INTEGRAL - Integratives Leichtbaudach für Schienenfahrzeuge im Rahmen des Fachprogramms "Neue Fahrzeug- und Systemtechnologien"

Abstract

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. 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. Ein prototypisches Leichtbaudach aus Faserkunststoffverbund wurde entwickelt, um die Ergebnisse des Projekts zu demonstrieren. Besonderes Augenmerk lag dabei auf Dachstrukturen für Niederflurstraßenbahnen, da sie das größte Potential für integrative Leichtbaulösungen boten. Die Innovation dieses Projekts lag in der ganzheitlichen Betrachtung von der Entwicklung der Leichtbauweisen bis hin zur Technologieentwicklung für ein angepasstes, wirtschaftliches Fertigungsverfahren. Mit Hilfe eines dafür entwickelten Prüfstandes wurden die maximalen Lasten bis zum provozierten Versagen der Struktur sowie die Versagensform ermittelt und untersucht.

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Conventional roof structures in rail vehicle construction consist of steel or aluminium beams. The roof cover forms a stiffened shell in stringer or sandwich construction, which is welded or tightly bonded to the metal support structure. The large number of parts in the individual components leads to a great deal of assembly work and a high mass, which has a negative impact on energy consumption, particularly in local trains and trams due to the frequent acceleration of the vehicle. The main objective of the joint project was to develop competitive rail vehicle roofs in fibre-reinforced plastic composite construction with specific features compared to conventional metal roof structures. The aim was to achieve a 40% weight saving while maintaining the same strength and rigidity properties. The aim was to achieve a compact and functionally integrated design of the fibre-reinforced plastic composite with 70% less assembly work. A prototype lightweight roof made of fibre-reinforced plastic composite was developed to demonstrate the results of the project. Particular attention was paid to roof structures for low-floor trams, as they offered the greatest potential for integrative lightweight construction solutions. The innovation of this project lay in the holistic approach from the development of lightweight construction methods to the development of technology for an adapted, economical manufacturing process. With the help of a test rig developed for this purpose, the maximum loads up to the provoked failure of the structure and the failure mode were determined and analysed.