Faserkunststoffverbund-Leichtbau für Schienenfahrzeuge Fiber Composites Lightweight Design for Railway Vehicles

Abstract

Das DLR-Projekt Next Generation Train Wie kann der Bahnverkehr noch sicherer, effizienter und umweltfreundlicher werden? Wie sehen die Züge von Morgen aus? Dies untersuchen seit 2006 Wissenschaftler aus elf DLR-Instituten im Grundlagenforschungsprojekt Next Generation Train (NGT). Motiviert durch steigende Energiekosten, die zunehmende Bedeutung von Lebenszyklus- gegenüber Anschaffungskosten, hohe Sicherheitsanforderungen, Konkurrenz zu anderen Verkehrsträgern und gestiegene Komfortansprüche sind wesentliche Ziele die Erhöhung der Höchstgeschwindigkeit um 25 % bei Einhaltung bestehender Sicherheitsstandards, die Halbierung des spez. Energieverbrauchs, die Reduzierung der Schallemissionen und die Steigerung des Reisekomforts. Das NGT-Projekt bündelt die DLR-Kompetenzen im Schienenfahrzeugbau mit Fokus auf dem Fahrzeug. Angrenzende Aspekte werden einbezogen, die Themen von Konzeption und Werkstoffqualifizierung über Auslegung, Konstruktion und Simulation bis hin zu Verifikation anhand produktnaher Bauteile ganzheitlich bearbeitet und Synergie-Potenziale zwischen den Partnern genutzt. Die gewonnenen Erkenntnisse werden in Industrieprojekten in neue Anwendungen gebracht. Faserkunststoffverbund-Leichtbau für den Next Generation Train Im NGT-Projekt werden u. a. Leichtbaustrategien für den Wagenkasten, die Crash belasteten Triebzugnasen sowie die Innenausstattung entwickelt. Sie helfen bei der Einhaltung der maximalen Radsatzlast, bei Energieeinsparungen sowie beim Beschleunigen und Bremsen und verringern so Emissionen und Umweltbelastungen. Dabei spielt der Leichtbau mit Faserkunststoffverbunden (FKV) eine wichtige Rolle. Hierzu bringt das Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik seine Expertise aus Luft- und Raumfahrt- sowie Verkehrsprojekten ein. Für den NGT wurden ein modulares Leichtbau-Wagenkastenkonzept, eine FKV-Sandwich-Bauweise mit geeigneter Fügetechnik sowie eine FKV-Primärfeder für das Einzelradfahrwerk mit integrierter Aktorik zur aktiven Schwingungsbeeinflussung entwickelt. Faserkunststoffverbund-Leichtbau – Konkrete Gewichtseinsparung und Kosten Darüber hinaus hat das Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik mit dem Institut für Fahrzeugkonzepte die Chancen, Risiken und Kosten beim Einsatz von FKV-Leichtbau-Technologien im Schienenfahrzeugbau in einer Projektstudie im Auftrag des CFK Valley e. V. zusammen mit der Deutschen Bahn AG, dem Verband der Bahnindustrie in Deutschland und weiteren Industriepartnern untersucht. Beweggründe waren wie oben bereits geschildert verschärfte Umweltanforderungen sowie die erforderliche Kompensation von Mehrgewichten infolge gestiegener Sicherheits- und Komfortanforderungen bei begrenzten zulässigen Achslasten. Leichtbaupotenzial und Kosten von FKV-Schienenfahrzeug-Technologien wurden in einer detaillierten Kosten- und Gewichtsermittlung für ein konkretes Beispielbauteil im Vergleich zu einer metallischen Referenzstruktur analysiert mit dem Ergebnis, dass das Gewicht eines ICx-Mittelwagen-Dachsegmentes durch eine FKV-Sandwich-Bauweise bei moderaten Mehrkosten signifikant reduziert werden kann.