KMU-innovativ Optimierung von ‚Out-of-Autoclave‘-Prozessen zur Fertigung eines Leichtbaudrehgestells mit Hochleistungsverbundwerkstoffen (RTMBogie)

Problemstellung
Die ressourcenschonende und umweltverträgliche Gestaltung des Transportsektors lässt sich durch eine Stärkung des Schienengüterverkehrs erheblich vorantreiben. Durch innovative Fahrwerke können hierfür Fahrzeugmasse und Energiebedarf gesenkt werden. Eine geeignete Konstruktion verringert den Verschleiß an der Infrastruktur und die nicht zu unterschätzenden Geräuschemissionen. Zentraler Bestandteil eines Fahrwerks ist der flexible Drehgestellrahmen. Wird dieser flexibel gestaltet und aus Leichtbaumaterialien gefertigt, die zusätzliche Funktionen, wie z. B. die Federung, übernehmen, sodass keine weiteren Bauteile mehr notwendig sind, ergibt sich eine Gewichtsreduktion von etwa 500 kg oder 20 Prozentgegenüber aktuell eingesetzten Fahrwerken. Die Verwendung von Scheibenbremsen lassen zusammen mit dem Dämpfungsverhalten des Leichtbaumaterials eine Lärmreduktion von rund 10 dB(A) erwarten.

Projektziel
Ziel des KMU-innovativ Projektes RTMBogie ist die Fertigung des Prototyps eines flexiblen Drehgestellrahmens aus glasfaserverstärktem Kunststoff für ein innovatives Eisenbahnfahrwerk, das als Ecobogie bezeichnet wird. Im Fokus steht dabei die Skalierung und Optimierung des anspruchsvollen Fertigungsprozesses.

Vorgehensweise
In einem ersten Schritt soll das bereits vorliegende Drehgestellkonzept numerisch auf seine Eignung (Entgleisungssicherheit, Festigkeit, dynamisches Verhalten) untersucht und Schwachstellen identifiziert und behoben werden. Die Fertigung der Rahmenelemente wird in einem bauteilspezifischen Harzinjektionsverfahren (Resin Transfer Moulding, RTM) erfolgen. Ziel ist es dabei, die in Originalgröße hergestellten Bauteile – in der Vergangenheit sind bereits Miniaturdrehgestelle gefertigt worden – in einem einzigen Arbeitsgang direkt auf Endmaß zu fertigen. Neben der Handhabung der Verstärkungsfasern sind Lösungsansätze für optimierte Druck- und Temperatureinstellungen sowie die Formulierung des Matrixmaterials zu erarbeiten. Die Fertigungsparameter müssen dahingehend bestimmt werden, dass Härtungsrisse, Lufteinschlüsse oder unbenetzte Fasern vermieden werden und eine reproduzierbare Fertigungsqualität sichergestellt ist.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
RTMBogie ist der deutsche Projektteil des EUREKA-SMART-Projektes DynoForce. Aufbauend auf dem deutschen Ergebnis wird von den europäischen Partnern ein vollständiges Drehgestell entwickelt. Mit Prüfstandsuntersuchungen und Testfahrten soll anschließend die Erfüllung der Anforderungen des Schienenverkehrs nachgewiesen werden. Die weiterentwickelte Fertigungstechnologie steht Industrieerzeugnissen aller Art zur Verfügung, bspw. für Strukturbauteile in der Fahrzeugtechnik, der Energietechnik oder der Luft- und Raumfahrt.

• NOVACOM Verstärkte Kunststoffe GmbH
• RWTH Aachen