Aluminium - Die neue Leichtigkeit für Züge
Aus der Automobilindustrie ist der Werkstoff Aluminium nicht mehr wegzudenken. Bereits in den dreißiger Jahren feierten Rennwagen mit einer Aluminium-Außenhaut spektakuläre Erfolge. Heute gelten Leichtbaukarosserien aus Aluminium als ein Schlüssel zum »3-Liter Auto«. Denn Aluminium ist besonders leicht und hilft so, den Kraftstoffverbrauch und Ausstoß von Abgasen zu reduzieren. Weiterer Vorzug des Leichtmetalls: Es rostet nicht. Nun erobert das Aluminium sogar den Waggonbau: Immer häufiger ersetzt das Leichtmetall bei schienengebundenen Fahrzeugen den »alten« Werkstoff Stahl.
Die Anforderungen an moderne Schienenfahrzeuge sind vielfältig: Sie müssen immer schneller und sicherer werden, länger im Betrieb bleiben und zudem größere Zuladungen erlauben. Eine Möglichkeit, den Ressourcenverbrauch sowie die Instandhaltungskosten an Fahrbahn und Fahrzeug zu senken, ist der Einsatz leichterer Waggons. Daher werden im Waggonbau zunehmend Leichtbauwerkstoffe wie zum Beispiel Aluminium eingesetzt. Ein aktuelles Beispiel ist die Wagenkastenkonstruktion moderner Hochgeschwindigkeitszüge. Sie besteht aus verschweißten, doppelwandigen Mehrkammerprofilen aus Aluminium. Diese Integralbauweise reduziert das Gewicht und bietet dabei eine mindestens gleich hohe Sicherheit für die Fahrgäste wie die herkömmlichen Stahlblechkonstruktionen. Weiterer Vorteil: Die neue Aluminiumkonstruktion läßt sich einfacher fertigen. Doch wie verhalten sich die sicherheitsrelevanten Bauteile aus Aluminium und deren zum Teil lokal stark beanspruchten Zonen bei Belastungen, insbesondere bei einem Crash? Welche Mindestanforderungen müssen bei ihrer Fertigung eingehalten werden, damit ein sicherer Gebrauch gewährleistet ist? Diese Fragen untersucht das Freiburger Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM. Es ermittelt mit standardisierten Prüfverfahren die Festigkeit und das Verformungsverhalten der Bauteile. Darüber hinaus haben die Fraunhofer-Wissenschaftler neue, werkstoff- und anwendungsgerechte Testmethoden entwickelt, um die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs, der Schweißnaht sowie der Wärmeeinflußzone zu charakterisieren. Die Ergebnisse dieser Tests bilden die Grundlage für numerische Simulationen in der Auslegungsphase und beim rechnerischen Sicherheitsnachweis.
Die Testverfahren und Simulationen des IWM leisten einen wichtigen Beitrag für den effektiven Einsatz von Leichtbauwerkstoffen. »Der Leichtbau versteht sich als eine optimale Kombination geeigneter Werkstoffe, Fertigungsverfahren und Konstruktion«, erläutert Dr. Johann Blauel vom IWM. »Je präziser die Beanspruchung und das Eigenschaftsprofil einzelner Werkstoffe beziehungsweise Komponenten und deren Fertigungsverfahrungen bestimmt wird, desto effizienter kann deren Potential auch für den Leichtbau ausgeschöpft werden«.
Auf der Messe Materialica zeigen die Forscher auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft in Halle B1, Stand 415/616 anhand eines aus einer Aluminiumlegierung gefertigten Teilstücks des ICE3-Bodenprofils, wie Grundwerkstoff, Schweißnaht und Wärmeleitzone charakterisiert werden können.
Birgit Niesing
