Lichtgewicht Hyperloopcapsule op snelheid dankzij aluminium freesdelen

Het schaalmodel van de Hyperloopcapsule dat de studenten van de TU Delft  op de Space X testtrack in de Verenigde Staten gaan testen, bevat heel wat frees- en draaidelen. Deels hebben de studenten deze ingekocht bij toeleveranciers, deels hebben ze deze zelf verspaand. Met gereedschappen van het Nederlandse premium merk Phantom. De keuze voor Phantom heeft de studenten flink wat verspaningstijd bespaard dankzij de productiviteit die met deze gereedschappen gehaald kan worden.

Als het aan Elon Musk, de drijvende kracht achter Tesla, ligt, zweven we straks in een capsule door een luchtledige buis in een mum van tijd over honderden, duizenden kilometers. Zijn Hyperloop moet reizen comfortabel, snel en vooral duurzaam maken. Reizen op deze manier vergt amper elektriciteit. “Even een zetje is voor onze capsule al voldoende. En de energie die dat kost, winnen we bijna volledig terug bij het afremmen”, zegt Mars Geuze. De student Natuurkunde aan de TU Delft is één van de inmiddels 30 studenten van de Nederlandse universiteit die bijna dagelijks aan hun concept van de Hyperloop werken. Niet zonder succes: het team van de TU Delft heeft in de designcompetitie beslag weten te leggen op de tweede plek, achter het team van MIT in Boston. Eerdaags gaat het team de zelf gebouwde capsule – (schaal 1:2) in de VS testen.

Infrastructuur goedkoper
De Delftse studenten pakken enkele zaken wezenlijk anders aan dan de Amerikanen. Ze hebben bijvoorbeeld een volledig passief systeem ontwikkeld, zodat er minimale regelsystemen noodzakelijk zijn. Ook weegt hun capsule voor 8 personen liefst 100 kilo minder dan de capsule van het MIT voor slechts 1 persoon: 150 kilo voor de Nederlandse oplossing versus 250 kilo voor die van het MIT. Dat heeft een grotere impact dan je op het eerste gezicht zou denken. Mars Geuze: “Het lagere gewicht scheelt tientallen procenten in de aanlegkosten van de infrastructuur voor de Hyperloop, doordat de buis en de pilaren lichter uitgevoerd kunnen worden.” Het team heeft zich vooral laten leiden door de total cost of ownership – de lange termijn dus – en niet door een eventuele kostenbesparing op korte termijn door goedkopere materialen voor de capsule te kiezen. De gewichtsbesparing komt namelijk deels doordat de capsule gemaakt is van koolstofvezels, die versterkt is op plaatsen waar er krachten op komen. De capsule is 4,5 meter lang, 1 meter hoog en weegt slechts 149 kilogram en kan op het 1,5 kilometer lange testtraject een snelheid van 400 km per uur halen; de uiteindelijke snelheid zal 1200 km/uur bedragen. Om de capsule op koers te houden, hebben de TU-studenten een slimme lichtgewicht ophanging ontwikkeld die ofwel op rek ofwel op druk belast wordt. “Doordat we de krachten anders inleiden, wordt de ophanging nooit belast door doorbuiging. Dat bespaart veel massa.”

Ophanging uit frees- en gietdelen
Veel van de onderdelen van de ophanging, net als de brackets en de beugels waarin de permanente magneten worden bevestigd, zijn aluminium giet- en freesdelen. Het Nederlandse Hyperloopteam heeft een groot aantal componenten zelf verspaand in de Dreamhall op de campus, de hal waar alle studententeams van de universiteit aan hun projecten werken. Tammo Schwietert, één van de studenten die veel aan de freesmachine hebben gestaan, zegt: “Onderdelen waarvoor 5-assig frezen voordelen bood, bijvoorbeeld doordat we onderdelen konden combineren in één werkstuk, hebben we uitbesteed. Draaiwerk en het 3-assig freeswerk hebben we zelf gemaakt op de machines van de universiteit.” Een voorbeeld hiervan zijn de vier beugels waarin de magneten worden bevestigd. Ook kleinere onderdelen voor de remmen hebben Mars en Tammo zelf gefreesd. Veel onderdelen voor de ophanging zijn verspaand uit aluminium 7075 T6, een legering die heel sterk is en zich goed laat verspanen. Deze onderdelen zijn allemaal verspaand met gereedschappen van Phantom. Mars: “We wisten dat het Formula studentteam van de elektrische raceauto een Phantomfrees gebruikt heeft. Daarmee konden ze heel snel hun onderdelen frezen. Zo zijn we in contact gekomen met Phantom.”

Een van de onderdelen die uit aluminium zijn gefreesd, zijn de beugels waarin de magneten worden bevestigd

Cyclustijd besparen
Uiteindelijk heeft Phantom het Hyperloopteam voorzien van meer dan 25 verschillende gereedschappen, variërend van Weldon freeshouders voor SK40 opname met HSS frezen, een startset draaibeitels, de Phantom NG-VHM Torusfrees tot en met centreer-  en tapboren, ontbraamtools en een mantelfrees met de APHT 1604 wisselplaten. “Vooral de mantelfrees heeft ons veel werk bespaard”, aldus Tammo. “Als je daarmee freest, voel je de warmte in de spanen gaan, terwijl de frees en het materiaal bijna niet warm worden. Dat gereedschap verspaant echt veel sneller.” Daardoor hebben de studenten uren productiewerk in de Dreamhall kunnen besparen, wat af en toe belangrijk is omdat de studenten van alle projecten bij de TU Delft de machines met elkaar delen. “Als we echt nauwkeurige delen moeten verspanen op de meest nauwkeurige machine, moet je voor acht uur hier zijn. Anders is de machine bezet”, lacht Tammo. Door de samenwerking met Phantom hebben de studenten voor de productie van de frees- en draaidelen voor hun prototype optimale gereedschappen kunnen gebruiken. “We hadden nu de gereedschappen die we echt wilden en waarmee we snel en nauwkeurig konden bewerken”, voegt Mars er aan toe. Zeker in de prototypefase is dat belangrijk, omdat het team hierdoor snel onderdelen kon maken als er op het laatste moment nog designwijzigingen waren.

Design en maakbaarheid
Het prototype van de capsule uit Delft is gereed. Minister Kamp (Economische Zaken) heeft dit onlangs onthuld. Zodra Space X in Hawthorne in California de testtrack van anderhalve kilometer lengte gereed heeft, vertrekt het team uit Delft met het prototype naar de woestijn in California. Hun capsule versnelt met 2,5G en zweeft na 5 seconden op de maximale snelheid van 400 km / uur door de buis. Bij het afremmen komen weer onderdelen gefreesd met de Phantom gereedschappen in actie. Hoe dichter deze aluminium beugels met mageneten bij de track komen, des te harder wordt geremd. “In theorie kunnen we afremmen met 2G, maar dat is voor de passagiers niet aangenaam. Daarom zetten we in op 1 G”, verduidelijkt Mars. Hij en de andere studenten staan te popelen om het Nederlandse prototype in California te gaan testen. Ondertussen beraden ze zich ook al over een vervolg, ongeacht of ze de Space X competitie winnen of niet. “We hebben aangetoond dat een Hyperloop technologisch kan. Ten opzichte van een hoge snelheidstrein vergt de Hyperloop minder dan de helft aan investeringen.” Dat de Hyperloop de komende decennia ooit ergens realiteit gaat worden, lijdt voor de studenten dan ook amper nog twijfel. Tot nog toe heeft het de studenten vooral veel eer en praktijkkennis opgeleverd. Mars: “We kunnen wel iets designen op basis van onze studies in Delft, maar het moet ook maakbaar zijn. Dat hebben we tijdens het verspanen zelf ontdekt.”