Eisenbahnräder für Hochgeschwindigkeitszüge in Form bringen

Weltweit wachsen die Städte jeden Tag um über 170.000 Einwohner. Durch diese rasante Urbanisierung verdreifacht sich nach Einschätzung der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung der Weg der Menschen zur Arbeit und zu Freizeitaktivitäten. Mit der Folge, dass sich in den Metropolen die ohnehin angespannte Verkehrssituation weiter zuspitzt. Für mittlere und lange Strecken gilt die Bahn als gute Alternative. Hochgeschwindigkeitszüge fahren heute mit Spitzengeschwindigkeiten von 350 Stundenkilometern. Diesen Leistungserwartungen – gepaart mit ebenfalls weiter steigenden Anforderungen an Sicherheit, Komfort, Lärm und Verschleißreduktion – müssen auch die Eisenbahnräder Rechnung tragen. Ein Technologiespezialist ist hier das Unternehmen Schuler Pressen. Aktuell fertigt Schuler für einen asiatischen Kunden eine schlüsselfertige Anlage zum Schmieden und Walzen von Eisenbahnrädern, die im November 2017 ausgeliefert werden soll.

Der integrierte Prozess der Radherstellung auf dieser Fertigungslinie beginnt am Chargierroboter, der den Drehherdofen mit 400 bis 800 Millimeter langen Stangenabschnitten belädt. Ein Roboter transportiert anschließend die in bis zu fünf Stunden auf 1250 Grad Celsius erwärmten Stangenabschnitte zur Entzunderungsanlage. Von dort geht es per Roboter weiter zur Vorformpresse. Hier wird der Radrohling mit einer Presskraft von 10.000 Tonnen in zwei Umformstufen geschmiedet und dabei auch die Nabe vorgeformt. Der für Schuler Radpressen charakteristische zentrale Zylinder und der sich darunter bewegende Stößel verleihen der Vorform eine fast schon endkonturnahe Ausformung. Durch die hohe Kraft und Präzision bei der Vorformung sinkt der erforderliche Materialeinsatz um bis zu zehn Prozent. Die patentierte Hydraulik verringert durch besonders schnelles Öffnen der Presse die Kontaktzeit zwischen Werkstück und Werkzeug. Dadurch steigt nicht nur die Produktivität, sondern auch die Standzeit der Kontaktwerkzeuge, da ihre thermische Belastung sinkt. Mit der Technologie Efficient Hydraulic Forming (EHF) senkt Schuler überdies auch den Stromverbrauch der Anlage. Denn dieses Modul erlaubt es, nach dem Prinzip einer Start-Stopp-Automatik im Auto die Antriebe gezielt an- und abzuschalten. Anders als konventionelle hydraulische Pressen, die über eine halbe Minute zum Hochfahren der Antriebe benötigen, ist die Schuler-Vorformpresse binnen 1,5 Sekunden hochgefahren. Dadurch lassen sich energieverbrauchsintensive Leerlaufzeiten nahezu vollständig vermeiden.

Von der Vorformpresse gelangen die produzierten Rohlinge per Portalroboter zum Kernstück der Schmiedelinie, der Radwalze. Insgesamt neun Walzen – vier Zentrierwalzen, zwei Kegelwalzen, eine Hauptwalze und zwei Stegwalzen – geben dem Rad in 45 Sekunden seine endgültige Form. Dabei halten die Zentrierwalzen den Rohling in vertikaler Position, während die Stegwalzen den Spurkranz gegen die Hauptwalze drücken und die gleichzeitig zufahrenden Kegelwalzen die Breite des Radkranzes formen. So wird parallel zur Umformung des Spurkranzes der Durchmesser des Rads vergrößert. Mit einem Durchmesser von 1,7 Metern ist die Hauptwalze für die Umformung der bis zu 1500 Kilogramm schweren Schmiedeteile gewappnet.

Um Trägheitsmomente zu überwinden, haben die Umformwalzen eigene Antriebe. Dadurch können die thermisch hochbelasteten Walzen auch im Leerlauf gedreht werden und lassen sich so schneller als bei konventionellen Anlagen nach jedem Umformprozess wieder runterkühlen. In der nachfolgenden Kümpelpresse erhält das Rad mit 5000 Tonnen Presskraft seine Endform: Seine Höhe wird kalibriert, die Nabe axial versetzt und der Steg S-förmig oder glockenförmig umgeformt. Der so entstehende Federeffekt trägt zur Minderung des Laufgeräuschs bei. In die bis zu 350 Millimeter lange Nabe stanzt anschließend ein in den Presszylinder integrierter Lochstempel mit 1000 Tonnen Gewicht ein Loch von etwa 150 Millimetern Durchmesser. Den Abschluss der Schmiedelinie bilden die flexible Markierstation, wo das Rad mit einer zehn- bis 15-stelligen, permanenten Zahlen- und Buchstabenkombination versehen wird, sowie ein Lasersystem, das berührungslos vermisst.