Dreiradfahrzeug - Bertrandt

Attraktive Mobilität
Die Straßenbahn von Siemens Transportation Systems
4 Vorgeschichte
Mit dem „Combino“ nahm Siemens
Transportation Systems 1998 erstmals
eine modular gestaltbare Straßenbahn
mit 100 Prozent Niederflurtechnik in
Betrieb. Der Combino wurde damals
nach der branchenüblichen Norm
VDV 152 und den zugrunde liegenden
Lastannahmen ausgelegt. Im späteren
Betrieb ergaben Messungen jedoch,
dass die aus der Gleisanlage in das
Bei der neuen Lösung verstärken Blech-, Strangpress-, Guss- und Schmiedeteile die Struktur.
Projektumfang Combino
kompakt
Berechnung/Simulation
< Dauerfestigkeitsberechnungen
< Steifigkeitsberechungen
Bertrandt unterstützt Optimierung des Nahverkehrsystems „Combino“
Fahrzeug eingeleiteten Kräfte deutlich
größer waren als angenommen. Die
Folge: Die Fahrzeuge wurden sehr stark
belastet. In einer frühen Phase der Untersuchungen
im Herbst 200 war den
Siemens-Experten bereits klar, dass nur
eine Kombination von Entlastungen
(Sanierungsstufe 1) und einer Verstärkung
der Wagenkästen (Sanierungsstufe
2) zu einer nachhaltigen Reduktion
der Belastungen führen würden.
4 Sanierungsstufe 1:
4 Sanierungsstufe 2:
Entlastungsmaßnahmen
Verstärkung der Wagenkästen
Um den Schadensmechanismus deutlich
Konzept und Simulation
zu verlangsamen und somit die Betriebs-
Zur wesentlichen Entlastung der Rohsicherheit
der eingesetzten Fahrzeuge
baustruktur trug die im Zuge der Sanie-
aufrechtzuerhalten, sollten in der Sanierungsstufe
2 durchgeführte Dämpfung
rungsstufe 1 kurzfristig Maßnahmen um-
der Drehbewegung des Fahrwerks bei.
gesetzt werden. Im ersten Schritt wurden
Wirkungsvoll wurden die Lenkerkräfte
Schwenkwanklager und Freiwegdämpfer
durch den Verzehr von Stoßenergie ab-
zwischen den Wagenkästen eingesetzt,
gesenkt. Dies führte zu einer 50-prozen-
die die Verformung der Wagenkästen betigen
Reduzierung der in den Wagenkasreits
wirkungsvoll dämpften.
ten eingeleiteten Kraftspitzen.
Kern der Sanierungsstufe 2 war es, die
überlasteten Schraubwinkel zu ersetzen,
die die Strangpressprofile miteinander
verbanden. Bei der Konstruktion
der Verstärkungsmaßnahmen war
ein hoher Entwicklungsaufwand nötig.
Deshalb wurde das Bertrandt-Simulationsteam
der Kölner Niederlassung zur
Unterstützung herangezogen.
Da diese Entwicklung in einem engen
Zeitfenster stattfand, waren die
Bertrandt-Ingenieure direkt im Entwicklungszentrum
von Siemens eingesetzt.
So konnte die Siemens-Konstruktionsabteilung
die Konzepte zur Reduktion der
Bauteilbelastung in enger Zusammenarbeit
schnell umsetzen.
Die Simulationen von Bertrandt waren
ein zentraler Baustein, um die Entwicklung
weiter voranzutreiben. Bei der Auslegung
der Verstärkungsmaßnahmen
sollten Gewicht, Design und Funktionalität
des Fahrzeugs beibehalten werden.
Die Torsionssteifigkeit der Wagenkästen
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Bertrandtmagazin | Nr. 8 | September 2007
durfte ebenfalls nicht wesentlich erhöht
werden, da dies die Erhöhung der Torsionskräfte
zur unmittelbaren Folge
gehabt hätte.
Endportalverstärkung bringt
zusätzliche Gewichtseinsparung
Die neue Lösung zeichnet sich durch
Blech-, Strangpress-, Guss- und
Schmiedeteile aus, welche mit der bestehenden
Struktur verschraubt und
verschweißt werden. Die geschweißte
Endportalverstärkung kommt sowohl an
den Mittel- als auch an den Fahrwerks-
und Kopfmodulen zum Einsatz. Sie stellt
nicht nur eine elegante Lösung für die
am höchsten belasteten Stellen des Fahrzeugs
dar, sondern spart zudem gegenüber
der Originallösung an Gewicht ein.
Die obere Ecke des Portals wird nun
ebenfalls mit einer Schweißkonstruktion
überbrückt.
Doppeleckverbinder beugen
Materialermüdung vor
Bei den Verbindungsstellen der Fenster-
und Türsäulen zum Obergurt bestand
die Aufgabenstellung darin, die deutlich
überlasteten Schraubwinkel durch
geeignete Konstruktionen zu ersetzen.
Auch die fortgeschrittene Materialermüdung
im Obergurt wurde berücksichtigt.
Die Prinziplösung – ein Doppeleckverbinder
– besteht deshalb in einer
Verlängerung der Säule, die auf eine
höhere, unbeschädigte Ebene des Ober-
gurtes greift, ohne auf Tür- oder Klapp-
fensterecken Rücksicht nehmen zu
müssen. Das Verstärkungselement ist
ein Aluminium-Schmiedeteil, bei dem der
Anschluss an den Obergurt als Schraub-,
der Anschluss an die Tür- und Fenstersäule
als Schweißverbindung gestaltet ist.
Nachhaltigkeit überprüft
Abschließend wurden die rechnerischen
und experimentellen Analysen der Dauer-
und Betriebsfestigkeit miteinander kombiniert,
um die Nachhaltigkeit der entwickelten
Lösung nachzuweisen.
4 Fazit
Mit der Durchführung von Simulationen
im Schienenfahrzeugbau hat sich
Bertrandt in ein neues Aufgabenfeld
eingearbeitet. Nach zwei Jahren erfolgreicher
Zusammenarbeit zwischen
Siemens Transportation Systems und
Bertrandt wurden im Sommer 2005 die
ersten vollständig sanierten Fahrzeuge
wieder in Betrieb genommen. <
Falk Zimmermann, Köln