Eine Studie zur Ermittlung der Auswirkungen von Sandverunreinigungen auf die Verschleißschutzeigenschaften des ClareTech EcoCurve Heavy Haul Flange Lubricant und zum Vergleich mit der Verwendung überhaupt keines Schmiermittels.
In trockenen Wüstengebieten der Welt, wie der Region Pilbara in Australien und großen Teilen des Nahen Ostens, ist das Eindringen von Sand auf die Schienen ein erhebliches Problem. Durch den Wind, aber auch durch die Luftverwirbelungen des fahrenden Zuges wird Sand auf die Gleise geweht, wodurch Abriebpartikel in den Spurkranz-Rad-Kontakt gelangen und den Verschleiß an Rad und Schiene erhöhen.
Bei gebogenen Schienen werden häufig Spurkranzschmiermittel verwendet, um die Geräusche, den Verschleiß und die Reibung des Spurkranz-Rad-Kontakts zu reduzieren. Die Verwendung dieser Schmiermittel verbessert die Effizienz und verlängert die Lebensdauer der Räder und Schienen. Es wird manchmal angenommen, dass durch die Verwendung eines Flanschschmiermittels auf Fettbasis in Wüstenregionen der Sand in das klebrige Fett eingebettet würde, wodurch das Sandvolumen innerhalb des Kontakts zunimmt und ein größerer Verschleiß verursacht wird. Das Mischen des Sandes und des Schmiermittels würde eine Schleifpaste bilden, von der angenommen wird, dass sie die Räder schleift und länger auf dem Rad verbleibt, als wenn kein Schmiermittel verwendet würde.
Diese Annahme ist jedoch nicht bewiesen. Ein Bericht legt nahe, dass die Verwendung eines streckenseitigen Spurflächenschmiermittels, das einen Festschmierstoff (wie Molybdändisulfid) enthält, den Verschleiß an den Rädern verringern würde1. ClareTech EcoCurve Heavy Haul ist ein umweltfreundliches Spurkranzschmiermittel, das einen Reibungsmodifikator auf Molybdänbasis enthält und zur Verschleißminderung bei hochbelasteten Schienenanwendungen an verschiedenen Standorten auf der ganzen Welt eingesetzt wird.
Diese Studie wurde durchgeführt, um die Auswirkung von Sandverunreinigungen auf die Verschleißschutzeigenschaften des ClareTech EcoCurve Heavy Haul-Flanschschmiermittels zu ermitteln.
Ergebnisse und Diskussion
4-Ball-Verschleißnarbe
Ein 4-Kugel-Tester besteht aus 3 stationären Kugeln an der Basis und einer Kugel oben, die mit einer bekannten Masse beladen ist, wie in Abbildung 1 dargestellt. Der Testtopf ist mit Fett gefüllt, das die 3 Kontaktbereiche bedeckt. Die obere Kugel wird dann bis zu 1 Stunde lang mit einer bekannten Geschwindigkeit gedreht. Die Kugeln werden entfernt und gereinigt, bevor der Verschleißnarbendurchmesser (WSD) der 3 unteren Kugeln gemessen und die Durchschnittsergebnisse aufgezeichnet werden.
Diese Tests wurden gemäß IP239 durchgeführt. Der 4-Kugel-Verschleißtest wurde bei 1440 U/min mit einer Belastung von 40 kgf für bis zu 1 Stunde durchgeführt. Die Verschleißnarben an den 3 stationären Kugeln werden gemessen und der durchschnittliche Verschleißnarbendurchmesser wird aufgezeichnet.
Dieser Test stellt die Fähigkeit eines Schmierfetts dar, den Kontakt vor Verschleiß und Beschädigung zu schützen, wie sie beispielsweise im Laufe der Zeit an einem Spurkranz und der Schiene auftreten, was schließlich einen Austausch oder eine Neuprofilierung des Rads und der Schiene erforderlich macht. Je kleiner der gemessene Verschleißnarbendurchmesser ist, desto größer ist der Schutz der Oberfläche.
Beim Auftragen durch die GDU (Fettspender) kann das Fett äußerlich mit Sand bedeckt sein, der vom Wind oder vom Aufwind, der durch Luftturbulenzen eines vorbeifahrenden Zuges verursacht wird, geweht wird. Es wird angenommen, dass der auf die Schienen geblasene Sand eine Partikelgröße von <300 μm hat, um leicht genug zu sein, um von turbulenter Luft getragen zu werden. Der Sand haftet am Fett und wird mit der Zeit immer konzentrierter, wie in Abbildung 2 gezeigt. Die Sättigung der dünnen Fettschicht betrug etwa 80 Gew.-% Sand (4:1 Sand-zu-Fett-Verhältnis), wo kein Sand mehr vorhanden war auf dem Teller kleben.
Diese Verhältnisse unterschiedlicher Fettbedeckungen wurden gemischt und sind in Abbildung 3 dargestellt. Bei bis zu 50 % Sandkonzentration (1:1 Sand zu Fett) wirkte die Mischung immer noch klebrig und fettartig, aber bei 80 % (Sandsättigung) war die Mischung hatte die Konsistenz einer festen Paste.
ClareTech EcoCurve Schwertransport
ClareTech EcoCurve Heavy Haul mit 20 % Sand
ClareTech EcoCurve Heavy Haul mit 50 % Sand
ClareTech EcoCurve Heavy Haul mit 80 % Sand
Diese Fette wurden im 4-Kugel-Tester getestet, wobei die Ergebnisse mit denen eines trockenen Kontakts mit vorhandenem Restsand verglichen wurden, wobei die Ergebnisse in Tabelle 2 gezeigt sind. Überraschenderweise dauerte der ungeschmierte Kontakt mit Sand länger als ohne Sand. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Verunreinigung als dritter Körper innerhalb des Kontakts wirkt und den adhäsiven Verschleiß reduziert. Nach 150 Sekunden war ein lautes Quietschen zu hören, was auf ein Versagen des Tests hinweist. Die Ergebnisse für den mit Sand verunreinigten gefetteten Kontakt zeigen erwartungsgemäß eine deutliche Zunahme des Verschleißnarbendurchmessers im Vergleich zu ohne Sand, wobei die Verunreinigung als abrasives Partikel innerhalb des Fetts wirkt. Für vergleichbare Ergebnisse wurden die mit Sand verunreinigten Fette 150 Sekunden lang getestet, obwohl der Test mindestens 5 Minuten lang ohne Versagen erfolgreich laufen konnte.
Die gefetteten Proben zeigten im Vergleich zur trockenen Probe alle einen kleineren Verschleißnarbendurchmesser, was zeigt, dass das Fett selbst bei Verschmutzung mit Sand einen besseren Schutz bietet. Interessanterweise ist die WSD von 50 % Sand größer als die von 80 % Sand. Dies könnte dadurch verursacht werden, dass die feste Paste dazu beiträgt, einen Teil der Kontaktlast zu tragen, wodurch der Verschleiß auf der Oberfläche verringert wird. Dieses Phänomen wäre bei einem Flansch-Schienen-Kontakt nicht zu erwarten.
Diese Tests lassen darauf schließen, dass der Einsatz von ClareTech EcoCurve Heavy Haul den Verschleiß der Räder und Schienen in sandigen Wüstenumgebungen im Vergleich zu einer Nichtschmierung der Kontaktstellen verringern würde.
Schlussfolgerungen
Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die Anwendung von ClareTech EcoCurve Heavy Haul den Verschleiß eines Spurkranz-Schiene-Kontakts verringern würde, selbst wenn das Fett durch eingeblasene Sandpartikel verunreinigt wäre. Das Fett wurde bei unterschiedlichen Sandverunreinigungsgraden getestet, wobei alle Tests einen besseren Verschleißschutz zeigten, als wenn kein Fett aufgetragen worden wäre.
(1) Hewitt, T. Designing a Heavy Haul Desert Railway: Lessons Learned. IHHA 2015 Konf. 2015, Juni.
