Mindenkinek, aki már vonatozott Tokyo, Nagoya vagy Osaka (JR és magán társaságok) elővárosi vonatain, feltűnhetett, hogy a legtöbb jármű szinte teljesen ugyanúgy néz ki, legfeljebb a fényszórók vagy éppen csak a festés tér el. Nincs messze az igazságtól az, aki ilyen feltételezésre vetemedik, hiszen a napjainkban zajló, egyre inkább elterjedő moduláris gyártásnak illetve egyes típusok átkombinálásának köszönhetően az elővárosi gördülőállomány még inkább egybeszabottabbá válik. Az alábbiakban így az ezen törekvések mögött álló folyamatok részletei kerülnek górcső alá.

JR East E231-es sorozatú motorvonat a Chuo-Sobu vonalon, Akihabara (秋葉原) közelében. A széria számos magánvasúti járműnek, így a Tokyu 5000-es, a Keikyu 1000-es és a Sotetsu 10000-es járműnek is az alapjaként szolgált.

Az alábbiakban jellemzően a magán-vasúttársaságok járműveinek felépítéséről (japán elnevezéssel „shitetsu” (私鉄)), ezek egyes JR járművekhez való kötődéseikről és egyéb finomságokról lesz szó, melyeknek köszönhetően a szakembernek sem egyszerű átlátnia az így kialakult „káoszt”. Felmerülhet a kérdés, hogy mi számít magán-vasúttársaságnak Japánban?

A rövid válasz az, hogy minden, ami nem JR, így a Tokyo Metro, a Keisei, a Hankyu vagy a Nankai is, hogy csak a turisták által sem ismeretlen társaságokat említsem, hiszen ezekkel már a nagyobb reptereken is találkozhatunk.

A hosszabb válasz jelen témához nem kapcsolódik szorosan, így ezt itt nem fejtegetném bővebben. Ebben az írásban főleg a legnagyobb, személyszállító vasúttársaságokról (létezik kizárólag teherszállító magán-vasúttársaság is) lesz szó, melyek a működési területeiken alternatívát és erős konkurenciát is jelentenek a JR járatok számára, így pl. a Kobe – Osaka – Kyoto szakaszon a JR mellett a Hankyu, a Hanshin és a Keihan és a Kintetsu járatai is az utasok rendelkezésére állnak.

A Hitachi A-Train moduláris rendszerében, alumínium ötvözet felépítménnyel készült Hankyu 9000-es sorozat első darabja.

A napjainkban, a Japán-szerte közlekedő magánvasúti járműveket a felépítmény anyagválasztéka illetve gyártástechnológia szempontjából két-két nagyobb csoportra oszthatjuk. Anyagminőség szerint a rozsdamentes acél felépítményű vonatokat illetve a különböző mechanikai igénybevételekkel szemben ellenálló, ám az acélnál könnyebb ún. kétrétegű, bordamerevítés alumínium ötvözet felépítménnyel rendelkező járműveket különböztethetjük meg. Ezek lehetnek kisebb darabszámú „egyedileg” gyártott alkatrészekből összeállított vagy ún. moduláris gyártásban készült járművek.

A vasúti járművek moduláris gyártásának egyszerűsített ábrája.

A moduláris gyártást, melyben a járművek felépítményei és utasterei is szabadon konfigurálhatóak a vevő igényei szerint, Japánban először a Nippon Sharyo mutatta be a 2000-es évek elején, ám az évek során természetesen más gyártók is, így a Hitachi a J-TREC és a Kawasaki is kifejlesztették a modulokból, vagy helyi elnevezéssel blokkokból (ブロック, burokku) összeállított járművek gyártását. A Nippon Sharyo „blokkgyártása” (日車ブロック工法, nissha burokku kōhō) mellett a Kawasaki efACE (川重ｅｆＡＣＥ), a J-TREC „Sustina” és a Hitachi A-Train elnevezések is hasonló gyártástechnológiát takarnak, utóbbi, az angol GWR Class 800 vagy a Southeastern vasúttársaság 395-ös sorozatú EMU-i által Európában sem ismeretlen.

A tajvani TRA (Taiwan Railway Administration) által üzemeltetett TEMU1000-es sorozatú járművek szintén a Hitachi A-Train gyártástechnológia képviselői.

A Japán különböző területein közlekedő magánvasúti járművek felépítményeinek a helyi és az országos előírásoknak is meg kell felelniük, melyek a járművek különböző területeinek kialakítását is meghatározzák, elsősorban a biztonságra és a megbízhatóságra koncentrálva. Egy jármű végleges kialakítására a mindenható MLIT (Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism) irányelvei és a JIS (Japan Industrial Standards) alapján konkretizált JARI (Japan Association of Rolling Stock Industries) szabványok illetve természetesen a megrendelő igényei is hatással vannak, ám a főbb dimenziókat, így egy-egy kocsi hosszát, szélességét vagy éppen a ajtómagasságot jellemzően a JARI JRIS elnevezésű irányelvei szerint alakítják ki.

Az egyéb tulajdonságok, például a tájékoztató felületek elhelyezésében, a vezetőállás kezelőszerveinek elrendezésében illetve az ún. „one-man” vezérlés tekintetében így sokkal nagyobb változatosságot találhatunk, akár egy-egy fősorozat különböző alsorozatai között is. Az egységesítés előnyei jellemzően az egyes járművek más társaságok vonalaival való kompatibilitása (ez főleg a JR vonalait jelenti), illetve az optimalizált darabszámú, nagy sorozatban gyártott alkatrészek, melyek értelemszerűen a gyártási időt és költségeket is csökkentik, a moduloknak köszönhetően azok hiba vagy sérülés esetén könnyedén javíthatóak, cserélhetőek. Az egységesítés szemléltésére álljon alant két kisebb táblázat, mely néhány magánvasúti jármű, kocsijainak főbb adatait tartalmazza.

20 méteres (4 ajtós) japán magánvasúti járművek összehasonlítása a kocsik anyagválasztéka, gyártói, főbb méretei, öntömegei és az üléssorok kialakítása szerint. (A teljes táblázat a képre kattintva tölthető le!)

A következő táblázat pedig a 18 méteres vagy annál rövidebb kocsik egyes paramétereit tartalmazza:

18 méteres vagy annál rövidebb (3 ajtós) japán magánvasúti járművek összehasonlítása a kocsik anyagválasztéka, gyártói, főbb méretei, öntömegei és az üléssorok kialakítása szerint. (A teljes táblázat a képre kattintva tölthető le!)

A táblázatokhoz annyi kiegészítés tartozik, hogy a 20m-es kocsikból álló, Odakyu 3000-es sorozat, 2001 és 2002 közt készült első szériás járműveiben nincs hajtás nélküli kocsi, így értelemszerűen nincs ezek öntömegeire vonatkozó adat. A másik, magyarázatra szoruló „hiány” a 18 méteres kocsik közt, a Tokyo Metro 1000-es sorozatú járműveinek leengedett áramszedő melletti magasságában jelentkezik. Ez a sorozat ugyanis, a Tokyo Metro hálózatán közlekedő számos típussal ellentétben, alsó tapintású harmadik sínről veszi fel a működéshez szükséges villamos energiát.

Az ülések elrendezése a kocsi végei és az első ajtók valamint a további ajtók közt, a jármű hossztengelyével párhuzamosan kialakított ülőhelyek számát jelentik. (Pl.: 4-9-9-4 esetén a kocsi vége és az első ajtó között 4, az első és a második ajtó között 9 stb. ülés kapott helyet.). Ezeken felül elírásnak tűnhet, de a Keikyu 1000-es sorozatából valóban kétféle, alumínium és acél kocsiszekrénnyel rendelkező járművet találhatunk.

Élesebb szeműek észrevehetik a Keikyu 1000-es sorozatának alumínium (bal) illetve acél (jobb) felépítményű kocsijai közti apróbb különbségeket. AL kocsiszekrénnyel a sorozat 2002 és 2005 közt készült, míg acél felépítménnyel a 2007 és 2016 között gyártott tagjai rendelkeznek.

Ahogy olvashattuk, ezek a számok elsősorban a JARI szüleményei, melyeket a rendkívül izgalmas miniszteri rendeletek alapján állítanak elő és juttatnak el minden gyártóhoz tanulmányozás végett. A miniszteri rendeletek, bár konkrét számadatokat elvétve tartalmaznak, jelen megfogalmazásukban 2002 óta mégis „kötelező érvényű útmutatásként” szolgálnak a JARI és a gyártók felé. Így pl. ahelyett, hogy azt írnák, hogy szerintük konkrétan milyen üveget kell a szélvédőkben alkalmazni, helyette csak azt olvashatjuk, hogy a szélvédőnek bizonyos időjárási körülmények között is biztosítania kell a vezetőálláson tartózkodók épségét, a JARI pedig ezen rendelet alapján konkretizálta, hogy a szélvédők üvegeinek meg kell felelniük a JIS R 3213, a vasúti járművek biztonsági üvegeire vonatkozó szabványnak. Szimpatikusnak tűnhet így, hogy egy szabályozó intézmény, melynek munkatársai alapvetően nem mélyedtek el a műszaki tudományokban, meghagyják a műszaki előírások kidolgozásának lehetőségét egy ezzel a témakörrel kompetens, szakemberekből álló csoportnak.

A példánál maradva a JARI szabványokkal összhangban így a megrendelő és a gyártó elképzeléseinek is tágabbak a korlátai, ám értelemszerűen egy új jármű esetlegesen „extrémebb” kialakítású területeit bonyolultabb áttolni a hatósági vizsgákon. Az itt említett szabályozások kizárólag hagyományos (nem nagysebességű) vasúti járművekre érvényesek, de természetesen a shinkansenekre is vonatkozik hasonló. (Így például a biztonságos álló- és ülőhelyek kialakításáról szóló bekezdések tükrében, a JR rendszeresen fel szokta dobni a labdát, mikor lábfürdővel felszerelt vagy éppen képgalériát is tartalmazó járművekre ad le megrendelést.) Csekély kivételtől eltekintve a korábban emllített nagyobb magán-vasúttársaságoknak nem profiljuk a különlegesebb kivitelű járművek üzemeltetése, így a járművek „puritán” kialakítása nem sok fejtörést okoz a gyártóknak.

A Seibu által 2000-ben bemutatott 20000-es sorozatú jármű egyike a Hitachi A-Train sorozatnak. Az alumínium ötvözetből készült jármű egyes elemeit a japán járműgyártásban újdonságnak számító kavaró dörzshegesztéssel illesztették össze.

A múltban történt, egyes nem emberi mulasztásból származó balesetek megelőzése végett 2001-ben alakult meg egy másik, a járművek kialakítását befolyásoló szervezet, mely a hangzatos, Repülő és vasúti baleseteket vizsgáló bizottság (航空・鉄道事故調査委員会, kōkū tetsudō jiko chōsa iinkai) nevet kapta. Ez a bizottság a balesetek körülményeinek feltárását követően javaslatot tehet a járművek kialakításáról szóló miniszteri rendeletek (javító szándékú) módosítására, míg 2008-tól a Közlekedésbiztonsági Bizottsággá (運輸安全委員会, unyu anzen iinkai) való átalakítást követően immár közvetlenül a gyártók felé is tehet javaslatokat.

Egyik, a szabályozások módosítását igénylő, halálos kimenetelű baleset nem sokkal a bizottság megalakulása előtt, 2000. március 8-án történt az akkori TRTA (Teito Rapid Transit Authority, 2004-től Tokyo Metro) Hibiya-vonalán, Naka-meguro közelében. A jármű kiegyensúlyozatlanságából és a nyomkarimák elégtelen kialakításából származó siklás, majd az azt követő, az ellentétes irányú vágányon közlekedő szerelvénnyel való ütközés következtében hatan veszítették életüket. A baleset részleteiről angol nyelvű beszámoló és videó is található. A balesetet követően és a korábban említett bizottság jóváhagyása után kezdődött meg valamennyi tokyo-i metróvonal vonatbefolyásoló rendszereinek fejlesztése, sebességkorlátozása és 200m-nél kisebb sugarú átmenetiíveinek átépítése, melynek során az érintett szakaszokat a pálya elhagyását megakadályozó sínnel látták el.

Tokyu Car gyártmányú, Tokyo Metro 03-as sorozatú motorvonat. Hasonló jármű szenvedett balesetet 2000-ben Naka-meguro közelében. Megfigyelhetjük, hogy az eredetileg 3 ajtós kocsikból a jármű végein található 2-2 kocsit plusz 2 ajtóval egészítették ki.

Ennyi szabályozás után nézzük, hogy mi és hogyan is valósul meg ezekből. A japán vasúti járműgyártás 1962-ig szinte teljes mértékben hagyományos (nem rozsdamentes) szerkezeti acélokra korlátozódott, így a korosodásnak és az elkerülhetetlen elektrokémiai folyamatoknak köszönhetően ezek a járművek gyakori és rendszeres karbantartást igényeltek. A rozsdásodás okozta strukturális gyengülést a relatíve vastag acéllapokból álló felépítménnyel igyekeztek kiküszöbölni, ám ez óhatatlanul a jármű öntömegének szükségtelen növekedéséhez vezetett, melyet így értelemszerűen energiaigényesebb erőgépekkel kellett felszerelni, ezenfelül a nehezebb jármű a futóműveket és a pályát is érzékenyen érintette.

1962-ben azonban a Tokyu Car, az USA székhelyű Budd Co. közreműködésével bemutatta Japán első, teljesen rozsdamentes, SUS301 (DIN: X12CrNi177) és SUS304 (DIN: X5CrNi1810) acélokból készült járművét, így kezdetét vette az acél felhasználásának következő korszaka. Az elkövetkező években elterjedt a járművekbe épített alkatrészek darabszámát optimalizáló végeselem módszer, míg hegesztés terén a sokáig népszerű, ám lég- és vízhatlanságot nem biztosító ponthegesztést a folyamatos és esztétikus varratot készítő lézeres hegesztési eljárás váltotta fel.

A J-TREC által gyártott minta kiválóan szemlélteti a lézeres (bal oldal) és az ellenállás ponthegesztés közti különbségeket a felületi minőség tekintetében. Nem elhanyagolandó továbbá, hogy ez utóbbi eljárás nem lég- és vízzáró, így ehhez külön szigetelés szükséges. (Forrás: Response.jp)

Az alumínium ötvözetű kocsiszekrények szintén az 1960-as évek elején jelentek jelentek meg a Kawasaki által gyártott Sanyo Dentetsu 2000-es sorozatú járművekben. A JIS jelölés szerint A7N01 (ISO: AlZn4,5Mg1; WNR: 3.4335), A6N01 (ISO: AlMgSi0,7; WNR: 3.3210) és A5083 (ISO: AlMg4,5Mn0,7; WNR: 3.3547) anyagminőségek általában, egyes mechanikai tulajdonságokat javítandó, valamilyen hőkezelés után kerülnek összeszerelésre. Ez az ötvözet egyébként annyira bevált, hogy az utolsó, acél kocsiszekrényű shinkansenek legyártását (E1-es sorozat, 1995) követően csak ennek a három anyagminőségnek a hőkezelt változataival találkozhatunk a nagysebességű gördülőállomány felépítményeinek gyártása során.

Japán első, alumínium kocsiszekrénnyel rendelkező járműve, a Sanyo Dentetsu 2000-es sorozatú motorvonata. (Fotó: Ino Kozo)

A korábban felvázolt moduláris tervezés és gyártás létrejötte is a különböző összeszerelő eljárások fejlődésének és nagyfokú automatizálásának köszönhető. A Nippon Sharyo által 2000-ben bemutatott Keio 9000-es sorozat volt Japánban az első olyan jármű, mely nagy számban gyártott modulokból épült fel. A rozsdamenetes acélból készült, 20m hosszú, 4 ajtós kocsikból 264 darab készült 2000 és 2009 között, örökölve a korábbi, 5000-es sorozat hátraívelt szélvédőit. A járművek 8 illetve 10 kocsiból álló motorvonatként is közlekednek, azzal a különbséggel, hogy a 8 kocsiból álló változatok homlokfalán lévő ajtó a szerelvények közti átjárást is lehetővé teszi, míg ugyanez a 10 kocsis motorvonatok esetében csak vészkijáratként működik.

A Keio 9000-es sorozat volt a Nippon Sharyo első, modulokból összeállítot járműsorozata. A jármű homlokfala, bár egyenesnek tűnik, valójában egy 10 000mm sugarú ívelt rész. Szintén megfigyelhetjük a föld alatt (is) közlekedő járművek kötelezően előírt tartozékát, a legalább 610mm széles homlokfali vészkijáratot.

A J-TREC „sustina” kódnéven indította el saját moduláris tervező/gyártó folyamatát, mellyel nemcsak helyi, de regionális és távolsági járatok igényeinek megfelelő járműveket is képesek megalkotni. Az első bemutató jármű 2003-ban készült el a Tokyu 5050-es sorozat 5576-os kocsijának személyében, melyet később a Nankai vasúttársaság egyes járműsorozatai, illetve ír és thai megrendelők révén a DART 8500-as és a bangkoki metró lila vonalának kocsijai is követtek.

A Kawasaki-féle efACE sem mutat túl sok újdonságot, és az első, ezzel a technológiával gyártott Keihan 3000-es sorozatú járműveken felül mindössze három további sorozat, a Tokyo Metro 16000-es, a JR West 225-ös és a JR Hokkaido 733-as motorvonatai készültek ilyen módon. Az efACE segítségével azonban acél- és alumínium kocsiszekrények is készültek, előbbi a Nishitetsu 9000-es sorozatának 2017. márciusára tervezett átadásával bővülhet.

A Tokyo Metro 16000-es sorozatú járművei 2010 novembere óta bővítik a Kawasaki efACE keretében készült járművek egyelőre nem túl népes táborát.

A Hitachi először 1996-ban mutatta be a kettős falú, alumínium kocsiszekrénnyel bíró JR East E653-as sorozatot, melynek köszönhetően a járművek többé nem rendelkeztek az alumínium lemezeket tartó vázzal, hiszen a kettős fal, szendvicsszerű kialakítása gyakorlatilag önhordónak tekinthető. A vállalat 1999-ig saját, dörzshegesztésen alapuló szerelési technológiát is kidolgozott, mellyel elhárultak az akadályok a vasúti járműmodulok gyors, olcsó és jó minőségű gyártása elől.

A Hitachi által alkalmazott kavaró dörzshegesztés (vagy az angol „friction stir welding” kifejezésből FSW) lényege, hogy a marófejre emlékeztető hegesztőszerszám a kívánt fordulatszám mellett felmelegíti majd olvadáspont alatt tartja az alapanyagokat. A hegesztés folyamata során a szerszám forgástengelye az alapanyagokra merőlegesen áll, ám azokkal párhuzamosan, a kijelölt varrat mentén halad, így a „dörzsölés” hatására, a hőhatás övezetben felmelegedett anyagokat gyakorlatilag összekeveri és egybeolvasztja. Ezen eljárás előnye, hogy más eljárással nehezen hegeszthető anyagok (pl. réz és alumínium, különböző öntöttvasak) is egyesíthetőek, a munkadarabok nem igényelnek élelőkészítést, a hegesztési varrat tiszta, gázzárványoktól, porozitástól mentes, maga a folyamat is csak enyhe forgácsképződéssel jár.

Hidegen húzott acél és egy porkohászati eljárással előállított termék dörzshegesztéssel előállított varrata. Jól látható, hogy a varrat egyeneletes, repedésektől, gáz- vagy anyagzárványoktól, porozitástól mentes.

Az efféle nagyfokú homogenitás különlegesen magas szilárdságot tesz lehetővé, így szakítóvizsgálat során gyakran nem is a varrat, hanem maga az alapanyag szakad. A dörzshegesztés ezen kívül nem igényel sem védőgázt sem hozaganyagot, mely mind az egyébként szintén népszerű és hatékony MIG/MAG mind a TIG eljárások költséges velejárói. A FSW eljárás hátránya hogy csak automatizált környezetben működik, a munkadarabok masszív rögzítést igényelnek illetve a hegesztési varrat lemunkálása is viszonylag (pl. síkköszörülés) időigényes, továbbá ez az eljárás bonyolultabb geometriájú varratok létrehozására sem alkalmas.

A Hitachi által is alkalmazott kavaró dörzshegesztés elméleti ábrája. A szerszám először megközelíti a munkadarabot (a), majd a szerszám végén lévő kis pöcök (orsó) a beállított nyomás mellett megkezdi az alapanyagok felmelegítését (b). Mikor az ömledék varratban tartását elősegító, az orsónál nagyobb átmérőjű váll rész eléri a munkadarabot (c), a szerszám megindul, nyomában hagyva a kész varratot (d). A kép forrása: Tohoku University)

A Hitachi A-Train névre keresztelt technológia így egy sor anyag- és gyártástechnológiai eszközt is egyesít, melynek köszönhetően napjainkra az egyik legnépesebb, modulokból felépített járműcsaláddá nőtte ki magát. A JR csoportból az A-Train járművek legnagyobb üzemeltetője a JR Kyushu, míg japán magán vasúttársaságoknál a Hankyu és a Tokyo Metro állományában, Nagy-Britanniában a London & South Eastern Railway Ltd. állományában figyelhetjük meg ezen típus képviselőit nagyobb számban. Az A-Train-ek első tagjai a JR Kyushu 815-ös sorozatú elővárosi EMU-k, míg magán vasúttársaságoknál a Seibu 20000-es sorozatú motorvonatok voltak, melyeket később a Hankyu, a Tobu és a Tokyo Metro valamint kisebb vasúttársaságok pl. a Tsukuba Express és a Fukuoka Subway egyes járművei követtek.

A JR Kyushu 815-ös sorozatú villamos motorvonatok voltak a Hitachi A-Train gyártástechnológiájával készült első járművek.

A járművek utasternének egységesítésében szintén elindult némi összehangoltság, ám ezek kialakítását a JARI szabványok sokkal kötetlenebbül kezelik. Az újabb gyártmányú járműveken ettől függetlenül jellemzően hosszanti elrendezésű üléssorokat, ívelt fogodzkodókat, illetve minden kocsiban kerekesszékkel vagy babakocsival is elfoglalható, többcélú tereket találhatunk.

Az ajtó záródására és nyitására figyelmeztető berendezés, az utastájékoztató LCD kijelző szintén bekerült az alapértelmezett felszerelések közé, ám ezek elhelyezkedése üzemeltetőnként és gyártókként eltérhet. A vezetőállás berendezéseit szemügyre véve a nagyméretű, a menet- és fékszabályozó kart egyesítő, ún. középponti egykezes Cineston-szabályozó vagy a vezetőasztal jobb illetve bal oldalán elhelyezett kétkezes menetszabályozó- és fékezőkar szúrhat szemet, elrendezés- és/vagy üzemeltetésbeli különbségeket főleg a Kanto és Kansai régióban közlekedő járművek közt fedezhetünk fel.

A Kansai régióban működő Hankyu vasúttársaság egy 8000-es sorozatú járművének utastere.

Látható tehát, hogy bár a gyártók számos különböző eljárással készíthetik járműveiket, a jól bevált, viszonylag hasonló konstrukciókon egyik üzemeltető sem mert radikálisan változtatni.

Kiegészítésként még elmondható, hogy egyes magánvasúti járművek a JR East által végtelenül leegyszerűsítve megrendelt 209-es, később az ezen sorozatból továbbfejlesztett E231/E233-as sorozatokon alapulnak. (A 209-es sorozat anno 1 kocsi/nap ütemben készült, így néhány hónap alatt mintegy 1000 ilyen jármű látott napvilágot.).

A JR egyik legsikeresebb elővárosi vonatsorozatának, az E233-as sorozat jellegrajza. (A képre kattintva az nagyobb méretben is megtekinthető! Forrás: Tetsudo Hobidas)

A rendkívül sikeres, nagy számban gyártható járműveket a tervezett élettartamuk végén, relatíve egyszerű és gyors felújítással és korszerűsítéssel lehet ismét forgalomba állítani. A trendet remekül szemelélteti, hogy az 1964-es gyártmányú 103-as sorozat és a leváltására szánt 209-es sorozat bemutatása közt közel 30 év telt el, míg a 209-es és az ebből kialakított E231 között már csak 7, az E231 és E233 között 6, az E233 és az E235 között pedig 9 év a különbség. Az E231-es és az E233-as sorozatok sikeréből természetesen több magán vasúttársaság is szeretett volna részesülni, így az ezeken a járműveken alapuló járműveket tekinthetjük a japán vasúti járműgyártás, némileg újrahasznosításon alapuló változatának.