Leitfaden für die Einführung - Zulassung von SKK
Michael Stalder / CE cideon engineering Schweiz AG, 2023
Projektziel
Dieses Dokument richtet sich an Eisenbahnen, die aufgrund von hohem Verschleiss an Rad und Schiene und/oder Lärmemissionen ein Schienenkopfkonditioniersystem (SKK) einführen möchten. Der Leitfaden setzt sich aus zwei Fallbeispielen (MGB in deutscher und tpf in französischer Sprache) zusammen, auf welche referenziert werden.
Ergebnisse
Die allgemein gültigen rechtlichen Grundlagen inklusive dem Zulassungsprozess nach Richtlinie «Zulassung Eisenbahnfahrzeuge» sowie das detaillierte Vorgehen für die Zulassung von SKK sind im vorliegen Bericht beschrieben.
Bemerkungen
Dieses Dokument verweist auf viele Anhänge, die bei Bedarf bereitgestellt werden können.
Dokument(e)
Leitfaden für die Einführung - Zulassung von SKK.
Konzept Modellierung und Validierung
Roland Müller / Felix Platzer / Blasius Buchegger / Mahdiyar Nejadhamzeeigilani / Nikolaus Ritter, 2023
Projektziel
Immer mehr Meterspurbahnen sind von massiv zunehmendem Verschleiss und von Lärm/Erschütterungen betroffen. Im Rahmen der Systemführerschaft Interaktion Meterspur werden dafür kurz-, mittel- und langfristige Lösungskonzepte erstellt. Zentraler Teil dieser Lösungskonzepte ist die Modellwelt und die zugehörigen Simulationen. Simulationen sind heute Stand der Technik und erlauben die Einflüsse von veränderten Randbedingungen zu rechnen (Parameterstudien) anstatt diese messen zu müssen. Dadurch können Messergebnisse von einer Bahn auf eine andere Bahn mit leicht anderen Randbedingungen übertragen werden. Im Fokus liegen dabei insbesondere der Verschleiss an Rad und Schiene, der Lärm aus dem Rad-Schiene Kontakt sowie der Einfluss der Tribologie (Reibungsmanagement) auf den Rad-Schiene Kontakt (SKS/SKK). Obwohl das Thema in der Meterspur neu ist, gibt es weltweit bereits viel Erfahrung, die in die Modelle und die Simulationen einfliessen.
Ziel: Erstellung von Rechnungsmodellen für Simulationen von Rad-Schiene Kontaktsituationen in der Meterspur.
Ergebnisse
Im vorliegenden Dokument werden die Modellkonzepte für die Bereiche Verschleiss/Schädigung, Lärm und Reibungsmanagement vorgestellt. Diese geben einen strukturierten Einblick in die verschiedenen Lösungsansätzen bei den Modellentwicklungen, den dabei benötigten Inputdaten der Bahnen und Hersteller (bestehend aus Erfahrungen und/oder Untersuchungen/Betriebserprobungen), den benötigten Inputdaten aus Versuchsreihen auf Klein- und Grossprüfständen und den Verfahren zur Validierung der Modelle anhand von zusätzlichen Versuchen im Feld.
Bemerkungen
Dieses Dokument beschreibt das Vorgehen auf Konzeptebene. Ergebnisse aus den beschriebenen Modellen werden Anfang 2026 erwartet.
Dokument(e)
Technischer Bericht
Überblick über Systeme, Produkte und die Applikation (SKK / SKS)
Nikolaus Ritter / Zentralbahn AG, Nicole Dörr, Andreas Trausmuth / AC2T research GmbH, Gerald Trummer / Virtual Vehicle Research GmbH, Prof. Roger Lewis, Ben White / University of Sheffield, 2022
Projektziel
Das Modul 1 umfasst die Zusammenstellung des vorhandenen beziehungsweise des zugänglichen Wissens über Systeme, Schmierstoffe und Onboard-Systeme zur Schienenkopfkonditionierung (SKK) und Spurkranzschmierung (SKS) von Meterspurbahnen.
Dazu wurden Veröffentlichungen zu wissenschaftlichen Arbeiten (Modelle/Simulationen, Experimente, Feldstudien), technische Berichte, Produkt- und Sicherheitsdatenblätter, Normen, Richtlinien, Gutachten, Erfahrungsberichte, etc. zusammengestellt, ausgewertet und auf ihre Anwendbarkeit für Meterspurbahnen untersucht.
Ergebnisse
Das Ergebnis dieser Untersuchung ist eine Bestandsaufnahme des vorhandenen (zugänglichen) und nicht vorhandenen (nicht zugänglichen) Wissens im Bereich der Meterspurbahnen.
Bemerkungen
Dieses Dokument wurde als erstes Dokument aus dem P2 erstellt.
Dokument(e)
Finalbericht
Schlussbericht zur Betriebserprobung SKK auf der Strecke Täsch – Zermatt
Roland Müller / Gleislauftechnik Müller, Aaron Seeberger / MGB, 2022
Projektziel
Im Zusammenwirken Fahrzeug / Fahrweg sind in den letzten Jahren bei diversen Meterspurbahnen massive Verschleisserscheinungen sowohl bei den Fahrzeugen als auch bei der Infrastruktur zu Tage getreten. Diese Verschleisserscheinungen sind teilweise so gravierend, dass die Verfügbarkeit der Fahrzeuge aber auch der Infrastruktur nicht mehr sichergestellt werden kann. Neben der Verfügbarkeit haben auch die Kosten für die Instandhaltung der Fahrzeuge und der Infrastruktur kontinuierlich zugenommen.
In der Vergangenheit und Gegenwart war die Matterhorn-Gotthard-Bahn sehr stark von den Verschleisserscheinungen auf dem Streckenabschnitt Täsch-Zermatt betroffen. Die Verkettung von mehreren Einflussfaktoren der Interaktion Fahrzeug – Fahrweg bzw. Rad - Schiene überlagern sich bei der MGBahn, weshalb sie als optimales Forschungsobjekt für den Einsatz von SKK betrachtet wurde.
Ziel der Forschungsprojekts war eine erhebliche Erhöhung der Laufleistung der Rädern und eine Verlängerung der Schleifintervalle der Schlupfwellen in den engen Bögen.
Ergebnisse
Die Sicherheit ist bei richtigem Einsatz der Schienenkopfkonditionierung aufgrund von umfangreichen Bremsversuchen in Gefällen bis 40‰ gewährleistet und in der Betriebserprobung Täsch-Zermatt mit Gefällen bis 25‰ jederzeit sicher beherrscht worden.
Die bei der Betriebserprobung erzielten Ergebnisse zeigen, dass kurz- und mittelfristig mit gezielter Anwendung der Schienenkopfkonditionierung der Kurz- und Langzeitverschleiss auf Strecken mit Gefällen bis 25‰ signifikant gemindert werden kann. Die Laufleistung der Räder konnte um einen Faktor 4 erhöht werden. Die Erprobungen haben jedoch auch aufgezeigt, dass für die Ausarbeitung von Empfehlungen zur Umsetzung der SKK in der Meterspurbranche weitere Optimierungen erforderlich sind. Dies betrifft vor allem den Kontakt zwischen Rad und Schiene, die Interaktion zwischen SKK und SKS sowie das Monitoring mit den damit verbundenen Möglichkeiten der Digitalisierung mit Hinblick auf die Beherrschung des Gesamtsystems (Stichwort bedarfsgerechtes Konditionieren). Die Schienenkopfkonditionierung ist hoch wirtschaftlich. Der ROI (Return on Investment) liegt im Falle der MGBahn bei einem Jahr. Weitere Empfehlungen finden Sie im Bericht.
Bemerkungen
Für ein längerfristiges enges Monitoring wurde die Betriebserprobung bei der MGBahn um ein Jahr verlängert. Die zusätzlichen Erkenntnisse sind in einem separaten Bericht verfasst.
Dokument(e)
Schlussbericht zur Betriebserprobung SKK bei der MGB
Verlängerung Betriebserprobung SKK auf der Strecke Täsch – Zermatt
Roland Müller / Gleislauftechnik Müller, Aaron Seeberger / MGB, 2024
Projektziel
Weiterführung der Messungen und Analysen aus dem ersten Jahr Betriebserprobung SKK zur Erhärtung und Detailierung der Resultate.
Ergebnisse
Die bereits erzielten Ergebnisse aus der ersten Betriebserprobung konnten durch das zweite Jahr Messen erhärtet werden und die Reproduzierbarkeit ist gegeben. Die Laufleistung der Räder bis zum Reprofilieren beziehungsweise der Schienen bis zum Schleifen konnte nochmals gesteigert werden, was die Wirtschaftlichkeit verbesserte. Diese Entwicklung konnte durch Prüfstandsversuche begründet, wie auch die Grenzen der Konditioniermittel (Bsp. Temperatureinfluss) aufgezeigt werden.
Dokument(e)
Schlussbericht zur Verlängerung Betriebserprobung SKK auf der Strecke Täsch-Zermatt
Smart SKK-SKS Versuchskonzept Betriebserprobung zb
Michael Stalder / CE cideon engineering Schweiz AG, 2024
Projektziel
Die Spurkranzschmierung (SKS) ist ein weit verbreitetes und erfolgreich eingesetztes System zur Verminderung von Spurkranz- und Schienenkopfflankenverschleiss in engen und sehr engen Bögen. Durch die Schmierung des Kontaktes wird der Reibwert vermindert, was im Bereich der Weiche zusätzlich die Entgleisungssicherheit erhöht. Die Schienenkopfkonditionierung (SKK) ist ein neueres und weniger verbreitetes System zur Verminderung von Verschleiss und Lärm aus dem Rad-Schiene Kontakt auf der Lauffläche. Der Reibwert wird weniger stark vermindert, wodurch die Traktions- und Bremseigenschaften des Rollmaterials vertretbar reduziert und dennoch gewährleistet werden.
Beide Systeme werden heute mit einfachen Steuerungen betrieben. Die SKS wird kontinuierlich betrieben und schmiert den Spurkranz nach Weg und Zeit unabhängig davon, ob der Spurkranz an der Schienenkopfflanke anläuft oder nicht. Bei der SKK muss vorgängig bspw. durch RFID-Tags oder GPS fix definiert werden, auf welchen Abschnitten konditioniert werden soll. In beiden Fällen können die Systeme den Bedarf nicht selbst erkennen und es ist in der Regel ein Kompromiss, der eine gewisse Unter- bzw. Überschmierung beinhaltet. Es gibt nur eine Einstellung der Systeme auf den Fahrzeugen, die möglichst überall gut passt.
Eine Weiterentwicklung dieser Systeme ist nur mit zusätzlicher Sensorik zur Bedarfserkennung und einer zusätzlichen Intelligenz in Form eines Algorithmus möglich, der die Messdaten auf dem Fahrzeug selbst analysiert und entscheidet, ob eines oder beide Systeme an dieser Stelle eingesetzt werden oder nicht. Hierzu wurde bereits 2023 ein Konzept erstellt, welches die Grundlagen für eine Betriebserprobung des bedarfsgerechten Schmierens respektive Konditionierens beschreibt.
Ergebnisse
Erste Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen haben gezeigt, dass das Upgrade auf «Smart SKK-SKKS» bei entsprechenden Lärm-, Verschleiss-, Unter- und Überschmierungszuständen wirtschaftlich sein sollte. Die derzeit installierte Sensorik entspricht einem Maximum und ist noch nicht wirtschaftlich optimiert, dies erfolgt nach nachgewiesener Wirksamkeit und Funktionalität. Nebst den wirtschaftlichen Aspekten kann die Umweltbilanz durch Minderaustragung von SKS/SKK-Produkten reduziert werden. Die zusätzliche installierte Intelligenz liefert Daten, die auch anderweitig für Analysen vom Fahrbahn- und Fahrzeugzustand angezogen werden können und somit der Gesamtwirtschaftlichkeit der ganzen Bahn dienen.
Dokument(e)
Smart SKK-SKS Versuchskonzept Betriebserprobung zb
Verwendungsempfehlungen für SKK-Konditioniermittel in Bezug auf Umweltverträglichkeit
Gaël Vuillème / MOB, 2024
Projektziel
Dieses Dokument beschreibt das Verfahren zur Bestimmung der Umweltverträglichkeit von SKK-Mitteln. In den Sicherheitsdatenblättern einiger Konditionierungsmittel sind mehrere umweltgefährdende Stoffe aufgeführt. Das Risiko einer Umweltverschmutzung muss minimiert werden, indem sichergestellt wird, dass die betreffenden Stoffe nicht mit dem Regen- und Schmelzwasser aus der Fahrbahn getragen werden.
Es werden zwei typische Fälle von Gleisen untersucht. Im ersten Fall entspricht das Gleis den aktuellen Bauvorschriften. Das Wasser fließt zunächst durch den Schotter und anschließend durch einen Filterkörper aus Sand oder Kies. Anschließend werden Wasserproben entnommen. Bei allen Messungen halten die Gefahrenstoffe und andere Indikatoren für das Vorhandensein von SKK die geltenden Normen ein. Die Messungen finden in Gruyères (FR) und Bossonnens (FR) auf dem Netz der TPF und in Stans (NW) auf dem Netz der zb statt.
In der zweiten Zusammenstellung hat das Gleis keinen Schotter. Das Wasser rinnt über eine wasserundurchlässige Oberfläche und wird in einer Kammer gesammelt. Anschließend wird es in die Natur abgeleitet. Dieser Untersuchung ist eine Einschätzung des Zustands des gesammelten Wassers, wenn es in den Schotter eintritt. Ein Teil der Schadstoffe setzt sich im Schlamm in der Sammelstelle ab, der restliche Teil wird in die Umwelt ausgetragen. Beim Verlassen der Kammer kann die Schadstoffkonzentration die Grenzwerte für toxische Einleitungen überschreiten. Bei der Einleitung in einen Wasserlauf sinkt die Schadstoffkonzentration und damit auch die Gefahren. Diese Messungen werden an einer Brücke in Hergiswil (NW) im Netz der zb durchgeführt.
Ergebnisse
Die Messergebnisse deuten darauf hin, dass die verschiedenen Schadstoffe von den unterschiedlichen Schichten, die das Wasser durchdringt, zurückgehalten werden. Die sehr geringe Wasserlöslichkeit und die Adsorptionseigenschaften der Gleisbestandteile ermöglichen diese Filterung, weshalb auch andere Schadstoffe wie SKS oder Imprägniermittel von Holzschwellen zurückgehalten werden. Die Qualität des Filterkörpers verbessert sich mit der Zeit durch die Bildung eines Sekundärfilters aus Partikeln, die aus dem Gleis kommen.
Das HeadLub 90 von Igralub wird als Referenz für die Tests verwendet, da dieses von der TPF und der zb verwendete Konditionierungsmittel ist. Um die Ergebnisse auf anderen SKK-Mitteln zu übertragen, spielt die Wasserlöslichkeit eine entscheidende Rolle. Dies gilt sowohl für die Grundmatrix als auch für die einzelnen Komponenten. Die Ergebnisse zeigen, dass bei normalem SKK-Einsatz die heutigen Filterkörper ausreichen, um viele Stoffe zurückzuhalten, sofern sie nicht wasserlöslich sind. Die in dieser Studie erzielten Ergebnisse sind auf andere SKK-Produkte übertragbar, sofern die Wasserlöslichkeit vergleichbar ist. Dieses Dokument schlägt ein Laborverfahren zur Messung dieser Löslichkeit vor. Während der Lebensdauer der Anlagen sammeln sich Schadstoffe im Schotter und im Filterkörper an. Eine höhere Verschmutzung führt zu zusätzlichen Kosten für die Entsorgung oder das Recycling des Gleismaterials. SKK hat einen sehr geringen oder vernachlässigbaren Einfluss, insbesondere bei Holzschwellen aufgrund ihrer Imprägnierung. Im Falle von Metall- oder Betonschwellen ist die Verschmutzung des Schotters mit und ohne SKK ähnlich. Weitere Verschmutzungsquellen aus dem Schienenverkehr sind SKS, Bremssohlen oder Imprägnierungsmittel für Holzschwellen.
Dokument(e)
Verwendungsempfehlungen für SKK-Konditioniermittel in Bezug auf Umweltverträglichkeit
