Projektaufgaben

• Grobe und detaillierte Konstruktionsbewertung
• FEA von Motor und Jakobs-Drehgestellen
• Fahrdynamiksimulationen unter Einbeziehung von Seitenwind für EMU- und DMU-FahrzeugeGeräuschanalyse
• Torsionsschwingungsanalyse eines Radsatzes mit Motor und Getriebe

Unsere Umsetzung

Der Kunde hatte bereits Drehgestelle für einen Dieseltriebzug (DMU) für einen Endkunden in der Tschechischen Republik entwickelt. Diese Konstruktionen bildeten die Grundlage für eine neue Dreh­gestellfamilie, die für den Einsatz in einer Reihe von Triebzug­varianten vorgesehen war.

Die Fahrzeuge waren für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb vor­gesehen, was erhöhte Anforderungen an die Fahrdynamik, die strukturelle Festigkeit, das Schwingungsverhalten und die Ge­räuschentwicklung mit sich brachte. Die Züge sind mit Motor- und Jacobs-Drehgestellen ausgestattet. Das Projekt hatte das Ziel, ein gemeinsames Jacobs-Drehgestelldesign für alle Fahr­zeugvarianten zu verwenden. Bei angetriebenen Drehgestellen unterscheiden sich die Konstruktionsanforderungen zwischen DMU- und EMU-Anwendungen (Electric Multiple Unit). In der DMU-Konfiguration verfügt das Motor-Drehgestell über eine Kardanwelle und keine elektrischen Traktionsmotoren, was zu einer grundlegend anderen Konstruktion führt. Dieses DMU-Mo­tor-Drehgestell sollte als Basiskonzept für die gesamte Drehge­stellfamilie dienen und erforderte daher eine detaillierte techni­sche Bewertung und Validierung.

Das Projektziel bestand darin, die bestehenden Drehgestellkon­struktionen zu bewerten, Verbesserungspotenziale zu identifi­zieren und ihre Eignung als gemeinsame Plattform für EMU- und DMU-Fahrzeugvarianten zu bestätigen.

PROSE bewertete zunächst die vom Kunden entwickelten DMU-Drehgestellkonstruktionen, um Optimierungspotenziale im Grunddesign zu identifizieren. Anschliessend folgte eine umfas­sende und systematische Analyse der Motor- und Jacobs-Dreh­gestelle.

Unser Ansatz kombinierte die Finite-Elemente-Analyse (FEA) mit Fahrdynamiksimulationen für EMU- und DMU-Konfiguratio­nen, einschliesslich der für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb re­levanten Seitenwindeffekte, sowie Geräuschanalysen. Darüber hinaus wurde eine detaillierte Torsionsschwingungsanalyse ei­nes Radsatzes mit Motor und Getriebe durchgeführt.

Durch die enge Zusammenarbeit mit dem Kunden wurde sicher­gestellt, dass alle Analysen auf die Projektanforderungen und praktischen Konstruktionsbeschränkungen abgestimmt waren.

Kundennutzen

Durch die Zusammenarbeit mit PROSE profitierte der Kunde von unabhängigem Fachwissen im Bereich Drehgestellkonstruktion. Dank unserer umfassenden Erfahrung in der Eisenbahnindustrie konnten bewährte Best Practices strukturiert und effektiv an­gewendet werden.

Ein interdisziplinärer Engineering-Ansatz in Verbindung mit un­serer unabhängigen Rolle ermöglichte eine ganzheitliche und objektive Bewertung der Drehgestellkonstruktionen. Die Fach­kompetenz von PROSE im Bereich der Torsionsschwingungsana­lyse sorgte für zusätzliche Sicherheit bei der Konstruktion und Validierung von Antriebskomponenten.

Diese umfassende Bewertung unterstützte die Entwicklung ei­ner robusten und skalierbaren Drehgestellplattform und redu­zierte gleichzeitig technische und zulassungsbezogene Risiken in einer frühen Projektphase.

Kunde: HYPERLOOP Transportation Technologies Inc., USA

Projektaufgaben

• Überprüfung und Bewertung bestehender konzeptioneller Drehgestell- und Fahrwerkskonstruktionen
• Technische Klärung mit dem Kunden und den gemeinsamen Entwicklungspartnern
• Entwicklung eines Mehrkörpersimulationsmodells (MBS) des HyperTransfer-Fahrzeugs
• Darstellung der Magnetschwebekräfte anhand vereinfachter Federmodelle
• Modellierung aller relevanten kinematischen Freiheitsgrade
• Integration mechanischer Backup-Federungssysteme (Räder und/oder Kufen) zur Analyse von Grenzfällen und Restabständen

Unsere Umsetzung

Das Projekt unterstützte die frühe Entwicklung und Machbarkeitsbewertung eines Magnetschwebefahrzeugs im Rahmen des von HYPERLOOP Transportation Technologies entwickelten Hyper-Transfer-Konzepts. Das Fahrzeug stellt eine neue Klasse von geführten Transportsystemen dar, die Prinzipien des Schienenfahrzeugbaus mit Magnetschwebetechnologie (Maglev) kombiniert.

In einem ersten Schritt benötigte der Kunde eine unabhängige Bewertung eines konzeptionellen Drehgestell- und Fahrwerksentwurfs, um laufende Machbarkeitsstudien und frühe Konstruktionsentscheidungen zu unterstützen. Dies erforderte technisches Fachwissen mit nachgewiesener Erfahrung im Bereich Schienenfahrzeugkonstruktion sowie Magnetschwebesysteme.

In den nachfolgenden Entwicklungsphasen erforderte die Machbarkeitsbewertung des HyperTransfer-Fahrzeugs ein detailliertes Mehrkörpersimulationsmodell (MBS). Das Modell ermöglichte dynamische Simulationen, die Ableitung von Lastannahmen und kinematische Analysen und lieferte damit eine technische Grundlage für weitere Konstruktions- und Validierungsaktivitäten.

PROSE wandte einen strukturierten zweistufigen Engineering-Ansatz an, der auf die frühe Entwicklungsphase des HyperTransfer-Fahrzeugs zugeschnitten war.

Im ersten Schritt haben wir die vorhandene Konstruktionsdokumentation geprüft, gezielte technische Fragen formuliert und eine unabhängige Bewertung des konzeptionellen Drehgestell- und Fahrwerksdesigns durchgeführt. Diese Arbeit wurde in enger Zusammenarbeit mit dem HYPERLOOPTT-Designteam und seinen Co-Entwicklungspartnern im Rahmen von technischen Besprechungen und gezielten Designprüfungen durchgeführt.

Im zweiten Schritt entwickelte PROSE ein Mehrkörpersimulationsmodell (MBS), welches das HyperTransfer-Fahrzeug abbildet. Das Modell umfasst die Kapsel, die Sekundärfederung zwischen Kapsel und Fahrgestell sowie die tragenden Fahrgestellkomponenten bis zur Primärfederungsschnittstelle zu den Levitationsmagneten.

Die Kombination aus Fachwissen im Bereich Schienenfahrzeugtechnik und spezifischem Know-how im Bereich Magnetschwebetechnik zeichnet den Ansatz von PROSE aus und gewährleistet eine technisch robuste und anwendungsorientierte Lösung.

Kundennutzen

Durch die Zusammenarbeit mit PROSE erhielt der Kunde unabhängige und erfahrene technische Unterstützung in einer kritischen frühen Entwicklungsphase des HyperTransfer-Konzepts. Das fundierte Fachwissen von PROSE im Bereich Fahrwerks- und Schienenfahrzeugkonstruktion in Verbindung mit praktischer Erfahrung mit Magnetschwebesystemen bot wertvolle technische Sicherheit.

Der strukturierte Bewertungs- und simulationsbasierte Ansatz ermöglichte es dem Kunden, fundierte Konstruktionsentscheidungen zu treffen, technische Einschränkungen frühzeitig zu erkennen und Entwicklungsrisiken zu reduzieren.

Die Fähigkeit von PROSE, eine Brücke zwischen konventioneller Eisenbahntechnik und fortschrittlichen Magnetschwebekonzepten zu schlagen, ermöglichte es dem Kunden, effizient von der Konzeptbewertung zur detaillierten Entwicklung überzugehen und dabei auf einer klaren und technisch soliden Grundlage für weitere Konstruktionsaktivitäten aufzubauen.