Inhaltsverzeichnis ............................................. II
Abbildungsverzeichnis ......................................... VII
Tabellenverzeichnis ........................................... XVI
Abkürzungsverzeichnis ....................................... XVIII
Einheitenverzeichnis .......................................... XXI
Verzeichnis relevanter Normen, Richtlinien, Gesetzte ......... XXII
Zusammenfassung ............................................. XXIII
Abstract ..................................................... XXVI
1 Herleitung der Problemstellung und Zielsetzung ............. 1
1.1 Einleitung ................................................. 1
1.2 Leichtbau bei Schienenfahrzeugen, Auswirkungen und
Effekte .................................................... 2
1.3 Herleitung des Fokus der Arbeit ............................ 9
1.4 Zielsetzung ............................................... 14
2 Stand der Technik und Bewertung des Leichtbaupotenzial .... 16
2.1 Leichtbaustrategien ....................................... 16
2.2 Normative und gesetzliche Rahmenbedingungen ............... 18
2.2.1 Relevante Richtlinien, Normen und Vorschriften für
Zugkonzepte ........................................ 19
2.2.2 Relevante Normen und gesetzliche Vorschriften für
die Auslegung von Wagenkastenstrukturen ............ 21
2.3 Relevante Zugkonzepte und Wagentypen ...................... 24
2.3.1 Einzelwagenzugkonzepte ............................. 24
2.3.2 Gliederzugkonzepte ................................. 25
2.3.3 Wagentypen ......................................... 27
2.4 Laufwerkskonzepte ......................................... 31
2.5 Wagenkästen von Triebzügen ................................ 33
2.5.1 Werkstoffe im Wagenkastenbau ....................... 33
2.5.2 Bauweisen von Wagenkästen .......................... 36
2.6 Bewertung von Zugkonzepten, Wagentypen und Wagenkästen
hinsichtlich ihres Leichtbaupotenzials .................... 48
2.6.1 Massevergleich von Zugkonzepten .................... 49
2.6.2 Leichtbaupotenzial von teildoppelstöckigem
Wagentyp und überbreiten Wagenausführungen ......... 52
2.6.3 Massevergleich von Wagenkastenbauweisen ............ 54
2.6.4 Fazit aus den Analysen der Leichtbaupotenziale ..... 60
3 Entwicklung einer Methode zur konstruktionsneutralen
Masseabschätzung von Zugkonzepten, Wagentypen und
Wagenkästen ............................................... 62
3.1 Ansatz der methodischen Vorgehensweise .................... 62
3.2 Annahmen und Eingrenzungen bei den Betrachtungen .......... 67
3.3 Belastungen auf die Wagenkastenhülle ...................... 71
3.3.1 Vertikal gerichtete Lasten und Eigenmasse .......... 74
3.3.2 Longitudinal gerichtete Lasten ..................... 78
3.3.3 Überlagerung von longitudinal und vertikal
gerichteten Lasten ................................. 79
3.3.4 Lasten an Schnittstellen ........................... 79
3.4 Haupteinstellungen und Aufbau des Berechnungsmodells ...... 80
3.5 Analyse und Bewertung der Ergebnisse ...................... 81
3.5.1 Vorbetrachtungen von Strukturausbildungen .......... 84
3.5.2 Untersuchung und Bewertung doppelstöckiger
Wagenkästen ........................................ 85
3.5.3 Bewertung teildoppelstöckiger Wagenkästen ......... 120
3.5.4 Bewertung einstöckiger Wagenkästen ................ 126
3.5.5 Übergreifende Bewertung von Wagentypen ............ 129
3.5.6 Nachweise der Anwendbarkeit der
Topologieoptimierung zur konstruktionsneutralen
Masseabschätzung .................................. 134
3.6 Leichtbaupotenzial von Zugkonzepten und Wagentypen ....... 139
3.6.1 Virtuelle Zugkonzepte und Wagentypen .............. 139
3.6.2 Leichtbaupotenzial von Zugkonzepten und
Wagentypen ........................................ 145
3.6.3 Vergleich der Leichtbaupotenziale von Zugkonzepten
und Wagentypen .................................... 156
3.6.4 Auswahl des Zugkonzepts und Wagentyps für das
weitere Vorgehen in Abhängigkeit vom
Leichtbaupotenzial ................................ 161
4 Konzeption und Konstruktion masseoptimierter
Wagenkästen .............................................. 163
4.1 Untersuchung kraftflussoptimierter Tragstrukturen ........ 167
4.1.1 Generische Tragstrukturen ......................... 167
4.1.2 Konkrete Tragstruktur des NGT HGV ................. 172
4.2 Ableitung einer leichtbaugünstigen Wagenkastenbauweise
und deren Konzeptkonstruktion ............................ 176
4.3 Konstruktive Ausführung des Wagenkastenrohbaus am
Beispiel des Laufwerksegments ............................ 180
4.3.1 Konstruktion der kraftflussoptimierten
Gerippestruktur ................................... 181
4.3.2 Konstruktion der tragenden Beplankung ............. 188
4.4 Dimensionierung und Wanddickenoptimierung des
Laufwerksegments ......................................... 193
4.4.1 Modellaufbau zur Wanddickenoptimierung der
einzelnen Bauteile ................................ 194
4.4.2 Auswertung der Ergebnisse aus der
Wanddickenoptimierung ............................. 198
5 Verifizierung der Gerippestruktur anhand eines
Demonstrators ............................................ 203
5.1 Umsetzung der wabenartigen Gerippestruktur ............... 204
5.2 Prüfstandsaufbau und Versuchsdurchführung ................ 205
5.3 Auswertung und Vergleich der Versuchsergebnisse .......... 208
6 Vergleich, Schlussfolgerungen und Empfehlungen ........... 213
6.1 Vergleich Referenzwagenkasten mit entwickelter
Wagenkastenbauweise ...................................... 213
6.2 Empfehlungen für die Zukunft ............................. 217
6.2.1 Empfehlungen für kurzfristige Maßnahmen ........... 218
6.2.2 Empfehlungen für mittelfristige Maßnahmen ......... 218
6.2.3 Empfehlungen für längerfristige Maßnahmen ......... 220
7 Fazit und Ausblick ......................................... 222
Literaturverzeichnis .......................................... 225
Anhang ........................................................ 240
A Leichtbaugüte .............................................. 240
8 Anforderungsleichtbau ...................................... 241
С Hauptabmessungen untersuchter Wagenkastenhüllen ............ 242
D Längen- und volumenabhängige vertikal gerichtete
Lasten auf Böden ........................................... 243
E Vertikal gerichtete Lasten infolge Innenausstattung auf
Böden ...................................................... 245
F Länge der Laufwerksbereiche ................................ 254
G Angenommene Massen masseoptimierter Laufwerke .............. 255
H Grundlagen und modifizierter Einsatz der
Topologieoptimierung ....................................... 256
a Arten der Topologieoptimierung ............................. 256
b Mathematische Topologieoptimierung ......................... 257
I Belastungsabhängige Verhältnisse der Tragstrukturmasse ..... 263
a Doppelstöckige Wagenkästen ................................. 264
b Teildoppelstöckige Wagenkästen ............................. 267
с Einstöckige Wagenkästen .................................... 271
J Masse realisierbarer Wagenkästen basierend auf
Tragstrukturmasse........................................... 275
К Kraftverlauf innerhalb des Gerippestruktur ................. 278
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