Schienenfahrzeug-Leichtbaustrukturen aus Stahl

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Schienenfahrzeug-Leichtbaustrukturen aus Stahl

Haferkamp, H. / Bunte, J. / Cordini, P. / Bormann, A. / Block, B.

Mit diesem Forschungsvorhaben wurde untersucht, welche Potenziale der Einsatz der Lasertechnologie bietet, um die Konkurrenzfähigkeit von Schienenfahrzeugen in Differentialbauweise aus Stahl zu erhöhen. Dazu wurde eine lasergestützte Fügetechnik zur Herstellung von Seitenwandstrukturen aus nichtrostendem Stahl für Schienenfahrzeuge (Personenbeförderung) entwickelt. Die Strukturen sind in Differentialbauweise aufgebaut. Die Seitenwände bestehen aus Profilgerippen, auf die die Außenhautbleche aufgeschweißt werden. Im Gegensatz zum ähnlichen Omnibusaufbau erfüllt dabei die Außenhaut auch die Aufgabe der Lastaufnahme und trägt im Schubverband mit. Das konventionell eingesetzte Metallschutzgas- und Widerstandspunktschweißen führt besonders auf der sichtbaren Außenseite zu Verwerfungen und lokalen Oberflächeneindrücken, die nur durch aufwändige, personalintensive Richtarbeiten minimiert werden können. Durch den Einsatz des Laserstrahlschweißens wird der Bauteilverzug durch die systematische Anpassung der Nahtgeometrie (Entwicklung der Pendelnaht) unter Beibehaltung des erforderlichen Tragverhaltens deutlich reduziert. Die Festigkeit der angepassten Nahtgeometrien wurde in umfangreichen statischen und dynamischen Untersuchungen nachgewiesen. Zur Auslegung von laserstrahlgeschweißten Strukturen ist für die neue Nahtgeometrie ein dreidimensionales FEM-Makromodell (Finite-Elemente-Methode) entwickelt worden, das mit geringem Aufwand in bestehende Berechnungsprogramme integrierbar ist. Der von den Zulassungsbehörden geforderte rechnerische Festigkeitsnachweis ist damit durchführbar. Das Verfahren findet jetzt in der Serienfertigung Anwendung.