Waar de levensduur wordt beslist
Een treinwiel draagt het volle voertuiggewicht over aan de spoorstaaf via een contactvlak van slechts enkele vierkante centimeters. Door datzelfde kleine vlak gaan ook de krachten van aanzetten, remmen en boogpassages. De spanningen in en vlak onder het loopvlak zijn daardoor hoog, en ze keren bij elke omwenteling terug. De as heeft zijn eigen belasting: bij iedere omwenteling buigt hij een fractie door en veert hij weer terug, keer op keer, de hele levensduur lang.
De schade die hieruit voortkomt kent vaste vormen. Aan het oppervlak slijt het loopvlak. Vlak onder het oppervlak vermoeit het materiaal, wat zichtbaar wordt als pitting (putvorming in het loopvlak) en spalling (het uitbrokkelen van stukjes loopvlakmateriaal). Hoe lang een wiel of as meegaat, wordt daarom grotendeels bepaald voordat het onderdeel ooit een meter heeft gereden: in het staal, het smeedproces en de warmtebehandeling.
Smeden uit vacuüm-ontgast staal
Het begint bij de staalkwaliteit. Voor wielen is 42CrMo5 een beproefde keuze: een chroom-molybdeenstaal dat zich goed laat harden en tegelijk taai te houden is. Minstens zo belangrijk is wat er met de smelt gebeurt voordat er ook maar iets gesmeed wordt. Bij vacuümontgassen wordt het vloeibare staal onder vacuüm gebracht, zodat opgeloste gassen, waaronder waterstof, kunnen ontwijken. Waterstof in staal kan inwendige scheurtjes veroorzaken; ontgast staal is schoner en daarmee een betrouwbaarder uitgangspunt voor een onderdeel dat op vermoeiing wordt belast.
Het smeden zelf doet het volgende deel van het werk. Het verwarmde staal wordt onder hoge druk in vorm gebracht, wat het materiaal verdicht en een doorlopende, ononderbroken structuur oplevert. Dat is geen detail: vermoeiingsscheuren beginnen doorgaans bij een onvolkomenheid in het materiaal, een insluiting of een holte. Voor een onderdeel waarvan de spanningen zich elke omwenteling herhalen, telt daarom elke onvolkomenheid die er niet in zit.
Hard loopvlak, taaie kern
Na het smeden volgt de warmtebehandeling, en die bepaalt het karakter van het wiel. Het doel is tweeledig: een gelijkmatige hardheid over het loopvlak, en een kern die taai blijft. Het harde loopvlak weerstaat slijtage en de rolcontactvermoeiing die tot pitting en spalling leidt. De taaie kern zorgt dat het wiel stoten en piekbelastingen opneemt zonder scheurvorming. Beide eigenschappen tegelijk realiseren is waar de warmtebehandeling om draait: hard genoeg aan het oppervlak om lang mee te gaan, taai genoeg vanbinnen om veilig te blijven. De gelijkmatigheid van die loopvlakhardheid is daarbij zelf een kwaliteitskenmerk: een wiel dat overal even hard is, gedraagt zich over zijn hele omtrek hetzelfde en slijt voorspelbaar.
Die voorspelbaarheid werkt door in het onderhoud. Een loopvlak met slijtage of beginnende schade wordt in de werkplaats afgedraaid tot een gaaf profiel, en dat kan een wiel meerdere keren in zijn leven ondergaan, tot de minimale diameter is bereikt. Hoe gelijkmatiger het materiaal, hoe beter voorspelbaar hoeveel er per beurt af moet en hoeveel wiel er overblijft. Kwaliteit die er bij het smeden en harden in is gestopt, betaalt zich zo gedurende de hele gebruiksduur terug.
De normen en wat ze afdekken
Voor de hoofdbaan is dit alles vastgelegd in normen, elk met een eigen werkingsgebied:
- Treinwielen: EN 13262. Gesmede wielen worden vervaardigd conform EN 13262 en zijn leverbaar met diameters van 360 tot 1290 mm, in diverse materialen.
- Wielbanden: UIC 810-1. Wielbanden volgen UIC 810-1 en dienen voor het opnieuw bandageren en reviseren van wielstellen: het loopvlak wordt vernieuwd zonder dat het complete wiel vervangen hoeft te worden.
- Assen: EN 13261. Assen worden geleverd conform EN 13261, in diverse maten en materialen.
- Complete wielstellen. Wielen en assen worden als samenstelling geleverd: op elkaar afgestemd, gemonteerd en klaar voor inbouw.
Voor de inkoper betekenen deze normen vooral voorspelbaarheid: een wiel of as conform de norm is uitwisselbaar en volgens een vastgelegd regime beproefd. De keuze die daarna overblijft is er een van onderhoudsstrategie: losse wielen, banden en assen voor revisie in eigen beheer, of complete wielstellen die als geheel worden ingebouwd. Beide routes zijn gangbaar; de afweging verschilt per beheerder en per vloot.
De aandrijflijn: cardanassen
Bij aangedreven voertuigen hoort nog een schakel: de cardanas, die het koppel overbrengt tussen delen die ten opzichte van elkaar bewegen. De kwaliteit zit hier in de kruiskoppelingen en hun lagering. Kruiskoppelingsassen met op rollagers gemonteerde koppelingen worden gebouwd volgens hoge kwaliteitsnormen, met een breed assortiment zodat de as op de toepassing kan worden afgestemd. Ook hier geldt dat de levensduur in de fabriek wordt bepaald, in materiaal en lagering, lang voordat de as zijn eerste omwenteling maakt.
Hetzelfde recept naast de hoofdbaan: kraanwielen
Wielen op rails komen ook buiten het spoor voor. Kranen rijden op kraanbanen en concentreren vergelijkbare belastingen op een vergelijkbaar klein contactvlak. Het antwoord is dan ook hetzelfde: kraanwielen worden gesmeed uit 42CrMo5-staal en warmtebehandeld voor een hard loopvlak. Dezelfde smeed- en warmtebehandelingslogica als bij het treinwiel, toegepast op de kraanbaan.
Waar wij in dit verhaal staan
Kampa levert deze onderdelen via zijn vaste partnerprogramma. De gesmede wielen, wielbanden, assen en complete wielstellen komen van Lucchini RS. De cardanassen komen van Gelenkwellenwerk Stadtilm GmbH (GEWES), gecertificeerd volgens ISO 9001, ISO 14001 en ISO 50001. Ook gesmede kraanwielen levert en ondersteunt Kampa in de Benelux. Bij dat alles hoort engineeringondersteuning: onze engineers denken mee over maatvoering, materiaal en toepassing. Staat wat u zoekt er niet tussen, dan zoeken wij mee via ons netwerk van fabrikanten.
Een compleet Lucchini-wielstel: twee wielen gemonteerd op een as met lagers.