Faserverbundwerkstoffe im Schienenfahrzeugbau: Leichter, effizienter, langlebiger

Im Zuge des Klimaschutzes sind alle Verkehrssektoren gefordert, den Ausstoß von Emissionen drastisch zu reduzieren und ressourcen- sowie energieeffiziente Lösungen voranzutreiben. Der Bahnverkehr, insbesondere der öffentliche Personennahverkehr, spielt eine bedeutende Rolle bei der Reduzierung des Straßenverkehrs, der für einen Großteil der Emissionen verantwortlich ist. Doch wie können Schienenfahrzeuge umweltfreundlicher und energieeffizienter gestaltet werden?

Faserverbundwerkstoffe (FVW) oder Composites bieten eine vielversprechende Option für die Zukunft des Schienenfahrzeugbaus. Diese Werkstoffe sind deutlich leichter als konventionelle Materialien wie Stahl oder Aluminium und weisen dennoch herausragende mechanische Eigenschaften auf. Die Gewichtsreduktion kann zu einer höheren Energieeffizienz führen, da weniger Energie benötigt wird, um ein Fahrzeug zu bewegen. Zudem kann die Nutzlast erhöht und somit die Kapazität und Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs gesteigert werden. FVW sind zudem korrosionsbeständig, was ihre Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Materialien verlängert und die Wartungskosten und -zeiten erheblich reduziert. Darüber hinaus ermöglichen Faserverbundwerkstoffe eine hohe Designfreiheit und die Integration erweiterter Funktionalitäten. Sie weisen zudem gute Dämpfungs- und Schwingungseigenschaften auf, was zu einem ruhigeren und komfortableren Fahrerlebnis führen kann.

Die aktuell noch zurückhaltende Nutzung dieser Werkstoffe im Schienenfahrzeugbau lässt sich durch Herausforderungen auf verschiedenen Ebenen erklären. Das Cluster CU Ost des Composites United e. V. (CU) hatte am 07. Dezember 2023 gemeinsam mit den Partnern Rail.S e. V. und der Leichtbau-Allianz Sachsen nach Dresden ins Nationale Leichtbau-Validierungszentrum (LEIV) eingeladen, um diese Anforderungen genauer zu beleuchten und brachte so über 60 Interessenten zusammen: Leichtbau-Expert:innen, Industriepartner und Forschende, die sich über den Einsatz von Faserverbundwerkstoffen im Bau von Schienenfahrzeugen austauschten.

Die noch zurückhaltende Nutzung dieser Werkstoffe im Schienenfahrzeugbau lässt sich durch Herausforderungen auf verschiedenen Ebenen erklären. Um diese Anforderungen genauer zu beleuchten, lud das Cluster CU Ost des Composites United e. V. (CU) am 07. Dezember 2023 gemeinsam mit den Partnern Rail.S e. V. und der Leichtbau-Allianz Sachsen nach Dresden ins Nationale Leichtbau-Validierungszentrum (LEIV) ein. Über 60 Teilnehmende, darunter Leichtbau-Expert:innen, Industriepartner und Forschende, tauschten sich über den Einsatz von Faserverbundwerkstoffen im Schienenfahrzeugbau aus.

Kai Heimann von ALSTOM Transportation GmbH fasste die Anforderungen an Composites aus Sicht eines Schienenfahrzeugherstellers zusammen und betonte die Notwendigkeit einer ganzheitlichen Betrachtung dieser Werkstoffe. Neben den Gewichtsvorteilen und den herausragenden mechanischen Eigenschaften von Faserverbunden sind auch die Verfügbarkeit und die Kosten von Recyclingprozessen für den industriellen Einsatz relevant. Zudem wurden die Möglichkeit des Monitorings von Faserverbundbauteilen im laufenden Betrieb und der Aufbau des erforderlichen Know-hows im Unternehmen als Voraussetzungen genannt. Dr. Harald Jung (IZP Dresden mbH) gab einen Überblick darüber, wie die Betrachtung der Lebenszykluskosten nicht nur bei der Werkstoffauswahl unterstützt, sondern auch Wettbewerbsvorteile schaffen kann.

Die Erfüllung von Sicherheitsanforderungen, wie beispielsweise Brandschutz, ist eine wesentliche Grundvoraussetzung für den Einsatz von faserverstärkten Bauteilen in Zügen oder Straßenbahnen. Dr. Stefan Soltysiak (TÜV SÜD Rail GmbH) zeigte anhand eines Drucktanks die strengen Sicherheits- und Leistungsstandards sowie die komplexen bahnspezifischen Rahmenbedingungen für Prüfung und Zulassung. Die Hersteller von Schienenfahrzeugen und Komponenten wünschen sich europaweit einheitliche und verbindliche Regularien.

Die CG Rail GmbH, AVANCO Composites, Hörmann Vehicle Engineering, die Forster System-Montage-Technik GmbH, Kisling und die LZS GmbH präsentierten vor Ort aktuelle Leichtbau-Entwicklungen im Bereich der Schienenfahrzeuge. Sie zeigten Bauteile und Lösungen, die nicht nur leichter, sondern auch energieeffizienter und wartungsärmer sind. Diese können hocheffizient gefertigt werden und erfüllen die Anforderungen hinsichtlich Brandschutz und Betriebsfestigkeit.

Das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden, ein Mitglied des CU, öffnete für die Gäste die Tore des LEIV, eines etwa 1.500 m² großen Reallabors für kreislaufgerechte Leichtbau-Technologien und den unmittelbaren Wissenstransfer von der Forschung in die Industrie.

Mit dieser Mischung aus spannenden Vorträgen und der Präsentation von innovativen Anwendungen und Fertigungsprozessen, bot der Tag reichlich Gelegenheiten zum Ideenaustausch, aber auch zum Netzwerken.

Wir danken allen Referenten für die interessanten Einblicke, bei unseren Partnern Rail.S e. V. und Leichtbauallianz Sachsen sowie dem Gastgeber ILK der TU Dresden für diese gelungene Veranstaltung.

Das Event markierte gleichzeitig den Startschuss für die neue CU-Arbeitsgruppe "Faserverbund-Leichtbau in Schienenfahrzeugen". Die Termine für die AG-Sitzungen finden Sie immer aktuell auf unserer Webseite