Faserverbundwerkstoff Übergangskupplung für Schienenfahrzeuge aus CFK

Maschinenbauer der TU Chemnitz entwickelten eine Leichtbau-Übergangskupplung in Faserverbundbauweise zum Abschleppen und Rangieren von Zügen.

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Die Neuentwicklung beruht auf der Scharfenbergkupplung, einem Produkt des Projektpartnerns Voith. Obwohl das Funktionsprinzip der Kupplungen immer dasselbe ist, gibt es unterschiedliche Ausführungen für die verschiedenen Zugarten, die untereinander nicht kompatibel sind. Um ein Kuppeln auch bei unterschiedlichen Kupplungstypen und -höhen zu ermöglichen, werden sogenannte Übergangskupplungen eingesetzt. Sie dienen als Adapter und sind vor allem beim Rangieren und beim Abschleppen nötig. In der bisherigen Stahlbauweise ist das Einsparpotenzial in Sachen Gewicht weitgehend ausgereizt - deshalb musste ein neuer Ansatz her: Die Chemnitzer Kupplung wird vorwiegend aus leichtem, kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) gefertigt. Dieser Werkstoff ist zwar teurer als Stahl, aber der Kuppelvorgang kann damit von einer Person ausgeführt werden. Bei der Stahlvariante waren - aufgrund des Arbeitsschutzes - zwei Personen erforderlich.

Die Übergangskupplung besteht an einem Ende aus einer Stirnplatte, die an die Kupplung des zu ziehenden Zuges angelegt wird. Der daran anschließende Kupplungskörper endet mit einer Zugschlaufe, die an die abschleppende Zugmaschine gehängt wird. Hinzu kommt ein Sicherungsbügel, der ebenfalls mit dem Kuppelhaken des Abschleppers zu verbinden ist. Alle diese Bauteile fertigen die Chemnitzer Maschinenbauer aus CFK. Besonderes Augenmerk legten die Wissenschaftler dabei auf die Anordnung der verstärkenden Kohlenstofffasern in der Schlaufe, da dort die Zug- und Druckkräfte am stärksten angreifen. Durch Berechnungen zeigten sie zudem, dass diese Schlaufe einen Mindestdurchmesser nicht unterschreiten darf und ihre Breite wesentlichen Einfluss darauf hat, welchen Belastungen sie standhält. Für die Schlaufe wurde zusätzlich ein Insert aus Titan entwickelt. Auch für weitere kleinere Bauteile wie die Anschlüsse für die Pneumatik der Bremsen kommt Titan zum Einsatz.

Projektpartner bei der Entwicklung waren Voith Turbo Scharfenberg und die East-4D Lightweight Structures. Für ihre Entwicklung erhielten sie den "Composite Innovations Award 2012". (qui)

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