Forschungsprojekt zur Drehgestell-Optimierung eines Hochgeschwindigkeitszuges erfolgreich abgeschlossen

Drei Jahre haben die FCMS GmbH aus München, die Siemens AG Österreich, das Virtual Vehicle Research Center (ViF) und das Institut für Elektrotechnik (IGTE) der TU Graz an multidisziplinären Entwicklungsmethoden für Drehgestelle geforscht. Der Einsatz neuer Technologien macht es für die Züge der Zukunft nun erstmalig möglich, mathematische Optimierung auf die Drehgestell-Topologie anzuwenden.

Foto: Der Velaro D am Berliner Hauptbahnhof (©www.siemens.com/presse)

Bahn-Fahrwerke sind auf eine dreißigjährige Haltbarkeit ausgelegt und entscheidend für Sicherheit wie auch Komfort von Schienenfahrzeugen. Hier setzt das Verbundprojekt „Multidisziplinäre Optimierung in der Drehgestell-Entwicklung“ der Industriepartner FCMS und Siemens an, das auf eine schnellere Produktabsicherung abzielt. Mit wissenschaftlicher Unterstützung durch das ViF und das IGTE sind in seinem Rahmen neue Methoden für eine höhere Automatisierung beim Einsatz numerischer Berechnungsverfahren entstanden und validiert worden. Das Referenzbeispiel stammt von Siemens Graz, wo jährlich bis zu 3.000 Fahrwerke für Nahverkehrsfahrzeuge und Hochgeschwindigkeitszüge in aller Welt hergestellt werden.

Gemeinsam hat das Projektkonsortium eine Plattform für die multidisziplinäre Optimierung entwickelt und numerische Optimierungsalgorithmen implementiert, die auf Basis der Kerntechnologie Fast Concept Modelling (FCM) einen hochautomatisierten und domänenübergreifenden Auslegungsprozess ermöglichen. Die Funktionalität der erarbeiteten Methoden wurde an einem Anwendungsfall demonstriert, der fahrdynamisches Verhalten und Entgleisungssicherheit mit Festigkeitsbetrachtungen des Rahmens kombiniert und so ein ausbalanciertes Design garantiert.

Bilder: Projektkonsortium

 
Nach Stand der Technik muss das für die Absicherung nötige CAD-Modell bisher in einem aufwändigen manuellen Verfahren aufbereitet werden, um das zukünftige Verhalten der Fahrwerksstrukturen hinsichtlich Festigkeit, Schallentwicklung und anderen Parametern via Computersimulation optimieren zu können. Der FCM-Einsatz unterstützt nun die Erzeugung großer geometrischer Variantenvielfalt am Fahrwerk und eine umfassendere Auslegung von Designvariablen durch numerische Optimierung mit in der Praxis unmittelbar verwertbaren Ergebnissen.

„Eine multidisziplinäre Optimierung der Topologie eines Fahrwerkrahmens ist so zuvor nicht möglich gewesen“, fasst Dr. Heinz-Peter Kotz, der technische Projektleiter von Siemens Österreich, die Resultate aus dem Verbundprojekt zusammen, das von der österreichischen Bundesregierung im Rahmen des COMET K2-Programms gefördert wurde.

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