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Das Team um Christian Karner (li.) und Radovan Seifried (mi.) vom Grazer Siemens Weltkompetenzzentrum für Fahrwerke und Christian Moser (re.) von der TU Graz ist von Siemens als „Erfinder des Jahres“ ausgezeichnet worden.

Wenn Waggons weniger wiegen

07.06.2017

Leichtbau. Ein Grazer Forscherteam erzielte drastische Gewichtseinsparung bei der Konstruktion von Fahrwerksrahmen für Züge. 2016 gab’s dafür die Auszeichnung „Erfinder des Jahres“.

Radikale Neuansätze sind in der Entwicklung von Schienenfahrzeugen extrem selten. Nun hat ein Team von Siemens und der Technischen Universität Graz einen Fahrwerksrahmen für Personenzüge entwickelt, der statt 1,5 Tonnen nur noch 845 Kilogramm wiegt. Das verringert den Energieverbrauch der Züge und den Verschleiß.

Der Fahrwerksrahmen trägt das gesamte Gewicht des Wagenkastens und gibt die Kraft von den Rädern auf den Zug weiter. Die Gewichtseinsparung für diese massive, geschweißte Stahlkonstruktion ist aber nicht über den Einsatz leichterer Materialen wie etwa Karbon oder Aluminium erzielt worden. „Diese Materialien sind zwar leicht, aber absolut nicht bahntauglich", erklärte Christian Moser vom Institut für Maschinenelemente und Entwicklungsmethodik der TU Graz gegenüber der APA. Aluminiumteile seien im Fahrwerksbereich weitgehend eliminiert worden, weil sie im Betrieb „einfach zerstört“ wurden. Karbonteile wiederum hätten den großen Nachteil, dass sie bei Beschädigungen an der Oberfläche Wasser aufsaugen und so die Struktur beschädigen.

Hochfester voest-Stahl

Umgeschaut hat man sich daher bei Stahlsorten mit einer höheren Festigkeit - eine Maßzahl für die maximale Beanspruchbarkeit von Werkstoffen durch mechanische Belastungen. Fündig wurden die Forscher schließlich beim Voestalpine-Stahl S700, der eine Festigkeit von 700 Megapascal aufweist. Damit habe man die bisherige Lehrmeinung über den Haufen geworfen, so Moser: „In den Lehrbüchern steht, dass der bisher verwendete Stahl - S355 - die höchsten Festigkeitseigenschaften hat. Dort haben wir angesetzt: Welche Schweißnähte können wir verwenden und welche nicht?“

Mit der neuen Stahlsorte kamen neue Möglichkeiten für die Verschweißung und die gesamte Konstruktion des Fahrwerkrahmens. Nun konnten besondere Schweißnahtarten angewendet werden, die die einzelnen Teile der Konstruktion so fest verbinden, dass sie das Ruckeln beim Bremsen und Anfahren des Zuges über viele Jahre hinweg aushalten. Das neue Fahrwerk sieht nun „luftiger“ aus als die bisherigen und weist auch geringere Wandstärken auf, was in Summe die Gewichtseinsparung ergibt.

Gleise werden geschont

Die leichtere, weichere Konstruktion biete neben der Energieeinsparung einige Vorteile, erklärt Christian Moser: „Mit diesem Rahmen kann man auch auf sehr schlechten Strecken fahren. Er ist wesentlich gleisschonender. Und wenn ich pro Waggoneinheit eine Tonne spare, dann kann ich auch mehr Leute reinnehmen.“ Die Testphase für die Rahmen, die auch Erschütterungen bei mehr als 200 Kilometern pro Stunde standhalten müssen, soll Mitte demnächst abgeschlossen sein. Namhafte Unternehmen auf dem Bahnsektor haben bereits Interesse angemeldet. 

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