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Co-conception aux exigences extrêmes

En collaboration avec Siemens Mobility Austria GmbH (usine de Graz), Angst+Pfister a développé des amortisseurs caoutchouc-métal pour limiter les contraintes de traction longitudinale des bogies des véhicules ferroviaires. Le mélange de caoutchouc monocomposant homogène de Angst+Pfister utilisé est en parfaite adéquation avec les normes européennes de protection contre l'incendie. De plus, les ingénieurs ont dû concevoir une pièce dont les butées disposent d'excellentes propriétés de glissement mais aussi dont la rigidité suit une courbe caractéristique extrêmement précise.

La mobilité de demain exige des nouvelles solutions techniques. Angst+Pfister peut vous les offrir.


 

Avec ses nombreuses années d'expertise dans le domaine du transport, Siemens Mobility pose les jalons de la mobilité de demain et développe sans cesse de nouvelles solutions. Le secteur du transport ferroviaire comprend les véhicules, les infrastructures et les solutions d'automatisation, dans le domaine des tramways urbains, du transport régional et même des lignes à très grande vitesse.
 

Amortissement des mouvements longitudinaux et des bruits solidiens

Les essieux de roues des véhicules ferroviaires sont fixés à des bogies. Ils permettent la rotation par rapport à la structure du véhicule. La suspension primaire est assurée par des amortisseurs entre les essieux de roue et le bogie. La suspension secondaire se trouve entre le bogie et le châssis du véhicule, qui sont reliés l'un à l'autre par un plateau rotatif. Des mouvements longitudinaux se produisent souvent entre le châssis et le bogie lors d'une accélération ou d'un freinage. Les bruits solidiens sont également transmis à cet endroit précis. Ces deux nuisances peuvent mettre à mal le confort des passagers du véhicule. Afin d'éviter ces perturbations, on installe un embout enfichable au niveau de la suspension secondaire grâce à deux butées en caoutchouc-métal. Celles-ci sont montées sur le bogie d'un côté avec une plaque d'adaptation et entrent en contact, de l'autre côté, avec l'embout enfichables en subissant une légère précontrainte. Pour cette raison, les butées sont terminées par une plaque en plastique qui doit disposer de bonnes propriétés de glissement et d'une longue durée de vie.

L'usine de Graz de Siemens Mobility a demandé à Angst+Pfister de les aider à développer des butées selon les nouvelles normes européennes de protection contre l'incendie EN45545 et a fait part de son cahier des charges. Les spécialistes de Angst+Pfister ont alors vérifié si les exigences de Siemens, y compris concernant la durée de vie des éléments, étaient réalisables et ont fait leur proposition. « Les normes de protection contre l'incendie posent des limites très contraignantes concernant le choix des matériaux », explique Michael Forrer, Senior Engineer en Technologie de l'antivibration pour Angst+Pfister à Zürich. La sélection du bon mélange de caoutchouc s'est révélée très délicate pour ce projet.
 

Le défi : une courbe caractéristique très spéciale

La rigidité des butées ne devait pas respecter une courbe caractéristique linéaire mais au contraire avoir une progression extrême. Au début, la butée est censée offrir une résistance relativement faible, qui augmente considérablement à partir d'une certaine pression - jusqu'à l'arrêt. La solution d'Angst+Pfister consistait en un contour spécial en caoutchouc en trois niveaux. Trois cannelures assurent la progression nécessaire de la courbe des caractéristiques : Dès qu'elles sont comprimées, la résistance croît brusquement – jusqu'à ce que la butée intégrée entre en action. Il aura fallu des douzaines d'essais de conception et de simulations de la rigidité avec la méthode des éléments finis avant de trouver le contour en caoutchouc adéquat. Les ingénieurs ont travaillé sur le projet pendant plusieurs semaines en proposant différentes solutions au client qui a pu apporter son expérience et enrichir le débat. Grâce à cette étroite collaboration, la compétence des deux partenaires a permis d'obtenir des produits d'une qualité exceptionnelle. « Nous avons apprécié la transparence de Angst+Pfister lors de cette phase de développement des composants. »

Les trois rainures de la butée assurent une progression extrême de la courbe de caractéristiques.


 

Tests et utilisation universelle

Lorsque la conception a été au point, Angst+Pfister a débuté la création des prototypes. Les dernières modifications ont pu être effectuées pour s'adapter au plus juste à cette progression si spéciale. Le prototype a dû passer différents tests. Il a été exposé à la chaleur pendant 14 jours dans un four à 70°C, les butées ont été soumises à un vieillissement artificiel et à un test de durée de vie de plusieurs centaines de milliers de cycles. La courbe caractéristique de rigidité a été analysée avant et après. Angst+Pfister a aussi simulé des tentatives d'arrachement. L’adhérisation entre le caoutchouc et le métal est censé tenir. Seul le caoutchouc peut se déchirer. Enfin, il a fallu tester la résistance électrique et la résistance à la corrosion du matériau revêtu. Après la réussite à tous les tests, les équipes ont pu déclarer le « Design Freeze » (gel de la conception) et donner le signal de départ de la production en série. Pour les composants de série, des contrôles par échantillonnage ont ensuite été effectués à nouveau avant la livraison.

« C'est en étroite coopération avec le client que nous avons pu développer ces butées universelles en caoutchouc-métal. Entre-temps, Siemens Mobility les a installées dans différents types de véhicules », conclut Michael Forrer. Cela signifie que la roue n'a plus besoin d'être réinventée pour chaque type de train, ce qui permet d'économiser des coûts de développement.

 


 

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published: 12 oct. 2020 à 09:16:00  by: Angst+Pfister Group