WMG baut fortschrittlichen CFRP-Rahmen für Very-Light-Rail-Demonstrator

Leichtbau für nachhaltigen Schienenverkehr

Revolution VLR ist ein UK-Konsortium – geführt von Transport Design International Ltd (TDI, Stratford upon Avon) –, das 2013 Fördermittel für die Entwicklung eines selbstangetriebenen Drehgestells mit integriertem Hybridantrieb erhielt. TDI ist überzeugt, dass leichtere „Light-Rail“-Fahrzeuge – also Very Light Rail (VLR) – entscheidend für die nächste Generation nachhaltigen öffentlichen Nahverkehrs sind. In Phase 2 des VLR-Projekts wird 2020 ein vollständiger, 18 Meter langer Diesel-Batterie-Demonstrator für Tests verfügbar sein.

Als ursprüngliches Mitglied von Revolution VLR hat WMG an der University of Warwick einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK)-Rahmen für dieses Demonstrationsfahrzeug entwickelt. WMG unterstützt Verbundwerkstoffe langfristig durch Initiativen wie das National Automotive Innovation Centre, das Materials Engineering Centre und das International Institute for Nanocomposites Manufacturing. Partner im „BRAINSTORM VLR“-Projekt sind TDI, die britische Innovate UK (Förderer von Verbundwerkstoffen), der Leichtbau-Spezialist Far Composites und Composite Braiding. Der Rahmen besteht aus einer Reihe geflochtener thermoplastischer Verbundrohre, die einfach durch Kleben und Schweißen montiert werden.

Modulares Design und Fertigungsvorteile

Die Rohr-Außendurchmesser bleiben gleich, unterschiedliche Last- und Befestigungsanforderungen werden durch Variation der Wanddicken gelöst. Dies hält Werkzeugkosten niedrig und ermöglicht standardisierte Fügungen. Flechten erlaubt einen hochautomatisierten Fertigungsprozess – Raten für die Bewehrung allein können 1 Meile/Tag übersteigen – sowie ein anpassbares Materialspektrum, einschließlich anderer Fasern (Glas, Aramid, Thermoplast) und thermoplastischer Matrixwerkstoffe von kostengünstigem Polypropylen bis High-End-Polyetheretherketon (PEEK). WMG demonstrierte einen vollständigen Formzyklus von unter fünf Minuten, was das Potenzial dieses kostengünstigen Verfahrens für Hochvolumenanwendungen unterstreicht.

Thermoplaste ermöglichen auch Recyclingfähigkeit, so David Goodwin, Engineering Manager bei Far-UK. „Mit Verbundwerkstoffen lässt sich viel Gewicht einsparen, was für den Betrieb des [Schienen]fahrzeugs attraktiv ist, aber mit traditionellen Verbundwerkstoffen landet die Karosserie am Ende einfach auf der Deponie, was nicht ideal ist. Mit diesem Design gibt es einen Weg, den Fahrzeugkörper am Ende der Lebensdauer zu recyceln, oder, falls ein Aufprall erfolgt und ein Teil repariert und ersetzt werden muss.“

Das tubulare Spaceframe-Chassis-Design unterstützt diesen Ansatz: beschädigte Rohre können einfach entfernt und durch neue oder reparierte ersetzt werden. „Unsere BRAINSTORM VLR Forschungspartnerschaft hat signifikante Gewichtsersparnisse erreicht, sodass VLR-Dienste mehr Passagiere befördern können, während der Energiebedarf für den Antrieb und die Gewichtsbelastung auf Schienen und Straßenoberfläche reduziert werden“, erklärt Dr. Darren Hughes, Associate Professor für Materialien und Fertigung an der WMG University of Warwick. „Die Technologie stellt auch sicher, dass das Fahrzeug für eine lange Lebensdauer robust, bei Unfällen leicht reparierbar und stark genug zum Schutz der Passagiere ist.“

„Das BRAINSTORM-Projekt fühlt sich für das Team bei Far Composites wie ein echter Fortschritt an“, sagt Far-UK Direktor und General Manager Lyndon Sanders. „In die Branchenexpertise von TDI einzutauchen, um das Prinzip einer neuen Karosseriestruktur für Massenverkehrsanwendungen zu schärfen, war großartig. Hinzu kam die kollaborative Arbeit mit Composites Braiding und WMG, um diesen Gedanken in einen physischen Demonstrator zu überführen, der zeigt, wie er in der Praxis wäre – das war wirklich mächtig. Jetzt ist es mehr als eine gute Idee, es ist ein Eye-Opener für Branchenakteure, die es sehen, anfassen und sogar hochheben können.“