Wie können Automatisierer KI-Modelle intuitiv entwickeln und in die Steuerung integrieren? Wie lässt sich überschüssige Energie im Antriebsverbund wieder...
Die Berliner Verkehrsbetriebe haben sie, im us-amerikanischen Silicon Valley sind sie auf Achse und durch die Straßen von St.Petersburg in Rußland fahren sie auch bald – die Bahnen und Züge der schweizerischen Stadler Rail Group sind heute in 28 Ländern auf allen Kontinenten unterwegs. Und ganz gleich ob wendige Schmalspur-Tram, doppelstöckiger Regionalzug oder alpentaugliche Nahverkehrsbahn, die elektrischen Schienenfahrzeuge des traditionsreichen Herstellers folgen allesamt einem gemeinsamen Ziel: Menschen wohlbehalten und komfortabel ans Ziel zu bringen. Dazu entwickelt und produziert das Unternehmen seit bald 75 Jahren sichere, schnelle und energieeffiziente Schienenfahrzeuge für die Personenbeförderung. Dies geschieht derzeit an 17 internationalen Standorten sowie an acht Standorten in der Schweiz, die in unmittelbarer Nähe zum Firmenstammsitz in Bussnang angesiedelt sind.
Ausbau der Fertigungstiefe
Mit dem Ziel flexibler auf Markttrends und Kundenwünsche reagieren zu können, intensiviert die Stadler Rail Group seit gut zwei Jahren den Ausbau der eigenen Fertigungstiefe. So entstand im Kompetenz- und Technologiezentrum Winterthur eine neue Montagelinie für Schnellzug-Bahnradsätze mit Bremsscheiben und Getrieben. Die etliche Tonnen schweren und für Geschwindigkeiten von über 160 km/h ausgelegten Radsätze gehen von hier aus einbaufertig und termingerecht in die Montagestraße der Drehgestell-Fertigung in Winterthur. Um dieses Vorhaben zu realisieren, wünschten sich die Fertigungsplaner von Stadler für die Qualitätssicherung eine messtechnische Lösung, die in der Lage sein sollte, gleich mehrere Prozessschritte abzudecken. Jürg Hofmann, der Projektleiter Bahngeschäfte in Winterthur, fasst die Anforderungen zusammen: „Unsere Idealvorstellung war eine vollautomatische Anlage, mit der wir die Unwucht der kompletten Bahnradsätze ermitteln sowie den Planschlag und Rundlauf der Räder und Bremsscheiben überprüfen können.“ Schnell wurde jedoch klar, dass so etwas als Standardmaschine im Markt nicht aufzutreiben war. Hofmann wandte sich daher an einen Anlagenbauer, von dem er annahm, dass dieser über das nötige Engineering-Knowhow für die Entwicklung einer solchen multifunktionalen Lösung verfügen musste: Das Darmstädter Unternehmen Schenck Rotec.
„Eine höchst reizvolle Herausforderung…“
„Die Anfrage der Stadler Rail Group war für uns eine höchst reizvolle Herausforderung. Denn einmal mehr erhielten wir damit die Möglichkeit, unser über viele Jahrzehnte gewachsenes Wissen auf dem Gebiet der Auswucht- und Messtechnik für die Realisierung einer branchentypischen Kundenlösung anzuwenden“, sagt Stephan Frese, Vertriebsingenieur bei Schenck Rotec. Schon in den ersten Gesprächen mit den Bahnbauern zeigte sich, dass er bei diesem Entwicklungsauftrag in punkto Auswuchttechnik zwar auf Bewährtes zurückgreifen konnte, bei der prozesstechnischen Integration der Geometrievermessung für die Räder und Bremsscheiben aber auch Neuland betreten musste. „Von Beginn an konnten jedoch alle Beteiligten lösungsorientiert in einer sehr offenen, vertrauensvollen Atmosphäre agieren. So ließ sich beispielsweise unser Spezialwissen rasch mit dem Stadler-Know-how abgleichen und austauschen“, berichtet Frese. Schon wenige Wochen nach der ersten Anfrage erhielt der Bahnradsatz-Hersteller den Lösungsvorschlag aus Darmstadt: Eine Universal-Auswuchtmaschine des Typs HM 5, die durch die Integration neuer mess-, steuerungs- und sicherheitstechnischer Leistungskomponenten in eine innovative Komplettstation zum Vermessen von Bahnradsätzen und Bremsscheiben verwandelt wurde. „Dabei haben wir durch die konsequente Umsetzung der Kundenwünsche auf der Basis einer bewährten Horizontal-Auswuchtmaschine mit Reibradantrieb ein völlig neues Anlagenkonzept realisiert“, betont Vertriebsingenieur Frese.
Bislang einmalige Kombilösung
Seit etwa einem halben Jahr ist diese kombinierte Auswucht- und Messstation des Auswucht- und Diagnosetechnik-Spezialisten nun als Bestandteil der Bahnrad-Montage in Winterthur im Einsatz. Sie ist in Sachen Sicherheit auf dem neuesten Stand der Technik, ermöglicht über zahlreiche Verstellmechaniken die stufenlose Anpassung an verschiedene Tragrollengrößen und enthält als zentrale Steuereinheit für alle Abläufe eine moderne SPS. Für die Aufnahme der bis zu 5000 kg schweren Bahnradsätze hat sie entsprechend belastbare Lagerständer und Tragrollen-Einsätze. Auch ein variabler Rahmen zur Aufnahme der an den Triebradsätzen montierten Getriebe gehört zur Gestellkonstruktion der Anlage. Zusätzlich verfügt sie über ein hochpräzises Laser-Messsystem, das vollautomatisch den Planschlag und den Rundlauf der Bahnräder und Bremsscheiben ermittelt. Seine Kernelemente sind zwei axial und radial verfahrbare sowie um 180° schwenkbare Laser-Messköpfe.
„Für das Auswuchten und geometrische Vermessen eines kompletten Bahnradsatzes benötigt die Anlage nur wenige Minuten. Dank ihres hohen Automatisierungsgrades und der vielfältigen Einstellmechaniken ist sie zudem sehr flexibel nutzbar und leicht zu bedienen“, berichtet Hofmann. Der Messlauf der per Kran oder Hubwagen angelieferten Radsätze wird nach dem Einlagern und Schließen der Schutzeinrichtung einfach per Knopfdruck am Schaltschrank gestartet. Der servomotorische Reibradantrieb beschleunigt den eingelegten Radsatz auf die Auswuchtdrehzahl. Die Berechnung der Unwucht erfolgt mit einem CAB920 Smart Touch aus dem Messgeräte-Programm der Darmstädter. „Unmittelbar danach erfolgt die Überprüfung des Plan- und Rundlaufs der Räder sowie des Planschlags der Bremsscheiben“, erklärt Hofmann. Bei diesem Prozessschritt dreht sich der Radsatz sehr langsam, während ihn die beweglichen Laser-Messköpfen „abscannen“. Mit jeweils zwei Messungen (Toleranz 0,3 mm) ermitteln sie zunächst den Rundlauf der Räder, dann den Planschlag der Räder und der Bremsscheiben. Dabei werden Bremsscheiben, die am Rad außen montiert sind, mit einem eleganten 180°-Schwenk erreicht. Ist die geometrische Messung beendet, fährt die Lasereinrichtung zurück in ihre Parkposition. Der Reibradantrieb zieht sich ebenfalls wieder zurück und die Maschine gibt den Bahnradsatz zur Entnahme frei.
Auswuchten und vermessen als integrierter Prozess
Wie von Stadler gewünscht, deckt die weiterentwickelte und auf ihren speziellen Einsatzfall angepasste HM 5 von Schenck Rotec mehrere Aufgaben in der Qualitätssicherung der neuen Inhouse-Montagelinie in Winterthur ab. Alle wichtigen Prozessschritte werden dabei vollautomatisch abgearbeitet. Projektleiter Hofmann zeigt sich mehr als zufrieden mit der neuen Anlage: „Das Engineering von Schenck Rotec hat uns damit eine optimale Lösung für den finalen Prozessschritt in der Qualitätssicherung unserer neuen Bahnradmontage in Winterthur geschaffen. Unabhängig von externen Dienstleistern können wir nun für unsere kompletten Radsätze bedarfs- und termingerecht an einer zentralen Stelle im Werk die Unwucht ermitteln und die geometrische Vermessung vornehmen. Das entspricht exakt unseren Vorstellungen.“ In den Stadler-Planungen ist die neue Anlage für etwa 1.500 Bahnradsätze jährlich ausgelegt. Als weitere Verbesserungsmaßnahme arbeitet ein Team derzeit daran, die kombinierte Auswucht- und Vermessungsstation materialflusstechnisch noch enger an die Endmontage der Bahnradsätze anzubinden. jg
Mehr Informationen zum Thema Auswuchten:
„Das Engineering von Schenck Rotec hat uns eine optimale Lösung geschaffen.“
