Auslännesch Fuerschung am Beräich vun Kompositmaterialien fir Eisebunnstransit leeft zënter bal en halleft Joerhonnert.Obwuel d'rapid Entwécklung vun Eisebunn Transitstreck an Héich-Vitesse Eisebunn an China an der Uwendung vun Gewalt Komposit Material an dësem Beräich sinn am Ganzen, ass d'verstäerkt Léngen vun Komposit Material wäit an auslännesch Eisebunn Transit benotzt méi Glas Léngen, déi anescht ass wéi déi vu Kuelestofffaserkompositen a China.Wéi an dësem Artikel ernimmt, Kuelestofffaser ass manner wéi 10% vun de Kompositmaterialien fir Kierper entwéckelt vun der TPI Composites Company, an de Rescht ass Glasfaser, sou datt et d'Käschte balancéiere kann a liicht Gewiicht assuréiert.Déi massiv Notzung vu Kuelestofffaser féiert zwangsleefeg zu Käschteschwieregkeeten, sou datt et an e puer Schlësselstrukturkomponente wéi Bogien benotzt ka ginn.
Fir méi wéi 50 Joer huet Norplex-Micarta, e Hiersteller vun thermosetesche Kompositen, e konstante Geschäft gemaach fir Materialien fir Eisebunnstransit Uwendungen ze maachen, dorënner Zich, Liichtrail Bremssystemer, an elektresch Isolatioun fir erhiewt elektresch Schinne.Awer haut erweidert de Maart vun der Firma iwwer eng relativ schmuel Nisch a méi Uwendungen wéi Maueren, Diech a Biedem.
Den Dustin Davis, Direkter vun der Geschäftsentwécklung fir Norplex-Micarta, mengt datt d'Schinn an aner Massentransportmäert ëmmer méi Méiglechkeete fir seng Firma, wéi och aner Composite Hiersteller a Fournisseuren, an de kommende Joeren ubidden.Et gi verschidde Grënn fir dësen erwaarte Wuesstum, ee vun deenen ass d'europäesch Adoptioun vum Fire Standard EN 45545-2, dee méi streng Feier-, Damp- a Gasschutz (FST) Ufuerderunge fir Massentransport agefouert huet.Andeems Dir phenolharzsystemer benotzt, kënnen Composite Hiersteller déi néideg Feier- a Rauchschutzeigenschaften an hir Produkter integréieren.
Zousätzlech, Bus-, Subway- an Zuchbetreiber fänken un d'Virdeeler vu Kompositmaterialien ze realiséieren fir lauter Schwéngungen a Kakophonie ze reduzéieren."Wann Dir jeemools an der Metro war an eng Metallplack héieren klappen", sot den Davis.Wann de Panel aus Kompositmaterial ass, wäert et den Toun stommen an den Zuch méi roueg maachen.
De méi liichte Gewiicht vum Komposit mécht et och attraktiv fir Busoperateuren déi interesséiert sinn fir d'Brennstoffverbrauch ze reduzéieren an hir Sortiment auszebauen.An engem Bericht vum September 2018 huet d'Maartfuerschungsfirma Lucintel virausgesot datt de weltwäite Maart fir Kompositen, déi am Massentransport an Offroad Gefierer benotzt ginn, mat engem Joresrate vu 4,6 Prozent tëscht 2018 an 2023 wuessen, mat engem potenzielle Wäert vun $1 Milliard bis 2023. Opportunitéite kommen aus enger Rei vun Uwendungen, dorënner Aussen-, Interieur, Hood a Powertrain Deeler, an elektresch Komponenten.
Norplex-Micarta produzéiert elo nei Deeler, déi am Moment op Light Rail Linnen an den USA getest ginn.Zousätzlech konzentréiert d'Firma sech weider op Elektrifizéierungssystemer mat kontinuéierleche Fasermaterialien a kombinéiert se mat méi séier Aushärteharzsystemer."Dir kënnt d'Käschte reduzéieren, d'Produktioun erhéijen an déi voll Funktionalitéit vu FST Phenol op de Maart bréngen", erkläert Davis.Wärend Kompositmaterialien méi deier kënne sinn wéi ähnlech Metalldeeler, seet den Davis datt d'Käschte net den Uwendungsbestëmmungsfaktor sinn, deen se studéieren.
Liicht a Flam-retardant
D'Renovéierung vum europäesche Eisebunnsbedreiwer Duetsche Bahn senger Flott vu 66 ICE-3 Express Autoen ass eng vun de Fäegkeete vu Kompositmaterialien fir de spezifesche Bedierfnesser vun de Clienten ze treffen.D'Klimaanlag System, Passagéier Ënnerhalung System an nei Sëtzer dobäi onnéideg Gewiicht un der ICE-3 Eisebunn Autoen.Zousätzlech huet d'Original Sperrholzbuedem net den neien europäesche Feiernormen entsprécht.D'Firma brauch eng Buedemléisung fir d'Gewiicht ze reduzéieren an de Brandschutznormen z'erreechen.Liichtgewiicht Komposit Buedem ass d'Äntwert.
Saertex, e Fabrikant vu Composite Stoffer baséiert an Däitschland, bitt e LEO® Materialsystem fir säi Buedem.Den Daniel Stumpp, weltwäite Marketingchef bei der Saertex Group, sot, datt LEO e geschichteten, net gekräizegt Stoff ass, deen méi héich mechanesch Eegeschaften a méi liicht Potenzial bitt wéi gewéckelt Stoffer.De Véier-Komponente-Komposit-System enthält speziell feierbeständeg Beschichtungen, Glasfaser-verstäerkt Materialien, SAERfoam® (e Kärmaterial mat integréierten 3D-Fiberglassbrécke), a LEO Vinylesterharzen.
SMT (och an Däitschland baséiert), e Composite Material Hiersteller, huet de Buedem duerch e Vakuum Füllprozess erstallt mat wiederverwendbare Silizium Vakuumbeutel gemaach vum Alan Harper, enger britescher Firma."Mir hunn ongeféier 50 Prozent vum Gewiicht vum fréiere Sperrholz gespuert", sot Stumpp."De LEO-System baséiert op kontinuéierleche Faserlaminaten mat engem net gefëllte Harzsystem mat exzellente mechanesche Properties ... Zousätzlech verrotten de Komposit net, wat e grousse Virdeel ass, besonnesch an Gebidder, wou et am Wanter schneit an de de Buedem ass naass."De Buedem, Top Teppech a Gummimaterial entspriechen all déi nei Flammschutznormen.
SMT huet méi wéi 32.000 Quadratmeter Paneele produzéiert, déi an ongeféier engem Drëttel vun den aacht ICE-3 Zich bis elo installéiert goufen.Wärend dem Renovéierungsprozess gëtt d'Gréisst vun all Panel optiméiert fir e bestëmmten Auto ze passen.Den OEM vun der ICE-3 Sedan war sou beandrockt vum neie Kompositbuedem datt et e Kompositdach bestallt huet fir déi al Metalldachstruktur an de Schinnenautoen deelweis ze ersetzen.
Géi méi wäit
Proterra, e Kalifornien-baséierten Designer an Hiersteller vun Null-Emissiounen elektresche Bussen, benotzt Kompositmaterialien an all senge Kierper zënter 2009. Am 2017 huet d'Firma e Rekord gesat andeems se 1.100 One-Way Meilen op sengem Batterie gelueden Katalysator fueren. ®E2 Bus.Dëse Bus huet e liichte Kierper gemaach vum Komposithersteller TPI Composite.
* Viru kuerzem huet TPI mat Proterra zesummegeschafft fir en integréierten All-in-One Komposit elektresche Bus ze produzéieren."An engem typesche Bus oder Camion gëtt et e Chassis, an de Kierper sëtzt uewen op deem Chassis", erkläert den Todd Altman, Direkter vum strategesche Marketing bei TPI.Mam haarde Shell-Design vum Bus hu mir de Chassis a Kierper zesummen integréiert, ähnlech wéi den Design vum All-in-One Auto." Eng eenzeg Struktur ass méi effektiv wéi zwee separat Strukturen fir d'Leeschtungsfuerderunge z'erhalen.
De Proterra Single-Shell Kierper ass Zweck gebaut, vun Null entworf fir en elektrescht Gefier ze sinn.Dat ass e wichtegen Ënnerscheed, sot Altman, well d'Erfahrung vu villen Automobilisten an Elektrobushersteller war limitéiert Versuche ze probéieren hir traditionell Designe fir Verbrennungsmotoren un elektresch Gefierer unzepassen."Si huelen existéierend Plattformen a probéieren esou vill Batterien wéi méiglech ze packen. Et bitt net déi bescht Léisung aus iergendengem Siicht."", sot Altman.
Vill elektresch Bussen hunn zum Beispill Batterien hannen oder uewen um Gefier.Awer fir Proterra ass TPI fäeg d'Batterie ënner dem Bus ze montéieren."Wann Dir vill Gewiicht un d'Struktur vum Gefier bäidréit, wëllt Dir dat Gewiicht esou liicht wéi méiglech sinn, souwuel aus engem Leeschtungssiicht wéi aus Sécherheetssiicht", sot Altman.Hien huet bemierkt datt vill Elektrobus- an Autoshersteller elo zréck op d'Zeechnung goen fir méi effizient a geziilt Designs fir hir Gefierer z'entwéckelen.
TPI huet e fënnef-Joer Accord mat Proterra fir eng produzéiere bis zu 3.350 Komposit Bus Kierper op TPI Ariichtungen zu Iowa an Rhode Island.
Brauchen ze personaliséieren
Den Design vum Catalyst Bus Kierper erfuerdert datt TPI a Proterra stänneg d'Stäerkten a Schwächten vun all de verschiddene Materialien ausbalancéieren, fir datt se Käschteziler erreechen kënnen an eng optimal Leeschtung erreechen.Altman bemierkt datt d'TPI d'Erfahrung fir grouss Wandblieder ze produzéieren déi ongeféier 200 Féiss laang sinn an 25.000 Pond weien, mécht et relativ einfach fir si 40-Fouss Buskierper ze produzéieren déi tëscht 6.000 an 10.000 Pond weien.
TPI ass fäeg déi erfuerderlech strukturell Kraaft ze kréien andeems se selektiv Kuelestofffaser benotzt an se behalen fir d'Gebidder ze verstäerken déi déi gréisste Belaaschtung droen."Mir benotzen Kuelestofffaser wou Dir am Fong en Auto ka kafen", sot Altman.Allgemeng mécht Kuelestofffaser manner wéi 10 Prozent vum Kompositverstäerkungsmaterial vum Kierper aus, de Rescht ass Glasfaser.
TPI huet Vinylesterharz aus engem ähnleche Grond gewielt."Wa mir Epoxien kucken, si si super, awer wann Dir se heelt, musst Dir d'Temperatur erhéijen, also musst Dir d'Schimmel erhëtzen. Et ass eng zousätzlech Käschte ", huet hien weider.
D'Firma benotzt Vakuum-assistéiert Harztransferformung (VARTM) fir Komposit Sandwichstrukturen ze produzéieren déi déi néideg Steifheit un eng eenzeg Schuel ubidden.Wärend dem Fabrikatiounsprozess ginn e puer Metallarmaturen (wéi threaded Armaturen an Tappplacke) an de Kierper agebaut.De Bus gëtt an Uewer- an Ënnerdeeler opgedeelt, déi dann zesumme gekollt ginn.D'Aarbechter musse spéider kleng Komposit-Verschmotzunge wéi Fairings addéieren, awer d'Zuel vun den Deeler ass eng Fraktioun vum Metallbus.
Nodeems de fäerdege Kierper an d'Proterra Busproduktiounsanlag geschéckt gëtt, fléisst d'Produktiounslinn méi séier, well et manner Aarbecht ze maachen ass."Si mussen net all d'Schweißen, d'Schleifen an d'Fabrikatioun maachen, a si hunn eng ganz einfach Interface fir de Kierper mat der Drivetrain ze verbannen", huet Altman derbäigesat.Proterra spuert Zäit a reduzéiert Overhead well manner Fabrikatiounsplaz fir déi monocotesch Schuel erfuerderlech ass.
Den Altman mengt datt d'Nofro fir Kompositbuskierper weider wäert wuessen wéi d'Stied sech op elektresch Bussen wenden fir d'Verschmotzung ze reduzéieren an d'Käschte ze reduzéieren.No Proterra, Batterie elektresch Gefierer hunn déi niddregsten Operatioun Liewenszyklus Käschten (12 Joer) am Verglach zu Diesel, kompriméiert Äerdgas oder Diesel Hybrid Bussen.Dat kann ee Grond sinn firwat Proterra seet datt de Verkaf vu Batterie-ugedriwwenen elektresche Bussen elo 10% vum Gesamttransportmaart ausmaachen.
Et ginn nach e puer Hindernisser fir déi breet Uwendung vu Kompositmaterialien am elektresche Buskierper.Een ass d'Spezialisatioun vun de Bedierfnesser vu verschiddene Busclienten."All Transitstreck Autoritéit gär Bussen op eng aner Manéier ze kréien - Sëtzkonfiguratioun, Luchöffnung. Et ass eng grouss Erausfuerderung fir Busfabrikanten, a vill vun deene Konfiguratiounsartikele kéinte bei eis goen.""Altman sot. "Integréiert Kierper Hiersteller wëllen e Standard ze bauen, awer wann all Client en héije Grad vu Personnalisatioun wëllt, wäert et schwéier sinn dat ze maachen. "TPI schafft weider mat Proterra fir de Busdesign ze verbesseren fir besser ze verwalten d'Flexibilitéit erfuerderlech vun den Endclienten.
Entdeckt d'Méiglechkeet
Composites ass weider ze testen ob seng Materialien gëeegent sinn fir nei Massentransportapplikatiounen.A Groussbritannien féiert d'ELG Carbon Fibre, déi spezialiséiert ass op Technologie fir d'Recycling an d'Wiederverwendung vu Kuelestofffaser, e Konsortium vu Firmen, déi liicht Kompositmaterialien fir Bogien a Passagéierautoen entwéckelen.D'Bogie ënnerstëtzt de Kierper vum Auto, guidéiert de Radset a behält seng Stabilitéit.Si hëllefen de Ridekomfort ze verbesseren andeems d'Schinneschwéngungen absorbéiert ginn an d'Zentrifugalkraaft miniméieren wéi den Zuch dréit.
Een Zil vum Projet ass Bogien ze produzéieren déi 50 Prozent méi hell sinn wéi vergläichbar Metal Bogien."Wann d'Bogie méi hell ass, wäert et manner Schued un der Streck verursaachen, a well d'Belaaschtung op der Streck méi niddereg ass, kënnen d'Ënnerhaltungszäit an d'Ënnerhaltskäschte reduzéiert ginn", seet de Camille Seurat, ELG Produktentwécklungsingenieur.Zousätzlech Ziler sinn d'Säit-zu-Schinne-Rad Kräften ëm 40% ze reduzéieren an d'Liewensdauerbedingungsiwwerwaachung ze bidden.De UK's non-profit Rail Safety and Standards Board (RSSB) finanzéiert de Projet mam Zil e kommerziell viabel Produkt ze produzéieren.
Extensiv Fabrikatiounsstudien goufen duerchgefouert an eng Zuel vun Testplacke goufe mat Prepregs aus Stierpressen, konventionell naass Layup, Perfusioun an Autoklav gemaach.Well d'Produktioun vun de Bogien limitéiert wier, huet d'Firma Epoxy-Prepreg an Autoklaven als déi kosteneffektivst Konstruktiounsmethod gewielt.
De Vollgréisst Bogie Prototyp ass 8,8 Féiss laang, 6,7 Féiss breet an 2,8 Féiss héich.Et ass aus enger Kombinatioun vu recycléiertem Kuelestofffaser (nonwoven Pads geliwwert vun ELG) a rauem Kuelestofffaser Stoff gemaach.D'One-Wee Faseren ginn fir den Haaptstäerktelement benotzt a ginn an d'Schimmel mat Robotertechnologie gesat.En Epoxy mat gudde mechanesche Properties gëtt ausgewielt, deen e nei formuléierten Flammretardant Epoxy ass, deen EN45545-2 zertifizéiert gouf fir op Eisebunn ze benotzen.
Am Géigesaz zu Stahl-Bogien, déi vu Lenkstrahlen op zwee Säitestrahlen geschweest ginn, wäerte Composite-Bogien mat verschiddenen Uewer- an Ënnerdeeler gebaut ginn, déi dann matenee verbonne sinn.Fir déi existent Metallbogien z'ersetzen, muss d'Kompositversioun d'Suspension an d'Bremsverbindungsklammern an aner Accessoiren an der selwechter Positioun kombinéieren."Fir elo hu mir gewielt d'Stahlfittings ze halen, awer fir weider Projeten kann et interessant sinn d'Stahlfittings mat Composite-Fittings ze ersetzen, sou datt mir d'Finale Gewiicht weider reduzéieren", sot Seurat.
E Konsortium Member vun der Sensors and Composites Group op der University of Birmingham iwwerwaacht d'Entwécklung vum Sensor, deen an der Composite Bogie an der Fabrikatiounsstadium integréiert gëtt."Déi meescht Sensoren konzentréieren sech op d'Iwwerwaachung vun der Belaaschtung op diskrete Punkten op der Bogie, während anerer fir d'Temperatursensing sinn," sot Seurat.D'Sensoren erlaben Echtzäit Iwwerwaachung vun der Kompositstruktur, sou datt d'Liewensdauer Lastdaten gesammelt ginn.Dëst wäert wäertvoll Informatioun iwwer Peakbelaaschtung a laangfristeg Middegkeet ubidden.
Virleefeg Studien weisen datt Composite-Bogien déi gewënschte Gewiichtsreduktioun vu 50% erreechen sollten.D'Projetteam hofft eng grouss Bogie prett ze hunn fir ze testen bis Mëtt 2019.Wann de Prototyp funktionnéiert wéi erwaart, wäerte se méi Bogien produzéieren fir den Tram vun Alstom, der Eisebunnsfirma, ze testen.
Laut Seurat, obwuel et nach vill Aarbecht ze maachen ass, fréi Indikatiounen suggeréieren datt et méiglech ass eng kommerziell liewensfäeg Komposit-Bogie ze bauen, déi mat Metallbogien a Käschten a Kraaft konkurréiere kann."Dann denken ech datt et vill Méiglechkeeten a potenziell Uwendungen fir Kompositen an der Eisebunnsindustrie gëtt", huet si derbäigesat.(Artikel reprinted aus Carbon Fiber and Its Composite Technology vum Dr. Qian Xin).
Post Zäit: Mar-07-2023