Afbeelding
Additieve productie voor remsystemen van de volgende generatie
Licht en efficiënt: de extra voordelen van additieve productie
Als het gaat om de remsystemen die in treinen worden gebruikt, hebben veiligheid, betrouwbaarheid en prestaties altijd de eerste prioriteit. In deze domeinen loopt Wabtec voorop met onze remoplossingen Metroflexx en Regioflexx. Metroflexx bepaalt de norm voor de spoorwegsector voor openbaar vervoer, terwijl Regioflexx onze oplossing van de nieuwste generatie is voor voorstedelijke, intercity-, regionale en hogesnelheidstreinen.
Beide systemen zijn niet alleen zo veilig als maar kan, maar behoren ook tot de lichtste en meest efficiënte systemen op de markt, wat aanzienlijke voordelen oplevert voor treinexploitanten. Onze ingenieurs bereiken dit door middel van twee belangrijke ontwerp- en productiekenmerken: het gebruik van software in plaats van pneumatische componenten en additieve productie. Door gebruik te maken van deze innovatieve moderne oplossingen verhogen we de betrouwbaarheid en prestaties van beide remproducten, terwijl we de onderhouds- en installatietijd en -kosten verlagen en meerdere efficiënties creëren.
Een innovatieve benadering van het ontwerp en de fabricage van remmen
Bij de ontwikkeling van Metroflexx en Regioflexx heeft Wabtec een grote sprong voorwaarts gemaakt door enkele pneumatische componenten die veiligheidskritieke functies in remsystemen uitvoeren te vervangen door software-emulatie op hetzelfde veiligheidsniveau. Het voordeel hiervan is duidelijk: een onderdeel dat eigenlijk geen fysiek product is, genereert geen kosten die verder gaan dan ontwikkeling en validatie, draagt geen gewicht, creëert geen installatiebeperkingen en vereist geen onderhoud. Hoewel pneumatische componenten projectspecifieke instellingen vereisen, worden de instellingen na vervanging door emulatiesoftware vervangen door softwareparameters die slechts één keer voor het project hoeven te worden vastgelegd.
Deze verandering is innovatief, en Wabtec had daar kunnen stoppen, maar we besloten nog verder te gaan. We hebben ervoor gekozen om het gebruik van additieve productie voor de resterende pneumatische onderdelen te onderzoeken om het gewicht te verminderen en onze producten nog voordeliger te maken voor klanten.
Wanneer additieve productie aan het mengsel wordt toegevoegd
Pneumatische componenten worden traditioneel gemaakt van aluminium, ofwel bewerkt in aluminium billet of, wanneer de productievolumes dit toelaten, gegoten. Elk onderdeel is ofwel geflensd op een geboord of gelijmd paneel of op een buis gemonteerd, en elke interface tussen een pneumatisch onderdeel en de steun ervan vereist bevestigingsmiddelen en afdichtingen voor de dichtheid. Hoewel dit systeem ervoor zorgt dat componenten eenvoudig kunnen worden gedemonteerd voor onderhoud, heeft het gebruik van extra onderdelen een prijs: afdichtingen op elke interface moeten worden vervangen tijdens de revisie van het remsysteem en kunnen lekken. Dit betekent hogere onderhoudskosten en verminderde betrouwbaarheid, en ook extra gewicht.
Toen Wabtec Metroflexx en Regioflexx ontwikkelde, zorgde de additieve productietechnologie al voor een revolutie in een aantal industrieën, waaronder de spoorwegen. Hoewel onze ingenieurs het aantal pneumatische componenten dat in Metroflexx en Regioflexx wordt gebruikt al hadden geminimaliseerd, wilden we ook ten volle profiteren van deze nieuwe technologie om de fysieke integratie nog verder te stimuleren en het aantal benodigde pneumatische interfaces te minimaliseren.
Verbetering op alle gebieden
De bovenste afbeelding in figuur 1 hieronder toont het oorspronkelijke ontwerp van de Metroflexx-hoofdplaat met gegoten aluminium en belangrijke pneumatische componenten die op de plaat zijn geflensd, met afdichtingen op elke pneumatische interface, plus schroeven. De onderste afbeelding toont het ontwerp van dezelfde Metroflexx-plaat met een ontwerp voor additieve fabricage.
Afbeelding
Figuur 1: De initiële Metroflexx-versie met gegoten plaat en de 3D-geprinte versie
Additieve technologie biedt meerdere voordelen: voor het product zelf, voor de manier waarop het wordt geproduceerd en gedurende de volledige levenscyclus.
Fysieke integratie
- De behuizing van de belangrijkste pneumatische componenten is volledig geïntegreerd in de plaatbehuizing, waardoor het aantal pneumatische en mechanische interfaces wordt beperkt. Bovendien wordt het aantal afdichtingen sterk verminderd, waardoor de betrouwbaarheid wordt verbeterd en de onderhoudskosten worden verlaagd.
- De interne leidingen zijn sterk geoptimaliseerd, waardoor de pneumatische prestaties worden verbeterd. De plaatsing van componenten op de plaat kan ook worden geoptimaliseerd, zonder bewerkingsbeperkingen, waardoor het onderhoud eenvoudiger wordt.
- De 3D-geprinte versie van Metroflexx voegt maar liefst 32 afzonderlijke onderdelen samen tot één component.
Gewichtsverbetering
In traditionele remregelapparatuur met een elektronisch rek, een pneumatisch rempaneel en wielschuifbeschermingskleppen weegt de rembediening ongeveer 70 kg.
Metroflexx, dat traditionele rembesturingsapparatuur vervangt, weegt in het oorspronkelijke ontwerp 15 kg met een gegoten aluminium plaat. Bij productie met een additieve productieplaat daalt het gewicht van Metroflexx naar 10 kg, wat neerkomt op een gewichtsverbetering van 33%. Het verschil van 5 kg heeft geen grote invloed op het laadvermogen van de trein, maar maakt wel een enorm verschil op het gebied van onderhoud. Als vervangbare lijneenheid (LRU) kan Metroflexx (of Regioflexx) met een gewicht van 10 kg in minder dan 20 minuten zonder speciaal gereedschap in de trein worden vervangen door één enkele operator, wat betekent dat reparatie of revisie in een gespecialiseerde werkplaats kan worden uitgevoerd zonder dat dit gevolgen heeft voor de beschikbaarheid van treinen. Met een gewicht van 10 kg zijn Metroflexx en Regioflexx verreweg de lichtste geïntegreerde rembedieningen die op de markt verkrijgbaar zijn.
Verwerking
De bewerkingstijd wordt met 80% verkort en de energie die nodig is om het onderdeel te produceren, wordt gedeeld door vier. Onze toeleveringsketen wordt flexibeler omdat we niet langer afhankelijk zijn van gietleveranciers. Dit resulteert in minder transport en de mogelijkheid om naar behoefte hoeveelheden te bestellen, zonder minimumvereisten.
Evolutie van het ontwerp
Het ontwerp is volledig flexibel, zodat aanpassingen naar behoefte kunnen worden uitgevoerd door simpelweg het bijbehorende digitale model te wijzigen, waardoor kosten in verband met aanpassingen van gereedschappen worden geëlimineerd.
Afbeelding
Figuur 2: De initiële Metroflexx-versie met gegoten plaat en de 3D-geprinte versie
Uitputtende tests om de veiligheid te garanderen
Als het gaat om veiligheidskritieke apparatuur zoals remsystemen, neemt Wabtec het testen en valideren van onze innovaties zeer serieus. Additieve productie is geen uitzondering. Onze producten hebben de strengste tests ondergaan om hun belangrijkste veiligheidskenmerken te valideren.
- We hebben onderzocht hoe we ervoor kunnen zorgen dat pneumatische kanalen schoon en vrij van vervuiling blijven, met name in leidingen en componenten.
- Onze laboratoria hebben hydraulische en vermoeiingstests onder hoge druk uitgevoerd om de robuustheid van het product onder druk te garanderen.
- Producten werden blootgesteld aan schokken en trillingen om ervoor te zorgen dat ze bestand waren tegen een echte treinomgeving.
- We hebben milieutests uitgevoerd, waaronder blootstelling van de producten aan extreme temperaturen en zoutnevel.
Dankzij dit uitgebreide validatieprogramma konden we er volledig op vertrouwen dat deze technologie hetzelfde niveau van veiligheid en duurzaamheid kon garanderen als traditioneel vervaardigde pneumatische systemen en componenten.
Additieve productie: laag op laag voordelen
De voordelen van het gebruik van additieve productie zijn legio en kunnen niet genoeg worden benadrukt. Deze technologie vermindert niet alleen het gewicht van de geproduceerde onderdelen, maar maakt ook een integratie van productfuncties mogelijk, waardoor de behoefte aan onderhoud van apparatuur wordt beperkt. Het verkort de productie- en doorlooptijden voor reserveonderdelen en verlicht tegelijkertijd de toeleveringsketen. Deze voordelen, die gunstig zijn voor treinexploitanten, zijn ook goed voor het milieu omdat ze het productieproces veel groener maken door het energieverbruik aanzienlijk te verminderen.
In de toekomst heeft Wabtec onlangs besloten om een Europees centrum voor additieve productie te bouwen in Tours, Frankrijk. De site heeft de mogelijkheid om onderdelen van polymeer en metaal te vervaardigen en biedt diensten voor de hele waardeketen, van ontwerpadvies, uitvoering van proof-of-concept en ondersteuning voor validatie en certificering, tot 3D-printen en nabewerking (bewerking, schilderen, oppervlaktebehandeling...).
We zijn vastbesloten om het potentieel van deze baanbrekende technologie te benutten om steeds betrouwbaardere en efficiëntere remsystemen te creëren die de spoorwegsector helpen om een veiligere en groenere toekomst te bereiken.