Fahrdynamische Analyse und Optimierung eines neuartigen Leichtbaudrehgestells für Güterwagen

In der vorliegenden Arbeit wird eine innovative Drehgestellkonstruktion für Güterwagen zweier britischer Ingenieure behandelt, welche als Besonderheit einen Drehgestellrahmen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) aufweist. Dieser Rahmen ist nachgiebig gestaltet, um die Federungsfunktion zu übernehmen. Aufgrund der Materialdämpfung soll weitgehend auf Dämpferelemente verzichtet werden. Eine signifikante Gewichtersparnis ist zu erwarten. Die Arbeit behandelt drei zentrale Forschungsfragen: 1. Welche Maßnahmen zur Ertüchtigung sind erforderlich, um die zentralen normativen fahrtechnischen Anforderungen zu erfüllen? 2. Kann sichergestellt werden, dass diese Anforderungen über einen weiten Parameterbereich, aufgrund verschiedenster technischer Toleranzen und betrieblicher Umstände, eingehalten bleiben? 3. Ist die Konstruktion geeignet, um gegenüber dem Stand der Technik einen technischen und wirtschaftlichen Mehrwert für den Schienengüterverkehr zu bieten? Zur Beantwortung dieser Fragen wurde ein Mehrkörpermodell eines Güterwagens, ausgestattet mit zwei der zu untersuchenden Drehgestelle, erstellt. Grundlage dafür waren Konstruktionszeichnungen, Berechnungen und Bauteilversuche. Mithilfe dieses Modells konnte ein umfassendes Verständnis über die Dynamik des Wagens gewonnen werden. In weiterer Folge konnten geeignete Maßnahmen zur Behebung fahrtechnischer Schwächen abgeleitet werden. Um sicherzustellen, dass das erzielte Fahrverhalten bei verschiedensten betrieblichen Szenarien erhalten bleibt, wurde der Einfluss einer Vielzahl von Störgrößen ermittelt. Dies erlaubt darüber hinaus die Identifikation sensitiver Parameter des Fahrzeugmodells sowie die Abschätzung des Einflusses weiterer Modifizierungen und Optimierungen im Zuge der Weiterentwicklung. Abschließend wurde untersucht, ob das Fahrwerk einen Mehrwert für den Schienengüterverkehr darstellt. Hierzu wurden übliche Betriebspunkte ermittelt und das Verschleißverhalten sowie weitere Eigenschaften mit der im Markt dominanten Bauart Y25 verglichen. Die durchgeführten Untersuchungen bescheinigen der innovativen Drehgestellkonstruktion ein hohes Potential. Nach geeigneten Schritten zur fahrtechnischen Ertüchtigung zeigt das Fahrwerk ein anforderungsgerechtes Verhalten, sowohl auf gerader Strecke als auch im Bogen. Ebenso sind Betriebsszenarien vorhanden, bei denen die erwarteten Mehrkosten der Fertigung innerhalb der üblichen Lebensdauer eingespart werden können. So kann insgesamt ein Kostenvorteil für Betreiber erzielt werden.