Jahresbericht 2017

Festigkeitsnachweis am Fahrwerk eines Personentransportsystems im Flughafen München.

Führerloses Personentransportsystem, Fahrbetriebsmessung, multiaxialer Festigkeitsversuch, Technologieberatung

Für die Betriebsgenehmigung und behördliche Zulassung des neuen führerlosen Personentransportsystems INNOVIA APM 300 von Bombardier Transportation musste ein Festigkeitsnachweis für das Fahrwerk speziell im Hinblick auf die dortigen Einsatzverhältnisse erstellt werden. Das Fahrzeug besteht aus einem Aufbau im Stil eines Nahverkehrszuges mit einem konventionell luftbereiften Fahrwerk aus dem Nutzfahrzeugbereich. Dieses ist durch ein speziell konstruiertes Führungssystem ergänzt, womit die Lenk- und Seitenkräfte auf eine Führungsschiene übertragen werden.

Der spezielle Einsatz des Achssystems unterscheidet sich bei diesem Transportsystem grundlegend von üblichen Anwendungen der Basisachse. Außerdem ist die maximale Beladung wesentlich höher. Daher waren alle Lastannahmen und die Lebensdaueranforderung vom Fraunhofer LBF neu zu definieren. Weder beim Bemessungskonzept noch beim Festigkeitsversuch konnte auf Standards zurückgegriffen werden. Zunächst wurden auf einer Versuchsstrecke des Herstellers mit einem Prototypenfahrzeug Messungen in allen typischen Betriebszuständen (z.B. Kurven, Bremsen, Weichenfahrt) durchgeführt, um den Betriebseinsatz zu analysieren und zu beschreiben. Hierbei wurden vor allem Radkräfte und örtliche Bauteilbeanspruchungen ermittelt. Daraus und anhand des Strecken- und Betriebsplans der in Bau befindlichen Münchner Strecke konnte das dortige Belastungsszenario synthetisch modelliert und die Lebensdaueranforderungen als Basis für den Festigkeitsnachweis inklusive statistischer Sicherheitszuschläge definiert werden. Später wurden diese vorläufigen Festlegungen durch weitere Messungen auf der originalen Strecke mit einem Serienfahrzeug verfiziert.

Individuelle Versuchseinrichtung für realitätsnahe Simulation

Der experimentelle Lebensdauernachweis erfolgte im Betriebsfestigkeitslabor des Fraunhofer LBF.  Eine komplette Achsbaugruppe wurde auf einem hierfür individuell umgerüsteten, servohydraulischen Festigkeitsprüfstand aufgebaut und an den Rädern und der Führungseinrichtung mit sechs Hydraulikzylindern realitätsähnlich belastet. Der Belastungsablauf dafür wurde aus den Messdaten gewonnen, indem alle typischen Fahrzustände in einer ausgewogenen Mischung als zeitgeraffte Lastfolge kombiniert wurden. So konnte die angestrebte Fahrzeuglebensdauer von 30 Jahren bei täglicher Nutzung innerhalb von wenigen Monaten auf dem Prüfstand simuliert werden. Nach dem Versuch wurde die Baugruppe zerlegt. An allen Komponenten konnten mittels Farbeindringverfahren nachgewiesen werden, dass keine relevanten Schäden oder Risse eingetreten waren.

Ausgezeichnete Technologieberatung

Der gesamte Nachweisprozess wurde von externen Gutachtern im Auftrag der Zulassungsbehörde begleitet und überprüft. In einem internen Vorschlagsverfahren wurde das Projekt vom Vorstand der Fraunhofer-Gesellschaft für die intensive Technologieberatung ausgezeichnet und prämiert. Kundennutzen: Das Projekt ermöglichte dem Fahrzeughersteller Bombardier Transportation, die sehr individuellen Betriebsanforderungen sauber zu definieren und die Lebensdauer der gesamten Baugruppe unter genau diesen Bedingungen in einem eigens dafür konzipierten Versuch nachzuweisen. Die Herleitung hielt einer gründlichen behördlichen Begutachtung stand. 

Kundennutzen

Das Projekt ermöglichte dem Fahrzeughersteller Bombardier Transportation, die sehr individuellen Betriebsanforderungen sauber zu definieren und die Lebensdauer der gesamten Baugruppe unter genau diesen Bedingungen in einem eigens dafür konzipierten Versuch nachzuweisen. Die Herleitung hielt einer gründlichen behördlichen Begutachtung stand.