Technologietransfer für die Kölner Verkehrs-Betriebe: Windkraft-Schmiersysteme von SKF sorgen für zuverlässigen Bahnverkehr

Das bringt dem Unternehmen deutliche Vorteile: Die ursprünglich aus der Windkraft stammende und gemeinsam mit den KVB für den Bahnsektor zugeschnittene Lösung verringert den Verschleiß an Rad und Schiene und die damit verbundenen Kosten. Darüber hinaus senkt sie die Geräuschemissionen – die Züge rollen wesentlich leiser durchs Kölner Stadtgebiet.

Die Kölner Verkehrs-Betriebe unterhalten mit rund 238 Kilometern Linienlänge ihres Stadtbahnnetzes das fünftgrößte kommunale Streckennetz in Deutschland. 382 Stadtbahnwagen befördern im Jahr gemeinsam mit den Bussen über 275 Millionen Fahrgäste. Die jährliche Gesamtfahrleistung liegt bei rund 36 Millionen Kilometern.

Das Unternehmen, das rund 3.300 Menschen beschäftigt, blickt auf eine lange Geschichte zurück: Bereits 1901 ratterte die erste elektrische Straßenbahn durch die Rhein-Metropole. Seither erweiterten die Verkehrsbetriebe sukzessive ihr Streckennetz und verlegten es abschnittsweise unter die Erde.

Damals wie heute müssen sich die KVB auch um die Wartung und Pflege ihrer Gleisanlagen kümmern. Dazu gehört unter anderem, die Gleise mit den entsprechenden Schmiermitteln zu versorgen. Um den Verschleiß an Rad und Schiene zu verringern, erhalten Radrücken und Fahrkanten auf den Strecken Schmierfett. Das lässt die Wagen mit weniger Reibung und Materialverlust durch die Kurven gleiten. Gegen zu hohe Fahrgeräusche wird vor Ort zudem eine Fahrflächenkonditionierung durchgeführt: Ein spezielles Mittel senkt die Geräuschemissionen, ohne das Fahr- und Bremsverhalten negativ zu beeinflussen. Die Wartung und Pflege der Gleisanlagen und Fahrzeuge effizienter zu gestalten, hat die KVB in der Vergangenheit vor immer größere Herausforderungen gestellt.

Alte Lösungen waren unzuverlässig

Über Pumpen und Leitungen gelangen die Schmiermittel an die Gleise. Mitarbeiter der KVB haben diese angebohrt, so dass das Fett direkt die gewünschte Stelle erreicht. Die Pumpenaggregate sind entweder in Gleisnähe angebracht oder ins Gleisbett eingelassen. Früher eingesetzte Pumpenlösungen haben die Mitarbeiter der TechnischenGleispflege auf Trab gehalten: Die Aggregate waren unzuverlässig, mussten häufig gewartet werden oder fielen immer wieder komplett aus. „Wir haben Ende der 1990er Jahre eine eigene Anlage auf  Fließfettbasis entwickelt, die heute noch läuft. Allerdings traten nach und nach, seit Umstellung auf modernere Schmierstoffe, besonders bei der Fahrflächenkonditionierung Probleme auf. Die Anlagen fielen aus oder der Schmierstoff war nicht mehr förderbar. Deswegen kamen wir auf die Idee, uns nach einer neuen Zentralschmierungslösung umzuschauen“, beschreibt Stefan Theißen, Leiter Technische Gleispflege bei den KVB, die Problemstellung.

Über Recherchen im Internet stießen Theißen und seine Mitarbeiter 2011 auf SKF und Frank Siedlowsky, Account Manager bei der SKF Lubrication Systems Germany GmbH. Es kam schnell zu ersten Gesprächen und zur grundsätzlichen Entscheidung, eine Progressiv-Verteileranlage zu installieren. Allerdings lieferten die eingesetzten Progressivverteiler zu hohe Schmierstoffmengen. Siedlowsky schlug vor, einen MonoFlex-Verteiler zu testen, wie er normalerweise in Windkraftanlagen genutzt wird. Dieser eignet sich auch für Schmierstoffe mit Feststoffanteilen. Allerdings förderte er immer noch deutlich mehr Schmierstoff, als von den KVB benötigt wurde.

Enge Kooperation zwischen SKF und KVB

In der Folgezeit arbeiteten die Projektpartner sehr eng zusammen. Mitarbeiter der KVB und SKF setzten sich zum Ziel, die Fördermenge deutlich zu reduzieren. Es galt, so wenig Schmierstoff wie irgend möglich, aber zugleich so viel wie nötig an die Schienen zu leiten, um Verbrauch und Umweltbelastung zu minimieren. In aufwändiger Tüftelarbeit gelang es den Kölner Bahnspezialisten und den Ingenieuren von SKF schließlich, die Fördermenge auf 0,05 Kubikzentimeter pro Hub zu reduzieren. „Die KVB haben uns in dieser Hinsicht mit eigenen Ideen aktiv unterstützt“, freut sich Frank Siedlowsky. Allerdings tauchte eine weitere Herausforderung auf. Dazu KVB-Mitarbeiter Ramazan Demirel: „Wir hatten Probleme mit dem benötigten Druckaufbau in der Leitung. Das Zeitintervall zwischen den Zyklen war zu lang. Nicht jede Bahn konnte mit dem Kopf-Konditioniermittel versorgt werden.“ Auch diese Aufgabe wurde gemeinsam gelöst. „Wir schaffen jetzt ein Intervall, das jeden Zug erreicht“, sagt Stefan Theißen.

In den Pumpen von SKF sorgen elektrische Druckschalter für mehr Betriebssicherheit. „Wir können Einschalt- und Ausschaltdruck separat einstellen. Früher war das nicht möglich und wir konnten die Drücke nicht präzise bestimmen“, beschreibt KVB-Vorarbeiter Manfred Laubscher. Die Kölner haben auch diesbezüglich ihre eigene Note geschrieben: Sie wollten den werksseitig anders verbauten Schalter direkt an der Pumpe haben – und SKF setzte diesen Kundenwunsch um: nun steckt er witterungsgeschützt in einem Kasten. Die SKF Lösung ermöglicht Drücke bis maximal 300 bar. Damit können die KVB auch zähere Schmierstoffe prozesssicher an die gewünschten Stellen fördern.

Pumpenelemente wurden speziell angepasst

Neben der Schmierung durch Fette setzen die Verkehrsexperten auch sogenannte Fahrflächenkonditionierungs-Mittel ein. Diese werden auf die Schiene aufgetragen und reduzieren das Geräusch zwischen Schiene und Rad, ohne dabei die Traktion negativ zu beeinflussen. In der Vergangenheit hatte die besondere Beschaffenheit dieses Mittels aber oft dazu geführt, dass die Pumpenelemente festfuhren. Nicht so bei der neuen Lösung von SKF: Darin erzeugen standardmäßig verbaute, rotierende Exzenter die notwendige Kraft, um die Elemente beweglich zu halten.

Ein weiteres, altbekanntes Problem resultierte aus dem hohen Anteil an metallischen Kleinstpartikeln in dem Konditionierungsstoff. Der führte häufig zu Aufplattierungen im Pumpen-Inneren. Auch diese Herausforderung ließ sich gemeinsam meistern: Nach diversen Versuchen bei den KVB wurden Pumpenelemente zusätzlich oberflächenbehandelt. „Das reduziert das Aufplattieren spürbar. Wir haben die Oberflächenbehandlung der Pumpenelemente bei uns jetzt als Standard eingeführt“, sagt Frank Siedlowsky. Zusätzlich wurde bei den KVB nach einem Fahrflächenkonditionierungsstoff gesucht, der mit den SKF Anlagen besonders gut „harmoniert“, die geforderte Wirkung erfüllt und die technischen Vorgaben zu Traktions- und Verzögerungswerten einhält.

In Bezug auf die reine „Hardware“ setzen die KVB zwei verschiedene Typen ein. Die stehende Variante ist ein Standardpumpen-Aggregat KFG von SKF. Dieses wird in der Regel in Kästen nahe den Gleisen angebracht. Solche Kästen sind aus stadtplanerischen Gründen aber nicht überall zugelassen. Als Alternative nutzen die KVB dann liegende Pumpen, die in Schutzkästen im Gleiskörper „versenkt“ werden. Die Kölner setzen dafür einen SKF Pumpentyp ein, der ursprünglich für Windkraftanlagen entworfen wurde. Im Zuge der intensiven Zusammenarbeit zwischen SKF Entwicklungsingenieuren und den KVB entstand durch mehrere Modifikationen eine speziell auf die Bedürfnisse der Bahnexperten zugeschnittene Lösung. Beispielsweise bauten die Fachleute andere Dichtungen, Führungshülsen und Führungsstangen für die einwandfreie Funktion des Fettfolgedeckels im Vorratsbehälter ein. Außerdem stellte sich heraus, dass der „Windkraft“-Hochdruckschlauch zum Schmierstofftransport für den KVB-Einsatz nicht wirklich geeignet war: Der neigte zu unerwünschten Dehnungen. Abhilfe schaffen jetzt starre Stahlleitungen. Die sorgen dafür, dass der Druckaufbau jetzt schneller von statten geht.

Standzeit der Pumpen mehr als verzehnfacht

Der Einsatz des von SKF als Windkraftlösung entwickelten und gemeinsam mit den KVB spezifizierten Systems hat den Kölnern eine ganze Reihe von Vorteilen gebracht. Die Wartungskosten haben sich drastisch verringert. „Früher mussten manche Anlagen zwölf Mal im Jahr durch bis zu drei Mann gewartet werden. Die Standzeit der Pumpen dürfte sich auf Dauer mehr als verzehnfachen“, glaubt Manfred Laubscher. Die erste von SKF umgesetzte Schmierungslösung arbeitet in Köln bereits seit drei Jahren ohne eine einzige Wartung. Ein von SKF in den stehenden Pumpen im Behälter eingesetztes Rührwerk sorgt dafür, dass das eingesetzte Schmiermittel geschmeidig bleibt. Dies erhöht die Prozesssicherheit.

„Die Wirkung des gesamten Systems ist verlässlicher geworden und wir sparen deutlich Material ein, weil die Dosierung präzise erfolgt“, lobt Stefan Theißen. Die Pumpen von SKF müssen im Gegensatz zur alten Variante nicht gesondert entlüftet werden. Das reduziert den Zeitaufwand beim Nachfüllen. Die speziell auf die KVB-Ansprüche zugeschnittene Lösung hat auch prozesstechnische Vorteile. Stefan Theißen: „Wir können die liegende Variante als komplette Anlage im Gleisstrang vorfertigen. Das vereinfacht den Gleisneubau und wir nehmen das System vor Ort schnell in Betrieb.“ Sehr zufrieden sind die KVB auch mit der programmierbaren Steuerung. Wichtige Parameter sind leicht zu überprüfen und gegebenenfalls zu ändern. „Daten wie Pumpenlauf- und Pausenzeit oder Drücke sind jederzeit verfügbar“, sagt Manfred Laubscher.

Die Zusammenarbeit mit SKF war aus Sicht der KVB stets partnerschaftlich und geprägt von hoher Fach- und Lösungskompetenz. Die Kölner waren in der Projektphase immer wieder motiviert, eigene Lösungsideen einzubringen und gemeinsam mit SKF umzusetzen. Besonders eng verlief die Zusammenarbeit mit dem SKF-Experten Frank Siedlowsky, dessen großes Engagement laut KVB maßgeblich zum Erfolg beigetragen hat. „Mit der neuen Schmierungslösung haben wir eine ausbaufähige Variante realisiert, die uns viele Optionen offen hält“, sagt Stefan Theißen. Insgesamt haben die KVB rund 320 Anlagen im Netz liegen. 60 davon sind bereits durch das SKF System ersetzt. Die restlichen wollen die Kölner Verkehrs-Betriebe im Lauf der nächsten vier Jahre umrüsten.