Weltweit erste Leichtbaukupplung aus CFK für Schienenfahrzeuge entwickelt
Nicht nur Eisenbahner werden sich wundern, dass man Wagons sogar mit Kupplungen aus CFK bewegen kann. Ingenieuren der TU Chemnnitz ist es gelungen, erstmals Übergangskupplungen für Schienenfahrzeuge aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff zu entwickeln, die nur 19 kg wiegen.
Einen Prototypen der Übergangskupplung aus Chemnitz überreichte TU-Rektor Prof. Arnold van Zyl (l.) bereits 2012 an Bahnvorstand Dr. Rüdiger Grube anlässlich dessen Besuchs in Chemnitz. Mit dieser Kupplung, die sich von einer Person handhaben lässt, können auch ICE-Züge rangiert werden. Die Bahn will die Kupplung nun ein Jahr in der Praxis testen.
Foto: TU Chemnitz/Sven Gleisberg
Da verschiedene Kupplungstypen für Schienenfahrzeuge nicht kompatibel sind, müssen Übergangskupplungen eingesetzt werden. Diese werden üblicherweise aus schwerem Stahl hergestellt. Handelsübliche Kupplungen haben ein Gewicht von über 42 Kilogramm. Aufgrund der Schwere müssen beispielsweise beim Rangieren der Züge aus Gründen des Arbeitsschutzes immer zwei Arbeiter eingesetzt werden.
Jetzt haben Wissenschaftler der Technischen Universität Chemnitz in den Labors des Instituts für Strukturleichtbau erstmals eine Leichtbau-Übergangskupplung entwickelt, die nur 19 Kilogramm wiegt. Möglich macht dieses geringe Gewicht die Faserverbundbauweise. Anstelle von Stahl wurde erstmals kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff für den Bau aller Bauteile eingesetzt.
Die weltweit erste Leichtbau-Übergangskupplung in Faserverbundbauweise entstand in den Labors des Instituts für Strukturleichtbau der TU Chemnitz. Der Leiter des Instituts, Prof. Lothar Kroll (r.), bespricht die Konstruktion mit seinen Mitarbeitern Lars Ulke-Winter und Holger Seidlitz (v.l.). Erste Belastungstests beim TÜV Süd hat die Kupplung bereits bestanden.
Quelle: TU Chemnitz/Mario Steinebach
Die Chemnitzer Maschinenbauer orientierten sich bei der Neuentwicklung an der Scharfenbergkupplung des Projektpartners Voith, die schon seit 1903 im Bahnverkehr eingesetzt wird. „Die Scharfenbergkupplung ist heute internationaler Marktführer. In Europa sind nahezu alle Staatsbahnen und weltweit viele der Schnellbahn- und Metrobetriebe mit Scharfenberg-Kupplungssystemen ausgestattet“, berichtet Forscher Holger Seidlitz von der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung der TU Chemnitz.
Einzelne Bauteile durch Titan verstärkt
Ein Ende der Scharfenbergkupplung besteht aus einer Stirnplatte. Diese wird an die Kupplung des zu ziehenden Zuges angelegt. Daran wird ein Kupplungskörper angeschlossen, der mit einer Zugschlaufe endet, die an die abschleppende Zugmaschine gehängt wird. Ebenso wird ein Sicherungsbügel mit dem Kuppelhaken des Abschleppers verbunden.
Die CFK-Übergangskupplung desBahntechnikherstellers Voith im Detail.
Quelle: Voith
Die Anforderungen für eine Übergangskupplung sind hoch. Sie muss beim Rangieren auch mehrerer Wagons hohe Druck- und Zuglasten aushalten. Besonders einzelne Teile wie die Zugschlaufe müsse so hohen Kräften standhalten, dass die Forscher den CFK durch Titan verstärkt haben. Zudem wurde die Konstruktion gegenüber der Stahlvariante modifiziert. „Um die Kupplung an eine Vielzahl verschiedener Haken einhängen zu können, sind der Schlaufengeometrie enge Grenzen gesetzt. Deshalb haben wir ein Hakeninsert entwickelt, also ein Bauteil, das unterhalb der Schlaufe sitzt und sie zusätzlich verstärkt, ohne gegen die Bauraumrestriktionen zu verstoßen“, erklärt Seidlitz.
Die neue Kupplung ist für alle Zugvarianten geeignet, sogar für den ICE. Voith gibt als Belastungskennzahlen eine Zugkraft von 400 kN und 250 kN für die Druckkraft an. Sämtliche Bauteile der neuen Übergangskupplung wurden bereits Belastungstests beim TÜV Süd unterzogen. „In einem Kuppelversuch konnte die Gesamtfunktion ebenso bestätigt werden wie das korrekte Zusammenspiel der Baugruppen und die Festigkeit der lasttragenden Komponenten“, bestätigt Seidlitz. „Die CFK-Übergangskupplung erfüllt die extremen Anforderungen und wird derzeit für die Markteinführung vorbereitet.“ Die Bahn will die Kupplung nun ein Jahr testen.
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