Gemeinschaftlicher Abschlussbericht (Teil I – IV) des Forschungsvorhabens „Angepasstes und optimiertes Wagenkastenkonzept für alternative Antriebssysteme bei Schienenfahrzeugen“ - AnoWaAS –

Abstract

Kurzfassung Es wird untersucht, wie ein Schienenfahrzeug Wagenkastenkonzept den Herausforderungen alternativer Antriebssysteme gerecht wird. Aktuelle Fahrzeuge mit alternativen Antrieben sind ausschließlich Anpassungskonstruktionen bestehender Fahrzeuge. Dies führt zu lokal emissionsfreien Fahrzeugen, welche eine schlechtere Energieeffizienz und somit Reichweite bzw. Wirtschaftlichkeit aufweisen, als es möglich ist. In AnoWaAS wurde eine Wagenkastenstruktur entwickelt, welche auf die Randbedingungen von alternativen Antrieben angepasst und hinsichtlich des Leichtbaus optimiert ist. Die Wagenkastenstruktur wurde aufgebrochen, um ausreichend Platz für die Antriebskomponenten bereitzustellen. Anschließend wurden Optimierungen verschiedener struktureller Anpassungen durchgeführt, um das Leichtbaupotential zu evaluieren. Das Vorzugskonzept wurde anschießend in ein Detail-Design überführt und Teilbereiche weiter optimiert und das finale Gesamtkonzept mit einem Festigkeitsnachweis validiert. Abschließend wurde ein Mock-Up aufgebaut, welches die wesentlichen Erkenntnisse veranschaulicht. Es zeigte sich, dass strukturell mittragende Anbauten das Leichtbaupotential erhöhen. Durch diese Anbauten ist ein homogenerer Kraftfluss möglich. Weiterhin sind kraftflussangepasste Fenster zu bevorzugen. Durch diese geometrischen Anpassungen werden großflächige gering belastete Bereiche erzeugt, welche durch leichtbauende Materialien (Sandwich) oder Bauweisen (Ausfräsungen) substituiert werden können. Die Gesamtstrukturmasse kann somit um über 20 % reduziert und die kritischen Spannungen v.a. in den Fensterecken beseitigt werden. Darüber hinaus zeigt sich das Rührreibschweißen (FSW) als vielversrechende Technologie großer leichtbauoptimierter Bauweisen. Das Forschungsprojekt AnoWaAS zeigt, dass unter frühzeitiger Berücksichtigung theoretischer Erkenntnisse Wagenkästen trotz alternativer Antriebe eine geringere Strukturmasse aufweisen als bisherige Wagenkästen.