Überwachung der Radlager von Schienenfahrzeugen im Rampenlicht

May 07, 2023

Dan Carney | 24. Februar 2023

Laut dem vorläufigen Bericht des National Transportation Safety Board (NTSB) führte ein überhitztes Radlager zur Entgleisung des Güterzuges in East Palestine, Ohio.

Die Ermittler stellten fest, dass ein Lager im 23. Wagen des Zugs 32N aufgrund des im Gleis installierten „Hot-Box“-Detektors überhitzt war. Dieses System warnte die Zugbesatzung wie geplant vor dem Zustand, aber die Spur entgleist, während sie angehalten wird.

Der Betreiber Norfolk Southern setzt auf der Fort Wayne Line, wo sich der Unfall ereignete, ein System von Hot-Box-Detektoren ein. Nach Angaben des Villanova Center for Analytics of Dynamic Systems gibt es in Nordamerika mehr als 6.000 Streckendetektoren, die sich der Identifizierung defekter Schienenfahrzeugkomponenten widmen, darunter Räder, Lager und LKW-Systeme.

Bei den meisten dieser streckenseitigen Überwachungssysteme handelt es sich um Heißlagerdetektoren, so die Schule in ihrem Bericht „Rail Vehicle Diagnostics“. Diese streckenseitigen Sensoren nutzen berührungslose Infrarot-Temperatursensoren, um die Lagergehäusetemperatur bei vorbeifahrenden Schienenfahrzeugen zu überwachen. Wenn die Lagertemperatur einen Schwellenwert überschreitet (normalerweise 220 °F (105 °C) über der Umgebungstemperatur), löst das System eine Warnung aus.

Ein solcher Temperaturanstieg trete nur unter schwerwiegenden Fehlerbedingungen auf, sagt Villanova. Das war laut NTSB bei dieser Entgleisung der Fall. Die Behörde stellte fest, dass die verdächtige Peilung des 23. Wagens bei Meilenpfosten 79,9 eine aufgezeichnete Temperatur von 38 °F über der Umgebungstemperatur aufwies. Als der Zug bei Kilometer 69,01 den nächsten Hot-Box-Detektor passierte, lag die aufgezeichnete Temperatur des Lagers 103 °F über der Umgebungstemperatur. Zwanzig Meilen später, als wir an einem dritten Hot-Box-Detektor vorbeikamen, war die Temperatur des verdächtigen Lagers auf 253 °F über der Umgebungstemperatur angestiegen und der Alarm ertönte.

Die HBD-Alarmschwellen (über der Umgebungstemperatur) und Kriterien für Peilungen von Norfolk Southern sind:

Die Beobachtung von 103 °F über der Umgebungstemperatur durch den zweiten HBD reichte nicht aus, um einen Alarm auszulösen, und beim nächsten Detektor war die Situation bereits außer Kontrolle geraten.

Eine kontinuierliche Überwachung hätte die Zugbesatzung früher warnen können, und das ist auch möglich.

Volker Brundisch, Produktmanager für Mechatronik bei Bombardier Transportation, skizzierte im Global Railway Review des damaligen Bombardier Transportation (die Bahnsparte gehört heute zum französischen Unternehmen Alstom) drei Methoden zur Überwachung des Zustands von Schienenfahrzeugen.

Die ersten beiden, POM und TOM, könnten eine kontinuierliche Überwachung ermöglichen, aber die Instrumentierung des gesamten Rollmaterials wird teuer. Darüber hinaus führt die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls aufgrund regelmäßig geplanter Wartungs- und Umbauarbeiten dazu, dass die Rendite dieser Investition gering ist. „POM ist vor allem aus der Sicht eines Ingenieurs und nicht aus der Sicht eines Aktionärs für den Fahrzeughalter interessant“, stellt Brundisch fest.

TOM scheint unhandlich zu sein, da es den Austausch der Überwachungsausrüstung zwischen den Waggons und die Außerbetriebnahme dieser Waggons während der Ausführung der Arbeiten erfordert. PTM hingegen kann nie die gleiche Präzision und Kontinuität wie POM bieten, aber die Seltenheit katastrophaler Ausfälle und die Kosten für die Instrumentierung jedes Eisenbahnwaggons machen POM zu einer schwierigen Aufgabe, schließt Brundisch.

Der Lagerhersteller und Wiederaufbereiter Timken weist darauf hin, dass die regelmäßige Wartung der Lager durch bis zu fünf Umbauten ein Schienenradlager ein halbes Jahrhundert lang in Betrieb halten kann, und nennt dies ein Beispiel für wirtschaftliche Kreislaufwirtschaft. „Die Praxis reduziert die Auswirkungen auf die Umwelt und setzt eine lange Tradition fort, wertvolle Teile und Materialien optimal zu nutzen, anstatt alte automatisch durch neue zu ersetzen“, heißt es in seinem Blog.

Nach Angaben des Unternehmens beträgt die Bearbeitungszeit für einen Lageraustausch 7 bis 10 Tage, im Vergleich zu einer Wartezeit von sechs Wochen bis drei Monaten für neue Lager. Darüber hinaus gilt für überholte Lager die gleiche Garantie wie für neue. „Warum sollten Sie ein vollkommen gutes Lager wegwerfen, an dem nur geringfügige Arbeiten erforderlich sind?“ fragte Tony Koesters, der Timkens North America Rail Services-Abteilung leitet. „Durch die Rückgewinnung des Großteils des Lagers reduzieren Sie die Rohstoffe um etwa 81 Prozent und eliminieren so den Energieaufwand für deren Herstellung.“

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