The vehicle
Der Einsatz von Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) ist für Luft- und Raumfahrtanwendungen bereits seit etlichen Jahren Stand der Technik. Auch in der Automobilbranche gibt es Fahrzeuge, in denen CFK zum Einsatz kommt. Bei Schienenfahrzeugen war das vergleichsweise teure Material bisher nicht anzutreffen. Doch der zunehmende Wunsch nach Energieeffizienz führt auch in dieser Branche zu einem Umdenken. Schließlich senkt jede eingesparte Tonne an Fahrzeuggewicht nicht nur die Achslast und den Verschleiß der Schienenwege, sondern führt auch zu einer Energieeinsparung von 0,7 – 22kWh pro 100km.
Unter diesem Gesichtspunkt hat die Firma CG Rail GmbH im Rahmen des CETROVO-Projekts einen Metro-Zug entwickelt, welcher fast vollständig aus CFK-Komponenten besteht. Ein Prototyp wurde bereits gefertigt und auf der Verkehrsmesse InnoTrans im Jahr 2018 erstmalig ausgestellt.
The technology
Die wichtigsten Neuerungen des Zuges sind die Drehgestellrahmen, der Wagenkasten, die Frontkabine und die Unterflurverkleidung, welche alle aus CFK gefertigt sind. Hierbei kommen gleich mehrere neuartige Technologien zum Einsatz.
Die Drehgestellrahmen in CFK-Differentialbauweise bestehen aus zwei Längs- und zwei Querträgern. Als Fertigungstechnologie kommt automatisiertes Preforming mittels Flechten und Wickeln zum Einsatz. Das Ergebnis ist ein um 50% leichterer Drehgestellrahmen, dessen Lebensdauer von über 33 Jahren durch zyklische Tests nachgewiesen wurde.
Ein CFK-Anteil von 70% macht auch den Wagenkasten zu einem Leichtgewicht. Er ist 30% leichter als eine vergleichbare Aluminium-Bauweise. Erreicht werden kann dies durch eine Weiterentwicklung des Pultrusionsverfahrens. Dadurch können große CFK-Mehrkammer-Profile mit Wandstärken bis zu 25mm und verschiedenen Faserarten und Faserorientierungen in einem Stück gefertigt werden. Der Profillänge sind dabei nahezu keine Grenzen gesetzt.
The lightweight aspect
Für den gesamten Zug ergibt sich eine Gewichtsersparnis von 13% im Vergleich zu einer konventionellen metallischen Bauweise. Insgesamt wird der Metro-Zug dadurch 15% energieeffizienter.
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