27. AUGUST 2016

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Die Zukunft steht uns unmittelbar bevor


Future/Leichtbau

Wir haben die Zukunft gesehen, die Zukunft im Schienenfahrzeugbau – zum Greifen nah auf der Bahnmesse Innotrans: Für die Branche der Bänder, Bleche, Rohre und Profile haben wir genau hingesehen, was da auf Schienenwegen in die Zukunft unterwegs ist.
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Die Zukunft gab es schon zu sehen, zumindest die Zukunft von Hochgeschwindigkeitsszügen und anderen Schienenfahrzeugen: auf der Innotrans – allerdings nicht fertig montiert und funktionsfähig auf die Schiene gesetzt, sondern noch in Einzelteilen und Komponenten, als Bänder, Bleche, Rohre, Profile und viele innovative Baugruppen aus Stahl, Leichtmetall, Hybridmaterial und Kunststoff. Mit Fantasie und Visionen konnte man sich dort die einzelnen Puzzle-Stücke zu einem hochinteressanten Gesamtbild zusammenfügen, was 2035 in Hightech mit High-Speed und hocheffizient auf den Schienen der Welt stehen wird. Und was auch die Welt der Zulieferer von Bändern, Blechen, Rohren und Profilen für den Schienenfahrzeugbau und die Bahntechnik verändern wird.

Sicher ist jedenfalls: Die ebenerdige Hochgeschwindigkeit auf den Gleisen hat Zukunft, der Trend geht zum ›Fliegen auf Rädern‹. Wer Zulieferer ist, werden oder bleiben will, muss sich rechtzeitig darauf einstellen.

Fangen wir mit dem Kopf an, genauer mit der strömungsgünstigen Nase der Schienenfahrzeuge, besonders der Hochgeschwindigkeitszüge (HGZ). Alle möglichen Formen wurden schon auf ihr Strömungsverhalten untersucht. Stellt man ästhetische Ansprüche und PR-Effekte zurück und die reine Zweckmäßigkeit in den Vordergrund, dürfte der spanische Hochgeschwindigkeitszug ›Talgo Avril‹ dem Optimum ziemlich nahe kommen: eine relativ kurze Nase, die den Großteil der verdrängten Luft nach oben leitet und wenig Baulänge verbraucht.

Natürlich sind im Schienenfahrzeugbau optimale Wirtschaftlichkeit und minimaler Energieverbrauch gefordert, und das setzt Leichtbau voraus. Mit gravierenden Auswirkungen auf die Branche der Bänder, Bleche, Rohre und Profile. So wurde die Euroblech 2012 konzeptionell um ›die Verarbeitung von hybriden Strukturen aus Blech/Kunststoff‹ erweitert.

Noch gibt es kein Produktionsverfahren, mit dem faserverstärkte Kunststoff-Bauteile so wirtschaftlich in Großserie hergestellt werden können, dass sie gegenüber Stahl und Alu konkurrieren könnten. Aber erste Schritte sind getan: In einem Tochterwerk von BMW, der SGL Automotive Carbon Fibers GmbH in Wackersdorf, produziert man ›CFK-Gelege‹ (geflochten und gewickelte Fasergewebe), die im BMW-Werk Landshut dann zu Leichtbau-CFK-Bauteilen verarbeitet werden. Sagenhafte Eigenschaften werden diesen Teilen zugesprochen: Leicht sind sie, fest auch – und teuer. Aber leicht wird vergessen, dass Kunststoff als Füllmasse unbedingt dazugehört – und Kunststoff ja bekanntlich aus dem endlichen Rohstoff Erdöl gewonnen wird. Was 2012 noch möglich ist, könnte 2035 eng werden
Leichtbau-Konstruktion fängt aber nicht erst beim Wagenkasten, seinen hybriden Sandwich-Blechen, Aluminium- und Magnesium-Komponenten an, sondern im Falle des HGZ bei der grundsätzlichen Konstruktion, beispielsweise dem Antrieb: Hier kann man neue Wege gehen, Hybridantriebe oder mehrere verteilte Dieselmotoren statt eines einzigen Antriebsaggregats. Ein Konzept, das den Zug leichter macht, aber auch universell einsetzbar, autark auch da, wo keine Stromversorgung besteht. MTU und die DB haben einen dieselelektrischen Triebwagen auf die Schiene gestellt, angetrieben von einem ›Powerpac‹, das auch noch Bremsenergie aufnimmt, speichert und wieder als Antriebskraft nutzbar macht.

Kers spart Energie
Die Bremsenergie-Rückgewinnung ist kein grundsätzliches Problem mehr: mechanisch, elektrisch, chemisch … – es gibt viele Möglichkeiten. Wenn man das System von Vinci Energies aus Lyon nutzt, können unter Umständen 30 Prozent des Energiebedarfs gespart werden: ›Supercaps‹ heißen die kapazitiven Energiespeicher, die im Umspannwerk oder entlang der Schiene die elektrische Bremsenergie aufnehmen und speichern – und in der Antriebsphase wieder abgeben. Nützliche Energiespeicher lassen sich aber auch im Fahrzeug unterbringen, als Kers. Im Automobilbau hat Mazda beispielsweise in den neuen Typ 6 ein Kers integriert. Schienenfahrzeuge und der Schienenbetrieb bieten dafür weit bessere Möglichkeiten.

Zum Leichtbau gehört und führt auch die dezentrale Antriebstechnik, die jedem Rad seinen Motor zuspricht: Radnabenmotoren, die keinen zusätzlichen Platz benötigen und auch das Gewicht nicht über das eines heutigen Laufachsensatzes heben müssen. Was im Stadtbus beispielsweise mit Antrieben von Ziehl-Abegg aus Künzelsau und sogar in neugierigen Robotern auf dem Mars jahrelang funktioniert, kann auch in Schienenfahrzeugen genutzt werden.

Die zugehörigen Räder jedenfalls können vom Laser generiert werden. Wer nicht glaubt, dass sich das realisieren lässt, den belehren Technologieführer wie Siemens, Rolls Royce und MTU, die sogar besonders sensible Turbinen mit neuen Auftragsverfahren wie LMD (Laser Metal Deposition) und SLM (Selective Laser Melting) endkonturnah fertigen oder zumindest reparieren (wollen), eines Besseren. Über Genauigkeiten von Zehntelmillimetern und Rautiefen von 30 µm wird berichtet. Wenn diese generativen Verfahren des ›Laser Additive Manufacturing‹ damit sogar in den Präzisionsbereich der Turbinen im Flugzeugbau und in der Energietechnik vordringen, warum dann nicht in die Herstellung von Eisenbahnrädern?

Schief gewickelt
Unser Szenario für 2035 sah schon 2010 für Wagenkästen eine Tragstruktur aus Hohlprofilen vor, mit Sandwich-Blechen beplankt. Die Beplankung sollte als endloses Blechband vom Coil kommen und schief aufgewickelt werden. Wer bei Sandwich-Blechen an die gute alte Wellpappe denkt, ist auf dem richtigen Weg. Denkbar sind auch Waben-Sandwich-Bleche, dünne Deckbleche mit einer Füllung aus Waben, die vertikal zwischen zwei Blechen stecken – eine Struktur, die, allerdings aus GFK, schon in den Rennwagen der späten 60er verwirklicht wurde. Die Biene machts vor: Solche Waben sind in jede Richtung stabil – Optimum aus der Natur. Noch besser ist allerdings die Voronoi-Methode, in der der Natur freien Lauf gelassen wird: Wie im Knocheninneren entsteht durch Aufschäumen zwischen Sandwich-Blechen – nicht nur mit Kunststoff-, sondern auch mit Metallschäumen – eine Struktur, die Leichtigkeit und Luftigkeit mit hoher Festigkeit verbindet.

Ein bekannter Hersteller von Sandwich-Blechen ist Metawell aus Neuburg an der Donau, der fast ausschließlich auf Sandwich-Bleche nach dem Wellpappe-Prinzip setzt. Vor allem, wenn das kostengünstigere und in der Energiebilanz und Umweltverträglichkeit günstigere Sekundär-Aluminium eingesetzt wird, wie Geschäftsführer Herbert Fährrolfes zum Systemstreit von Aluminium gegen Stahl argumentiert.


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