Masseoptimierte Wagenkastenbauweise für einen Hochgeschwindigkeitszug

Abstract

Im Rahmen des Next Generation Train Projektes wurde eine neuartige Wagenkastenbauweise entwickelt, die auf einer methodischen Vorgehensweise basiert. Der Wagenkasten ist in Segmente unterteilt und besteht aus Türmodulen an den Enden, anschließenden Fahrwerksmodulen und einem dazwischen liegenden Fahrgastmodul. Zur Erzielung einer kraftflussgerechten und somit leichten Wagenkastenstruktur wird das Verfahren der Topologieoptimierung angewandt. Dies führt zu einer Tragstruktur, welche die idealen Lastpfade unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen abbildet. Daraus ergeben sich Gestaltungsansätze und Informationen für die konstruktive Umsetzung. Aufgrund der Lastverteilungen im Wagenkasten wird im mittleren Bereich eine faserverbundintensive Bauweise eingesetzt. Folglich der großen Lasten und deren diskreten Einleitungen werden die Fahrwerksmodule als kraftflussangepasste Aluminium-Gerippestrukturen mit tragender Sandwich-Beplankung ausgeführt. Die Ge-rippestruktur besteht aus Blechen, (Strangpress-) Profilen und Knotenelementen, die mit Schweißverbindungen gefügt sind. Deren Dimensionierung erfolgt mittels Wand-stärkenoptimierung. Eventuell notwendige konstruktive Adaptionen für eine homogene Spannungsverteilung werden in einem iterativen Prozess mit der Wandstärkenoptimierung durchgeführt. Der Einsatz der entwickelten methodischen Vorgehensweise führt zu einer Masseeinsparung von 30% gegenüber einem vergleichbaren doppelstöckigen Wagenkasten in der Aluminium-Integral-Bauweise. Abschließend wurde das gewünschte Verhalten des Fahrwerksmoduls nachgewiesen, indem ein Teilabschnitt als Demonstrator gebaut und getestet wurde.