Velmi silné trendy, které se týkají globalizace, urbanizace, digitalizace, nedostatku zdrojů, obnovitelné energie a rostoucí potřeby dostupných řešení mobility, vedou k tomu, že se požadavky trhu a obchodní modely mění a roste i jejich dynamika. Společnost Schaeffler vyvinula svou strategii rozvoje s ohledem na tyto měnící se požadavky zákazníků a trhu, aby využila enormní růstový potenciál v této oblasti. Schaeffler aktivně spoluvytváří oblasti zájmu jako jsou ekologické pohony, městská a meziměstská mobilita nebo energetický řetězec, kterým se spolu se svými zákazníky a obchodními partnery věnuje v rámci vlastního výzkumu i vývoje. Jako globální dodavatel automobilek a dalších průmyslových odvětví nabízí společnost Schaeffler odpovídající řešení pro „mobilitu zítřka“. Při vývoji moderních kolejových vozidel je třeba zohlednit nejvyšší požadavky na jízdní komfort, hospodárnost, spolehlivost a bezpečnost použitých komponent. Rozhodující roli přitom hrají valivá ložiska. Nápravová ložiska se nacházejí v místě spojení dvojkolí a rámu podvozku, kde jsou vystavena extrémním zatížením. Vysokým otáčkám, teplotám, zatížením, vibracím a rázům však musejí odolávat i ložiska, která se nacházejí v uloženích trakčních motorů a převodovek. Přesným dimenzováním ložisek a klecí je možné zajistit bezchybné fungování ložisek až do konce jejich životnosti, resp. dosáhnout nižších nákladů a snížit časovou náročnost údržby a zkrácení doby odstávek. Úsek kolejové techniky průmyslové divize společnosti Schaeffler vyvíjí a produkuje pod značkami INA a FAG v těsné spolupráci s výrobci a provozovateli vhodná řešení pro každou ložiskovou aplikaci v kolejových vozidlech. Spektrum produktů společnosti Schaeffler zahrnuje nápravová ložiska, včetně ložiskových těles a také ložiska a komponenty pro trakční motory a převodovky, pro kloubová spojení vagónů a naklápěcí techniku, stejně jako pro dveřní systémy a řadu dalších aplikací. Nápravové ložiskové jednotky s integrovanou senzorikou umožňují měření otáček za jízdy, potřebné k řízení různých informačních systémů, například ovládací soustavy brzd a systému protismykové ochrany kol (WSP), tachometrických funkcí, ovládání dveří a návěstních soustav. Ke zvýšené provozní bezpečnosti přispívají i teplotní signály. Díky průběžnému měření teplot v rámci monitorování ložisek je možné rozpoznat problémy už v raném stadiu a zajistit tak jejich včasné odstranění. Schaeffler má více než 100 let zkušeností z oblasti kolejové techniky. Díky tomu může nabídnout zákazníkům rozsáhlé technické kompetence a nejvyšší kvalitu i dokonalou optimalizaci produktů pro každou oblast použití. Mezi další servisní služby patří kromě individuálního aplikačního poradenství a know- -how odborníků z oblasti vývoje společnosti Schaeffler také nasazení nejmodernějších simulačních a výpočetních programů pro zajištění optimálního výběru produktů (např. softwaru k výpočtu valivých ložisek Bearinx® nebo CABA3D). V zájmu zvýšení bezpečnosti každodenního provozu či minimalizace známek opotřebení a náročnosti údržby provozuje Schaeffler v Německu a v Číně navíc i akreditované zkušebny, které umožňují posuzování výkonnosti nápravových ložisek pro drážní aplikace. Lze tak provádět testování až do rychlosti 600 km/h. Je také možné testovat nápravová ložiska, která jsou při použití v nákladní dopravě vystavena značnému zatížení při převozu nákladu o hmotnosti až 40 tun na nápravu. Jako zvláštní službu nabízí divize Schaeffler Industrial Aftermarket (IAM) kvalifikovanou a ekonomicky výhodnou renovaci železničních ložisek. Více než dva miliony najet ých kilomet rů – valivá lo žiska v převodovkách a trakčních moto rech Valivá ložiska v převodovce zachycují při přenosu výkonu záběrové síly, které vznikají v ozubení v radiálním i axiálním směru. V kolejových vozidlech se používají hlavně kuželíková, válečková a čtyřbodová kuličková ložiska, přičemž se vychází z návrhové trvanlivosti více než 1,5 milionu najetých kilometrů. Kromě značné zatížitelnosti je pro použití v převodovkách zapotřebí i vysoká přesnost vedení a kompaktní konstrukční provedení. Valivá ložiska jsou v neodpružených nebo jen málo odpružených pohonech vystavena vysokým dynamickým zatížením rázy a kmity, které působí především na klec ložiska. Síly, jež se z kolejnice přenášejí přímo přes kolo na hřídel rotoru, zatěžují klec prostřednictvím deformace s dalším namáháním v ohybu a rázy s vedlejšími silami. Ty se na stěnu klece přenášejí přímo přes valivá tělesa (obr. 1). Při navrhování ložisek používaných v dynamických podmínkách, je často nesnadné získat přesné informace o namáhání ložisek a zatíženích, která působí na vnitřní část ložiska, například na klec. Převodovková ložiska značek INA a FAG společnosti Schaeffler se vyznačují zesílenou vnitřní konstrukcí, speciálním provedením klece, zúženými tolerancemi, přizpůsobenou vůlí ložiska a také zadržovacími drážkami na vnějším kroužku, které brání otáčení unášením, nelze-li pohybu kroužku zamezit jinými konstrukčními prostředky [1]. V trakčních motorech se používají především válečková ložiska a radiální kuličková ložiska. Výpočtová trvanlivost ložisek trakčních motorů obnáší více než 2 miliony kilometrů. Škodám způsobeným průchodem elektrického proudu lze předejít použitím vnějších nebo vnitřních kroužků s keramickými povlaky, případně použitím hybridních ložisek s keramickými valivými tělesy. Například v elektrických nákladních lokomotivách se montují tlapová ložiska pro podepření trakčního motoru, umístěného příčně vůči směru jízdy, který dosedá přímo na nápravu dvojkolí na dvou podporách – v tzv. tlapách. Aby bylo možné počítat i v tomto případě s výpočtovou trvanlivostí odpovídající více než 2 milionům najetých kilometrů, používají se zde valivá ložiska s přímkovým kontaktem s vysokou únosností. U válečkových ložisek, která se často používají na vstupu převodovky, se v případě vysoce zatěžovaných trakčních pohonů využívají jednodílné masivní klece z mosazi nebo bronzu, pokud možno (dle druhu mazání) s vedením na vnějším kroužku. V zájmu kompenzace dodatečného zatížení za provozu se používají speciální klece s optimalizovaným a zesíleným provedením. Mezi vlastnosti speciálních klecí patří mj. optimalizovaná vůle oddílů klece, optimalizovaná styčná plocha, vhodný druh vedení klece, zesílené provedení (konstrukce klece) a také zvýšená tuhost a pevnost. Individuální dime nzo vání kle ce s využitím CA BA3D a FEM Vzhledem k tomu jak velký vliv má klec valivého ložiska na jeho chování za provozu, má mimořádný význam také při navrhování ložisek. Nevyhovující dimenzování ložiska totiž může vést k prasknutí klece, a tím i k předčasnému selhání pohonu. Zpravidla jsou definována pouze kvazistatická zatížení, která působí na ložisko zvenčí. Z této zátěže ložiska však nelze přímo odvodit zatížení klece, protože klec do přenosu sil ve valivém ložisku aktivně nezasahuje (obr. 2) [2]. Společnost Schaeffler proto používá vlastní osvědčenou metodu provozně bezpečného dimenzování valivých ložisek a jejich klecí pro trakční motory a převodovky kolejových vozidel, která zohledňuje jejich dynamické provozní podmínky [2, 3]. Využívá se při ní vícetělesový simulační program CABA3D (CABA = Computer Aided Bearing Analyzer), který vyvinula společnost Schaeffler, a to v kombinaci s FEM analýzou. Výpočtem FEM lze zjistit napětí v kleci. Díky tomu je možné už v raných fázích vývoje produktu zvolit z hlediska aplikace i zákazníka optimální provedení klece a předejít tak hrozícím škodám či výpadkům. Se znalostí četnosti a intenzity dynamických provozních podmínek lze navíc ověřit pevnost dané klece při provozním namáhání a porovnat různá provedení klecí s ohledem na jejich použitelnost v pohonech kolejových vozidel (obr. 6). Software CABA3D (obr. 3) umožňuje dynamickou analýzu valivých ložisek pro optimální a efektivní vývoj produktu. Při zohlednění všech stupňů volnosti se u valivých těles a kroužků stanoví průběhy sil a pohybu, na jejichž základě se vypočítají výsledné hodnoty (např. tření) pro každý časový interval. Díky programu CABA3D je tak mj. možné vypočítat přenášený třecí výkon a průběh zrychlení valivých ložisek při vstupu do zátěžové zóny. Uživatel díky tomu má k dispozici všechny informace potřebné k posouzení provozního chování ložiska v dané aplikaci. A především lze vypočítat i dopad pozměněné vnitřní geometrie ložiska a různých provedení klece na chování za provozu. Je tak například možné analyzovat, resp. vyloučit, komplexní tribologické jevy nebo vyvíjet konstrukční provedení ložisek a klecí, která jsou optimalizovaná z hlediska tření [4]. Pro ověření procesu bezpečného posuzování pevnosti ložiskových klecí provádí Schaeffler celou řadu měření. Na obr. 4 je vidět zkrácené srovnání experimentálně zjištěného pohybu těžiště klece (orbitálního pohybu klece) válečkového ložiska při dynamických provozních podmínkách s polohou těžiště klece vypočítanou pomocí softwaru CABA3D. V rámci analýzy zatížení specifických pro drážní aplikace, která mají vliv na chování valivého ložiska, se navíc na zkušebním zařízení pomocí tenzometrického napětí v oddílu klece, aplikovaného na testované kleci, zkoumá průběh napětí v oddílu klece. Při vzájemném srovnání se teoreticky stanovené hodnoty velmi dobře shodují s experimentálně zjištěnými výsledky (obr. 5). K provozně bezpečnému dimenzování ložisek kolejových vozidel jsou tak k dispozici moderní a vyspělé návrhové nástroje. Pro nalezení optimálního řešení je vždy rozhodující posouzení dynamických zatížení, která se definují v těsné spolupráci se zákazníkem a při zohlednění celého hnacího ústrojí.
