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Präzise Daten lassen Eisenbahnlager länger laufen

Dank einem digitalen Zwilling eingebauter Wälzlager kann der Eisenbahn-Zulieferer Schaeffler Vorteile aus vorausschauender Wartung und geringeren Stillstandszeiten realisieren.

Der Einsatz des Data Matrix Code (DMC) ist für den Eisenbahn- Zulieferer Schaeffler die Eintrittskarte in die Welt der Industrie 4.0. Das Unternehmen zeichnet die von ihm hergestellten Wälzlager für Züge wie den deutschen ICE mit einem DMC aus. Diese dauerhafte Kennzeichnung bildet sozusagen eine Geburtsurkunde oder den Fingerabdruck für jedes einzelne Lager.

Der DMC wird mit einem Laser am Lager selbst aufgebracht, sodass er überall maschinell ausgelesen werden kann. Er enthält immer mindestens zwei Datenblöcke auf Basis des GS1 Systems: Die ersten beiden umfassen als Identifier die Global Trade Item Number sowie eine Seriennummer. Die Blöcke drei und vier enthalten variable Daten sowie entweder Batch-, Chargen- oder Fertigungsauftragsnummer. «Mit dem DMC ist Schaeffler Wegbereiter und Vorreiter für die Digitalisierung im Bahnsektor. In Zukunft ist geplant, in der Neulagerfertigung nach und nach alle Radsatzlager und auch die Motor- und Getriebelager mit einem DMC zu versehen. Ferner können während der Lageraufbereitung auch bereits im Einsatz befindliche Radsatzlager nachträglich mit einem DMC versehen werden und so in die digital geführte Wartungswelt eintreten. Wir schaffen damit ein System, von dem alle Beteiligten profitieren. Zusätzlich ergeben sich daraus neue Möglichkeiten, das Ressourcenmanagement effizienter und umweltschonender zu gestalten », erklärt Dr. Michael Holzapfel, Senior Vice President Business Unit Rail bei Schaeffler.

Der Lebenszyklus liefert grosse Datenmengen
Die eindeutige Kennzeichnung jedes Lagers erlaubt die Erzeugung eines digitalen Zwillings. Dieser dient als Repräsentant von Informationen und Merkmalen eines Lagers entlang seines gesamten Lebenszyklus. Dank dem DMC lassen sich jedem Lager seine individuellen Daten genau zuordnen. Die Datenmenge ist beeindruckend: Sie umfasst sowohl Herstelldaten (Herstellort und -datum, Axialspiel, verwendete Fettsorte, eingebrachte Fettmenge, Fettcharge) als auch Daten aus dem laufenden Betrieb (Laufleistung, Heissläufermeldung, Vibrationsdaten, Fettanalysen) und letztlich Aufarbeitungsdaten (Zustand, Messwerte, Bilder) zu einem Produkt.

Die Datenbank enthält für die Lebenszeit des Produkts alle Informationen und macht diese dank GS1 Standardisierung unternehmensübergreifend zugänglich. Der digitale Zwilling gestattet ferner die Rückverfolgung eines Lagers vom Hersteller bis zum Betreiber. Ausserdem legt er die Basis für den vollautomatischen, digitalen Datenaustausch nach EPCIS. Das wiederum führt für Schaeffler zu einer automatisierten Wertschöpfungskette, die dank der Standardisierung durch GS1 Produkte länder- und firmenübergreifend funktioniert.

Betriebsdaten für die Wartungsplanung
Sowohl Schaeffler als auch der Fahrzeughersteller und der Eisenbahnbetreiber können die Informationen innerhalb des Supply-Chain-Prozesses verfolgen. Das ermöglicht die zuverlässige und präzise Simulation verschiedenster Szenarien. Die Informationen dienen auch als Basis für die Entwicklung und Verbesserung von Produkten und Dienstleistungen. Das steigert die Zuverlässigkeit der Schienenfahrzeuge, senkt ihre Wartungskosten und verlängert die Instandhaltungsintervalle. Nicht zu unterschätzen ist zudem die Fälschungssicherheit, die das System bietet.

Die lange Lebensdauer von Bahnlagern macht den Aufwand sinnvoll. Die Wartungsintervalle dieser Lager betragen normalerweise bis zu 1,6 Millionen Kilometer und werden vor allem vom Zustand des im Lager vorhandenen Schmierfetts limitiert. Verschiedene Faktoren wie Vibrationen, Temperaturdifferenzen, Anfahr- und Bremssequenzen oder die Gesamtlaufleistung nehmen Einfluss auf die Servicezyklen. Eine möglichst genaue Aufzeichnung der Betriebsdaten erlaubt eine vorausschauende Wartungsplanung. Von besonderer Bedeutung sind dabei vor allem die jeweiligen Lagertemperaturen und die Laufleistung. Dank dem umfangreichen Datenaustausch zwischen Bahnbetreiber und Lagerhersteller lassen sich die Serviceintervalle der Lager optimieren.

Verschiedene Servicemodelle
Die Überholung der Lager findet mit vier verschiedenen Servicelevels statt, die unterschiedlich umfangreiche und tiefgreifende Prozeduren umfassen. Dadurch können viel öfter aufbereitete Lager eingesetzt werden. Die für Züge verwendeten Lager sind laut Angaben von Schaeffler grundsätzlich mit einer sehr hohen Sicherheitsreserve ausgelegt. Im Gegensatz zu anderen Wälzlagern fallen sie in der Regel nicht durch Materialermüdung oder Verschleiss aus. Vielmehr erreicht der Schmierstoff sein Limit und muss ausgetauscht werden. Trägt man diesem Sachverhalt Rechnung, können Bahnlager ein Vielfaches ihrer nominellen Lebensdauer erreichen. Es ist möglich, sie ohne Einbussen bei der Betriebssicherheit mehrmals aufzubereiten.

Für Kunden bietet Schaeffler deshalb zwei Servicemodelle an. Das erste sieht die Einsendung der fraglichen Lager an Schaeffler vor. Diese kommen nach der Aufbereitung wieder zurück, defekte Lager werden durch Neuteile ersetzt. Somit können Kunden auf eine Bevorratung von Ersatzlagern verzichten. Das zweite Servicemodell verringert die Durchlaufzeiten bei der Fahrzeuginstandhaltung deutlich, indem die Bahnlager zur Aufbereitung vorausschauend angemeldet werden. Schon jetzt erhält das Kundenunternehmen aus einem Wälzlager-Pool die gleiche Anzahl an aufbereiteten oder neuen Lagern zugesandt. Die eingesandten Lager gehen wiederum in den Tauschpool ein. Die Gewährleistung auf die Lager ist hierbei die gleiche wie bei Neuteilen.

Weniger Neuteile, mehr Umweltschutz
Eines der Resultate dieses Vorgehens ist eine starke Vermeidung umweltschädlicher Emissionen. In der Produktion eines einzigen neuen Lagers entstehen mehr als 200 Kilogramm CO2 und es werden über 2300 Liter Wasser verbraucht. Durch eine Überholung lassen sich im Vergleich zur Neuproduktion rund 93 Prozent der Energie, 96 Prozent der CO2-Emissionen und 97 Prozent des Wassers einsparen. Bei einem Güterzug mit 80 Waggons und zwei Lokomotiven, der 1296 Bahnlager hat, werden somit 133 Tonnen CO2, 481 Megawattstunden Energie und 1767 Kubikmeter Wasser eingespart. Es verwundert vor diesem Hintergrund nicht, dass Schaeffler im Rahmen des Railway Forums 2021 in Berlin für seinen digitalisierten 100-Prozent-Return-Service für Radsatzlager mit dem Railsponsible Supplier Award 2021 in der Kategorie «Klimawandel und Kreislaufwirtschaft » ausgezeichnet wurde.

Auch seitens der Kundschaft ist das Echo sehr positiv. Die Kunden können mit auf dem DMC basierenden Analysen erkennen, wie viele Lager wo verbaut sind. Es wird dadurch möglich, überproportionalen Verschleiss festzustellen. Ein weiteres Plus ist die allgemeine Optimierung und Beschleunigung der Prozesse, insbesondere bei der Aufbereitung von Lagern. In der Werkstattpraxis kommt es zu weniger Datenübertragungsfehlern, weil der DMC und alle relevanten Daten per Scanner und damit papierlos erfasst werden. Die Herausforderung bei der Realisierung lag allerdings darin, viele interne Systeme zu vernetzen, um eine digitalisierte Datenerfassung zu ermöglichen. Dies wurde jedoch gemeinsam mit den beteiligten Kundenunternehmen durchgeführt. So wurden beispielsweise Laser-Kennzeichnungsanlagen in der Fertigung aufgestellt und Schaeffler implementierte eine EPCIS-Schnittstelle für den direkten Datenaustausch mit den Kunden.

GS1 Excellence Day, Praxistag, 9. Juni 2022, Technische Industrien
GS1 Excellence Day, Anmeldung

Alexander Saheb

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