Konzeptionelle Entwicklung eines lastflussgerechten und flexiblen Zentralträgers eines Güterwagens

Kurzfassung

Die vorliegende Masterthesis befasst sich mit der Entwicklung eines multifunktionalen und modularen Zentralträgers für den Schienengüterverkehr anhand des Güterwagensystems m2 im Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Dieses Güterwagensystem ist in Kooperation zwischen der Vereinigte Tanklader und Transportmittel GmbH (VTG), der Deutschen Bahn (DB) Cargo AG und dem DLR entstanden und ist Basis für die Weiterentwicklung und Neuauslegung. Ziel dieser Masterthesis ist es, einen Zentralträger zum bestehenden Tragwagen zu entwickeln, der innovative Ansätze verfolgt und mit einem modularen Konzept Flexibilität in der Gestaltung der Länge ermöglicht, sowie durch eine lastflussgerechte Auslegung ein geringes Gewicht sicherstellt. Dies soll unter Einhaltung der Richtlinien nach der deutschen Norm DIN EN 12663-2 für Festigkeitsanforderungen an Wagenkästen von Schienenfahrzeugen, welche durch das Deutsche Institut für Normung e. V. vorgegeben sind, geschehen. Insbesondere bezieht sich das auf die vorgegebenen statischen Lastfälle, die maximal zulässige Durchbiegung, das Gewährleisten keiner plastischen Verformung und den maximal zulässigen Spannungen in der Tragstruktur. Die Auslegung wird mit Hilfe der Simulationssoftware HyperMesh realisiert, womit der Abgleich zur Tragstruktur m2 und das Nachbilden von Verhaltensweißen und Reaktionen unter Beanspruchung nachvollzogen werden können. Durch die Anwendung von Strukturoptimierungsverfahren mit OptiStruct wird das Verhalten des Gesamtsystems im Hinblick auf verschiedene Ladeschemen und die Belastungsfälle nach DIN EN 12663-2 untersucht. Aufbauend auf diesen Berechnungen und Ergebnissen werden Konzepte erstellt, die miteinander verglichen und durch Anwendung einer Nutzwertanalyse nach VDI 2225 bewertet werden. Abgrenzend zur Serienentwicklung von Tragstrukturen für den Schienengüterverkehr unterliegt die Entwicklung eines innovativen und leichtbaugerechten Konzeptes keinen Einschränkungen hinsichtlich der Kosten und der Verfügbarkeit von Rohstoffen für das Erzeugen oder Fertigen von Leichtbaumaterialien und Leichtbaustrukturen im Produktentwicklungsprozess. Unter der Prämisse der Begrenzung des Bauraums auf den Bereich zwischen den beiden Fahrwerkmodulen findet die Entwicklung und Optimierung lediglich innerhalb dieser Grenzen statt. Zudem werden keine dynamischen oder nichtlinearen Analysen durchgeführt, sodass die Untersuchungen und die Auslegung auf einer linearen Analyse unter rein statischen Lasten und Lagerungen beruht.