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Knorr-Bremse Group 43. Tagung „Moderne Schienenfahrzeuge“ – 05.04.2016 Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH Dr. J. Paddison Dr. G. Assmann C. Griebel Moderne Luftversorgungsanlagen für nordamerikanische Lokomotiven

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Knorr-Bremse Group

43. Tagung „Moderne Schienenfahrzeuge“ – 05.04.2016

Knorr-Bremse Systeme für Schienenfahrzeuge GmbH

Dr. J. Paddison

Dr. G. Assmann

C. Griebel

Moderne Luftversorgungsanlagen für nordamerikanisch e Lokomotiven

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� Vorstellung der Luftversorgung im AAR System

� Neuer Ansatz – Ölfreier Kompressor für den AAR Markt

� Neuentwicklung Trockner für AAR Markt

� Herausforderungen in Lokalisierung

Agenda

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Knorr-Bremse kann das komplette Bremssystem für Lok omotiven liefern

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� Steuereinheiten

� Träger System

� Bremssteuerventile

� ESRA Komponenten

� Sensoren

Bremssteuerung Drehgestell Luftversorgung

� Bremsscheibe- und belag

� Bremssattel

� Laufflächen Brems-einheit

� Schienenbremse

� Sandungssysteme

� Kompressoren� Lufttrockner- und

Filter� Kondensatsammel-

behälter

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UICAAR GOST China Indien

Weltweit werden unterschiedliche Luftversorgungstec hnologien eingesetzt

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Aufbau des AAR Luftversorgungssystems für Frachtlo komotiven

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M

Kompressor Hauptbehälter 1 Hauptbehälter 2Lufttrockner

� Meist ölgeschmierte Kolben-kompressoren

� Enthält verdichtete, feuchte Luft

� Sammelt Öl- und Wasserübertrag

� Üblicherweise Adsorbtions-trockner

� Enthält getrocknete, aufbereitete Druckluft

� „Saubere“ Druckluft für das Bremssystem� Versorgung weiterer pneumatischer Systeme einschließlich Scheibenwischer, Makrophon und Sandung

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Derzeitige Luftversorgungsanlagen nutzen ölgeschmiert e Kolbenkompressoren, deren Ölschmierung zahlreiche Probleme mit sich brin gt

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Ventile Rutschgefahr UmweltAbscheidungenKühler

�Innere Oberflächen verschmutzen, was die Effizienz vermindert.

�Äußere Oberflächen werden durch Ölpartikel verklebt

�Beides erhöht die Lufttemperatur und die Gefahr von Verkokung.

� Luftbremse:AbrasiveVerunreinigungen und Gummiverschleiß

� Lufttrockner:Ölverschmutztes Trocknungsmittel kann sich nicht regenerieren und wird zu Sondermüll

�Ölhaltiges Kondensat, das sich angesammelt hat und durch den „MR-Spitter“ (regelmäßige Entlüftung des Hauptluftbehälter) abgeschieden wird, führt zu Umwelt-verschmutzung und Rutschgefahr

� Ölhaltiges Kondensat wird in den Maschinenraum abgesondert und verursacht Rutsch- und Feuergefahr

� Dies bedeutet Verstöße gegen die FRA Loko-motiven Sicher-heitsstandards

� Verkokte Ventile verkürzen Wartungs-intervalle

� Koks-ablösungen verursachen abrasive Ver-schmutzungendes Luftstroms

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� Vorstellung der Luftversorgung im AAR System

� Neuer Ansatz – Ölfreier Kompressor für den AAR Markt

� Neuentwicklung Trockner für AAR Markt

� Herausforderungen in Lokalisierung

Agenda

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Basierend auf der Erfolgsgeschichte des VV-T in Eur opa wurde eine Neuentwicklung für den amerikanischen Markt gestartet

20

5.000

10.000

15.000

20.000

2015

12.000

4.900

18.000

2004 2010

Ölfreie Kompressoren im Feld

0

1000

2000

3000

4000

50 Hz Netzfrequenz 60 Hz Netzfrequenz

l/ min

VV40-TVV80-T VV90-T

VV120-T

VV180-T

VV270-T

VV450-T

Anwendungen :U-BahnenTram-

bahnen

Triebzüge und HGV

Lokomotiven

Angebotene Lieferleistungen

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Bei der Entwicklung des VV1000-T konnten viele Syne rgien mit dem bestehenden ölfreien Portfolio genutzt werden

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Grundlagen der Ventilkonstruktion

Kolben- / Zylinder System & Anordnung

Art des Massenausgleichs

bestehendes Portfolio ölfreier Kompressoren

VV1000-TNeuentwicklung für AAR Markt

Lagersystem

Kühler- / Lüfter System

Synergien in der Entwicklung

Direkt angeflanschter Motor

Entlastungseinrichtung

Variable Drehzahlen

Marktspezifische Neuentwicklungen

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Durch die extreme Größe des VV1000-T verbunden mit den hohen Lebensdaueranforderungen ergeben sich zusätzliche Her ausforderungen im Design

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Beispielhafte Darstellungen ausgewählter Herausford erungen in der Entwicklung des VV1000-T

TemperaturTemperatur TrockenlaufpaarungTrockenlaufpaarung LagerlebendauerLagerlebendauer

� 43 kW Leistung werden im wesentlichen in Wärme umgewandelt

� Nur Luft steht als Kühlmedium zur Verfügung

� Großer Temperaturbereich: Kaltstart (-50°C) bis Arbeitstemperatur (100°C)

� Hohe Dichtheit bei geringer Zylinderreibung, für gute Effizienz und Lebensdauer

� Verschiedene Ausdehnungsverhalten�Lagerspiele!

� Wenig Reibung bei Kaltstart� Kraftübertrag auf Lebensdauer

bei Arbeitstemperatur

Temperaturhaushalt wird optimiert durch Auslegung und Simulation der Komponenten

Temperaturhaushalt wird optimiert durch Auslegung und Simulation der Komponenten

� optimierte Kombination aus Materialien, Oberflächen, und Prozessen

� optimierte Kombination aus Materialien, Oberflächen, und Prozessen

� Fokus auf Entwicklung der Fette

� Fokus auf Entwicklung der Fette

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� Lieferleistung 2.700 - 5.600 l/min� Einsatztemperatur -40º bis +70°C� Gewicht 953 kg (mit Motor)� Maße [mm] 1372 x 1219 x 838� Max. Druck 10 bar� Kompression 2 stufig� Zylinder 3� Schalldruckpegel 78 dB(A) @ 4,6m

�� Entwickelt für das Schwerlast-Lokomotiv-Segment

� Entspricht dem AAR Einbauanforderungen

� 1:1 Ersatz für bestehende Produkte im Markt

� Erhöhte Effizienz

� Erhöhte Sicherheit

� Geringe Lebenszykluskosten durch hohe Verlässlichkeit und reduzierte Wartung

� Geringer Geräuschpegel

� Ölfrei

Leistungsdaten Eigenschaften

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Um den Sicherheitsanforderungen zu entsprechen, werd en Kompressoren bei Knorr-Bremse gründlich validiert

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� Brake discs and pads� Brake caliper units� Block brake units� Track brakes

Vibrationstests � Lebenszyklustests� Shock Tests� Resonanz-Frequenz-

Prüfung

Klimakammer� Tieftemperatur (-50°C)� Hochtemperatur (+65°C)� Material Prüfungen

Schallanalysen� Schallmessraum� Akustische Kamera� Messung Schalldruck und

Schallleistung

� FEM Simulation der Bauteile und Rahmen

� CFD Strömungsdynamik für Bauteile und Anlagen

Simulation & Berechnung

Feld Tests� Dauerlauf� Datenauswertung� Laufende Überwachung

Prüfstände� Typtests� Leistungsanalyse� Komponentenprüfung� Dauerversuche

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Eine Besondere Anforderungen im AAR System stellt d er Tunneltest

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TunneltestTunneltest

Simulation des Verhaltens in Tunneln

� Umgebungstemperaturen von 140°C

� Müssen 5 Minuten ausgehalten werden

� Zur Abbildung der Realität wird der Test in 150 Zyklen wiederholt

� Vor und nach dem Gesamttest wird die Lieferperformance verglichen

Simulation des Verhaltens in Tunneln

� Umgebungstemperaturen von 140°C

� Müssen 5 Minuten ausgehalten werden

� Zur Abbildung der Realität wird der Test in 150 Zyklen wiederholt

� Vor und nach dem Gesamttest wird die Lieferperformance verglichen

Ofen zur Wärmeerzeugung

Rohrleitungssystem zum Transport der Wärme

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Einbausituation des ölfreien Kolbenkompressoren

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Aufnahme nach mehrjährigem Feldeinsatz (inkl. Messtechnik)

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� Neuentwicklung Trockner für AAR

� Herausforderungen in Lokalisierung

Agenda

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� 3- Stufige Vorfiltration entfernt flüssiges Wasser und Öl

� Zwei Türme mit speziellen Trockenmittel trocknen gesättigte Luft

� Optimierte, bedarfsangepasste Regeneration

� Mindestens 70°F Drucktaupunktabsenkung

� 10 Jahre Hauptüberholungsinterval

� Gesamte Elektronik in einer im Feld austauschbaren Einheit

� Austauchbar mit Wettbewerbsprodukt

Passend zum ölfreien Kompressor wird eine neue Genera tion Lufttrockner enwickelt – der LD-1000

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Arbeitsdruckbereich 5,1 bar – 10,3 barArbeitstemperaturbereich (Umgebungstemperatur)

-40°C bis +50°C

Taupunktabsenkung 70°FHauptüberholungsinterval 10 JahreAbmaße (LxBxH) [mm] 574x333x486

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Bei der Entwicklung des Lufttrockners standen die B edürfnisse des Marktes im Vordergrund

3-stufige Vorfilterung WartungsfreundlichkeitBedarfsgerechte Regeneration

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� Verbesserte Luftqualität

� 10-Jahre Lebenszeit des Trockenmittels vs. 6 Jahre (IVergleichswert)

� Service kann auf dem Gleis in 15min gemacht werden

� Ventilblock als austauschbare Einheit gestaltet

� Optimaler Taupunkt bei allen Umgebungsbedingungen

� Reduzierung von Regenerationsverlusten => Energieeinsparung

� Erhöhte Standzeit aufgrund geringerer Schaltzyklen

Inlet / OutletTaupunkt

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Umrichter VV1000-T LD-1000

� Hochleistungslufttrockner� Ölfreier Kompressor(inkl. Standardmotor)

� Steuerung der Förderleistung

Entwicklung der Luftversorgung von Komponenten hin zu einem abgestimmten System

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� Neuentwicklung Trockner für AAR Markt

� Herausforderungen in Lokalisierung

Agenda

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Wesentlicher Erfolgsfaktor der Lokalisierung war de r interdisziplinäre Austausch der Teams zwischen Deutschland und den USA

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Wesentliche Eckpunkte des Projektes

� Start des Gesamtprojektes in 2005

� Entwicklung in München, Kollege aus den USA ist für 3 Jahre vor Ort (2006-2008)

� 2013 startet der Transfer of Technology (ToT): Die Entwicklungsergebnisse werden von Deutschland nach USA transferiert

� Im Juni 2014 sind Entwicklungs- und Produktionsverantwortung vollständig an NYAB (USA) übergeben.

� Serienproduktion für den VV1000-T startet in den USA im Juni 2014

� Heute werden die Kompressoren zu 100% in den USA montiert

� Zusätzlich wurden 8 Prüfstände für Dauerversuche aufgebaut

Arbeitsplatz nach KPS System in den USA &Serienprüfstand

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Fazit

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291

111

8121

2012 2013 2014 20152011

>300

2016

Kompressoren im Markt, inkl. Plan für 2016

Ölfreier Kompressor – VV1000-T Intelligenter Lufttrockner LD1000

� Stellt sicher, dass keine ölhaltigen Aerosole in das Bremssystem eindringen und verhindert die Reduzierung der Lebensdauer

� Signifikant ruhiger und leichter als die Konkurrenzprodukte

� Erweiterte Serviceintervalle bis zu 8 Jahre

� Effizienter durch variable Regeneration

� Stärkere Vorfiltration um Öldunst und Wasser zu entfernen

� Passend für Unterflureinbauten

� Lange Servicedauer und geringer Energieverbauch reduzieren die LCC

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Tel.: +49 89 3547-2340 E-Mail: [email protected]

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Moosacher Straße 80

D-80809 München

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