mellan 10 och 15 månader.
– Om vi skulle montera HALL på allt rullande materiel som trafikerar sträckan Dresden–Nürnberg, ett avstånd på 380 kilometer, skulle vi kunna spara över 20 gigawattimmar el sett över en normal livslängd på åtta år. Det skulle räcka för att försörja en stad på 11 000 människor med elenergi i ett år.
Rüdiger Hack förklarar att fördelen är så stor att en dag kommer 80 procent av alla nya personvagnar i Europa vara utrustade med HALL.
– Men den viktigaste marknaden ligger i eftermontering. HALL levereras i olika dimensioner och kan enkelt monteras som ersättning för befintliga bussningar, säger han.
Özlem Arslan, säljare inom Trelleborg Industrial Solutions i Velten utanför Berlin i Tyskland, säger att tillverkare av originalutrustning (OEM) sätter särskilt högt värde på HALL.
Den typen av företag står under intensiv prispress, men de måste också tänka på att sälja tåg med fordonens livstidskostnad som argument. Det är där HALL kan ge verkliga fördelar sett till besparingar i energi och hjulunderhåll. Och på marknader där spårslitaget inverkar på priset för spåranvändning blir argumentet ännu mer övertygande, säger Özlem Arslan.
Det finns planer att lansera nya versioner av HALL, för att täcka in godsvagnar och lok vars vikt kräver en annan lösning. Rüdiger Hack kallar den nya produkten ”HALL 2.0”. Den ska även erbjuda aktiv elektronisk styrning.
– För närvarande är systemet passivt. Det baseras på boggins tendens att rikta hjulet i kurvan, men bussningens styvhet gör att hjulets position inte kan bli optimal. HALL 2.0 kommer aktivt att styra hjulen via ett elektroniskt system som får indata från GPS, spårskanning och/eller spårdata, säger Rüdiger Hack.
Men även här är järnvägsbranschen konservativ.
– De första kunderna börjar visa intresse, men det kan ta 10 till 15 år innan de börjar använda det responsiva systemet, säger han.
Rüdiger Hack påpekar att det befintliga HALLsystemet bygger på en idé från bilindustrin.
– Samma teknik används i motor- och växellådslager för att bilen ska gå mjukt på tomgång, men styvare vid höga varvtal. Det innebär att vi inte behöver utveckla från noll, utan bara anpassa existerande komponenter, säger han.
Men tillämpat i järnvägssammanhang är HALL nästan revolutionerande.
Rüdiger Hack kallar det ”den första innovationen i boggiupphängning på decennier, jämförbar med övergången från spiralfjädrar till luftfjädrar i sekundärfjädringen”. Och han konstaterar:
– Vi har bidragit till att visa att järnvägsindustrin inte är fullt så konservativ som alla har trott.
För mer information, besök:
www.trelleborg.com/anti-vibration-solutions
Detta är en artikel från Trelleborgs magasin T-Time, för att se alla språkversioner och tidigare nummer, klicka här.
Pressservice: Denna artikel finns att tillgå i 8 språkversioner. Media är välkommen att använda artikeln i sin egen publikation. För att ladda ner artikeln gå till https://bamboo-contentpartner.com/. Om den återpubliceras, vänligen uppge kontaktuppgifterna: www.trelleborg.com
E-post: news@trelleborg.com