Directives pour l'introduction et l'homologation du SKK
Michael Stalder / CE cideon engineering Schweiz AG, 2023
Objectif du projet
Ce document s'adresse aux chemins de fer qui souhaitent introduire un système de conditionnement du champignon de rail (SKK) en raison d'une usure importante des roues et des rails et/ou d'émissions sonores. Ces directives se basent sur deux études de cas (MGB en allemand et TPF en français) auxquelles il est fait référence dans ce document.
Résultats
Le présent rapport décrit les dispositions juridiques générales en vigueur, y compris le processus d'homologation selon la directive "Homologation de véhicules ferroviaies", ainsi que la procédure à suivre pour l'homologation du SKK.
Remarques
Ce document fait référence à de nombreuses annexes qui peuvent être transmises en cas de besoin.
Document(s)
Directives pour l'introduction et l'homologation du 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)
Rapport final (en français)
Rapport final sur l'essai d'exploitation SKK sur la ligne Täsch - Zermatt
Roland Müller / Gleislauftechnik Müller, Aaron Seeberger / MGB, 2022
Objectif du projet
Ces dernières années, l'interaction entre le véhicule et la voie a fait apparaître des signes d'usure massifs auprès de diverses sociétés ferroviaires à voie métrique, tant sur les véhicules que sur l'infrastructure. Ces phénomènes d'usure sont parfois si graves que la disponibilité
des véhicules et de l'infrastructure ne peut plus être assurée. Outre la disponibilité, les coûts d'entretien des véhicules et de
l'infrastructure n'ont cessé d'augmenter.
Par le passé et actuellement, la Matterhorn-Gotthard-Bahn a été très fortement touchée par les phénomènes d'usure sur le tronçon Täsch-Zermatt. L'enchaînement de plusieurs facteurs d'influence de l'interaction véhicule - voie ou roue - rail se superpose sur la MGBahn. Des rayons de courbure étroits, des charges par essieu élevées, des guidages d'essieux montés rigides des nouveaux véhicules modernes et des voies rigides. Autant de paramètres qui ne peuvent pas être facilement modifiés à court terme, tant au niveau véhicules que pour la voie. C'est la raison pour laquelle la maîtrise de système Interaction Véhicule Voie a considéré dès le début la MGBahn comme un objet de recherche optimal.
Résultats
La sécurité est garantie en cas d'utilisation correcte du conditionnement du champignon de rail sur la base d'essais de freinage approfondis sur des pentes allant jusqu'à 40‰, et elle a été maîtrisée en toute sécurité à tout moment lors des essais d'exploitation Täsch-Zermatt sur des pentes allant jusqu'à 25‰.
Les résultats obtenus lors des essais d'exploitation montrent qu'à court et moyen terme, l'application ciblée du conditionnement du champignon de rail permet de réduire significativement l'usure à court et long terme sur les lignes présentant des pentes jusqu'à 25‰. Le kilométrage des roues a pu être multiplié par quatre. Les essais ont toutefois aussi montré que des optimisations supplémentaires sont nécessaires pour élaborer des recommandations sur la mise en œuvre du SKK dans le domaine de la voie métrique. Cela concerne avant tout le contact entre la roue et le rail, l'interaction entre le SKK et la LBR ainsi que la surveillance avec les opportunités de numérisation qui y sont liées dans l'optique de la maîtrise de l'ensemble du système (mot-clé : conditionnement en fonction des
besoins). Le conditionnement du champignon de rail est très économique. Le rendement de l’investissement est d'un an dans le cas de la MGBahn. Vous trouverez d'autres recommandations dans le rapport..
Remarques
Pour permettre un suivi étroit à plus long terme, les essais d'exploitation auprès de la MGBahn ont été prolongés d'un an. Les analyses supplémentaires sont consignées dans un rapport séparé.
Document(s)
Rapport final sur l'essai d'exploitation SKK sur la ligne Täsch - Zermatt
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)
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: concept pour l’essai en exploitation au sein de zb (traduction du «Management Summary»)
Smart SKK-SKS Versuchskonzept Betriebserprobung zb (document complet en allemand)
Recommandation d'utilisation des produits SKK en termes de compatibilité environnementale
Gaël Vuillème / MOB, 2024
Objectif du projet
Ce document décrit le processus pour déterminr la compatibiité environnementale du SKK. Les fiches techniques de sécurité de certains produits de conditionnement mentionnent plusieurs produits dangereux pour l'environnement. Le risque de pollution doit être minimisé en s'assurant que les substances concernées ne sortent pas de la voie avec l'eau de pluie ou de fonte.
Deux cas-types de voie sont étudiés. Dans le premier, la voie respecte les normes de construction actuelles. L’eau s’écoule d’abord à travers le ballast puis un corps filtrant constitué de sable ou de gravier. Les échantillons d’eau sont alors prélevés. Lors de toutes les mesures, les produits dangereux et autres indicateurs de la présence de SKK respectent les normes en vigueur. Les mesures ont lieu à Gruyères (FR) et Bossonnens (FR) sur le réseau TPF et à Stans (NW) sur celui de la ZB.
Dans la seconde configuration, la voie n’a pas de ballast. L’eau ruisselle sur une surface imperméable et est collectée dans une chambre. Elle est ensuite rejetée dans la nature. Ce cas est une estimation de l’état de l’eau lorsqu’elle entre dans le ballast. Si une partie des polluants se déposent dans les boues dans la chambre de collecte, une autre est rejetée dans l’environnement. A la sortie de la chambre, la concentration de polluant peut dépasser les valeurs limites de rejets toxiques. Lors du rejet dans un cours d’eau, la concentration, et avec elle les dangers, diminue. Ces mesures sont effectuées sur un pont, à Hergiswil (NW) sur le réseau de la ZB.
Résultats
Les résultats des mesures indiquent que les différents polluants sont retenus par les différentes couches traversées par l’eau. La très faible solubilité dans l’eau et les propriétés d’adsorption des éléments de la voie permettent ce filtrage, raisons pour lesquelles d’autres polluants tels que le SKS ou les produits d’imprégnation des traverses en bois sont aussi retenus. La qualité du corps filtrant s’améliore avec le temps grâce à la formation d’un filtre secondaire de particules venant de la voie.
Le HeadLub 90 de Igralub est utilisé comme référence pour les tests car c’est le produit de conditionnement utilisé les TPF et la ZB. Pour transférer les résultats d'autres agents SKK, la solubilité dans l'eau joue un rôle décisif. Cela vaut aussi bien pour la matrice de base que pour les composants individuels. Les résultats montrent que, dans le cadre d’une utilisation normale du SKK, les corps filtrants actuels sont suffisants pour retenir de nombreuses substances pour autant qu’elles ne soient pas solubles dans l’eau. Les résultats obtenus dans cette étude sont transférables aux autres produits de SKK pour autant que la solubilité dans l’eau est comparable. Ce document propose une procédure en laboratoire afin de mesurer cette solubilité. Pendant la durée de vie des installations, les polluants s'accumulent dans le ballast et le corps filtrant. Une pollution plus élevée entraine des coûts supplémentaires pour l’élimination ou le recyclage des matériaux de la voie. Le SKK exerce une influence très faible voire négligeable, en particulier dans le cas de traverses en bois à cause de leur imprégnation. Dans le cas de traverse en métal ou béton, la pollution du ballast est similaire avec ou sans utilisation du SKK. Les autres sources de pollution provenant du trafic ferroviaire sont le SKS, les semelles de frein ou les produits d’imprégnation des traverses en bois.
Document(s)
Recommandation d'utilisation des produits SKK en termes de compatibilité environnementale
