Schlussbericht INTEGRAL - Integratives Leichtbaudach für Schienenfahrzeuge; Teilvorhaben: Technologieentwicklung, Test

Abstract

Stand der Wissenschaft und Technik: Konventionelle Dachstrukturen im Schienenfahrzeugbau bestehen aus Stahl- oder Aluminiumträgern. Die Dachabdeckung bildet eine versteifte Schale in Stringer- oder Sandwichbauweise, die mit der metallischen Tragstruktur verschweißt oder dicht verklebt ist. Die hohe Teilevielfalt der Einzelkomponenten führt zu einem großen Montageaufwand und zu einer hohen Masse, was sich insbesondere bei Nahverkehrszügen und Straßenbahnen durch die häufige Beschleunigung des Fahrzeuges negativ auf den Energieverbrauch auswirkt. Darüber hinaus wachsen die Anforderungen hinsichtlich der Verringerung des Wartungsaufwandes, zur Steigerung der Transportkapazität sowie zur Erhöhung der Reichweite von netzunabhängigen Fahrzeugen. Zielsetzung: Das Verbundvorhaben hatte als Hauptziel die Entwicklung von wettbewerbsfähigen Schienenfahrzeugdächern in Faserkunststoffverbundbauweise mit spezifischen Merkmalen im Vergleich zu herkömmlichen metallischen Dachstrukturen. Dabei sollten 40 % Gewichtseinsparung bei gleichbleibenden Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften erreicht werden. Eine kompakte und funktionsintegrierte Bauweise des Faserkunststoffverbundes mit einem um 70 % geringeren Montageaufwand wurde angestrebt. Ergebnisse: Es wurde ein integrativer Metalleinleger für Faserkunststoffverbund-Leichtbauweisen, speziell für ein Schienenfahrzeugdach entwickelt. Dieser Metalleinleger wird in einem speziellen Verfahren in die Faserkunststoffverbundstruktur (FKV- Struktur) des Daches eingebettet. Es wurden mehrere FE-Analysen und Belastungstests durchgeführt, ein Montageablauf für die Metalleinleger in die FKV-Struktur entwickelt sowie ein Folgeverbundwerkzeug für die Produktion der Einzelteile des Metalleinlegers konstruiert.

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State of the art in science and technology: Conventional roof structures in rail vehicle construction consist of steel or aluminium girders. The roof cover forms a stiffened shell in stringer or sandwich construction, which is welded to the metallic supporting structure or tightly glued. The high variety of parts of the individual components leads to a great deal of assembly effort and a high mass, which has a negative effect on energy consumption, especially in local trains and trams, due to the frequent acceleration of the vehicle. In addition, the requirements for reducing maintenance costs, increasing transport capacity and increasing the range of off-grid vehicles are growing. Objective: The main objective of the joint project was to develop competitive rail vehicleroofs in fibre plastic composite construction with specific characteristics compared to conventional metallic roofstructures. The aim was to achieve 40 % weight savings while maintaining the same strength and stiffnessproperties. The aim was to achieve a compact and functionally integrated design of the fibre-reinforced plastic composite with a 70% reduction in assembly costs. Results: An integrative metal insert for fibre plastic composite lightweight construction methods has been specially developed for a rail vehicle roof. This metal insert is embedded in the fibre plastic composite structure (FRP structure) of the roof in a special process. Several FE analyses and load tests were carried out, an assembly process for the metal inserts in the FRP structure was developed and a progressive tool was designed for the production of the individual parts of the metal insert