Topologie-Optimierung und Konstruktion eines innovativen Fahrwerkrahmens für ein kleines, leichtes Schienenfahrzeug

Abstract

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt hat mit dem Next-Generation-Train TAXI ein Projekt ins Leben gerufen, um mit einem kleinen, leichten Schienenfahrzeug den ländlichen Raum wirtschaftlich erfolgreich zu erschließen. Dabei soll das Schienenfahrzeug möglichst effizient sein, um eine moderne und nachhaltige Lösung für diese Problemstellung bieten zu können. Ziel dieser Arbeit ist es daher, ein völlig neues Fahrwerksrahmenkonzept zu entwickeln um dabei das Drehgestell hinsichtlich seiner Masse und Steifigkeit zu optimieren und diese Ergebnisse im nächsten Schritt in einer Konzeptkonstruktion umzusetzen. Dazu werden zunächst moderne Bauweisen und Drehgestelle aufgezeigt. Anschließend folgt mit Hilfe einer Entscheidungsmatrix die Auswahl der optimalen Bauweise. Mit den Informationen aus der Entscheidungsmatrix wurde daraufhin ein geeignetes Material ermittelt. Die Optimierungen wurden durch rechnergestützte Verfahren erarbeitet, ein wichtiger Bestandteil dieser Arbeit waren daher das Softwaretool HyperMesh und der Solver OptiStruct. Für die Umsetzung des Drehgestells lagen zunächst zwei Konzepte vor, daher mussten analog zwei Optimierungen durchgeführt werden. Die Ergebnisse wurden anschließend miteinander verglichen und anhand des Leichtbaupotenzials im Gesamtkonzept bewertet. Für den Fahrwerksrahmen mit dem höheren Leichtbaupotenzial wurde anschließend ein konstruktives Konzept erarbeitet. Hierbei müssen die komplexen Strukturen aus den Optimierungen in eine herstellbare Konstruktion überführt werden. Die Konzeptkonstruktion wurde mit Catia V5 durchgeführt. Diese Konzeptkonstruktion kann im weiteren Verlauf hinsichtlich seiner Wandstärken optimiert werden und an neue konstruktive Änderungen des Drehgestells angepasst werden. Zusätzlich werden sich zukünftige Arbeiten mit der Detailkonstruktion des Fahrwerkrahmens und dessen Erprobung unter realen Bedingungen beschäftigen.