Transport
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10.01.2023

Leichte U-Bahn Waggons: Wiener Techniker sind Siemens-Erfinder 2022

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Markus Seitzberger, Robert Nedelik und Andreas Ruthmeier von Siemens Mobility Austria haben im Werk Wien-Leberstraße eine neue Konstruktionsmethode für U-Bahn Waggons erfunden.

Diese Vorgehensweise reduziert das Rohbaugewicht eines U-Bahn Waggons um bis zu 20 Prozent. Ein voll ausgestatteter Waggon kann damit um eine Tonne leichter ausgeführt werden. Bei einem 6-teiligen Zug, wie er beispielsweise in Wien im Einsatz ist, beläuft sich die Ersparnis entsprechend auf sechs Tonnen. Neben günstigeren Betriebskosten für städtische Mobilitätsunternehmen ist diese Erfindung ein klarer Beitrag zu noch mehr Nachhaltigkeit des Schienenverkehrs: Die Reduktion der Masse trägt zu einem geringeren Verbrauch von Ressourcen bei, zusätzlich sinkt der Stromverbrauch eines auf diese Weise konstruierten U-Bahn Zuges im Fahrgastbetrieb durch das leichtere Fahrzeuggewicht bei jeder einzelnen Abfahrt aus einer Station. Vor dem Hintergrund, dass U-Bahn Züge typischerweise 30 bis 45 Jahre lang eingesetzt werden, werden erhebliche Mengen an Energie eingespart und damit auch CO2- Emissionen reduziert.

Diplomarbeit über neuartige Simulationsmethoden

Andreas Ruthmeier hat zu Beginn des Projekts als Maschinenbau Student der TU Wien an diesem Projekt mitgearbeitet und bei Siemens Mobility seine Diplomarbeit über neuartige computergestützte Simulationsmethoden zur Entwicklung von Fahrzeugen verfasst. Seit seinem Studienabschluss arbeitet er unter anderem an diesem Forschungsprojekt bei Siemens Mobility in Wien-Simmering im Engineering als einer von insgesamt 50 Berechnungs-Ingenieuren, die unter anderem für Festigkeitsanalysen bei der Fahrzeugauslegung zuständig sind. Der öffentliche Personenverkehr ist einer der wichtigsten Lösungsansätze, um den globalen Klimawandel einzubremsen, der unter anderem wesentlich durch den motorisierten Individualverkehr getrieben wird. Zusätzlich werden Schätzungen der Vereinten Nationen zufolge bis zum Jahr 2050 rund 70 Prozent der Weltbevölkerung in urbanen Zentren leben. Um Mobilität in Zukunft leistungsfähig und nachhaltig zu ermöglichen, werden in Städten U-Bahnen als besonders effizientes und leistungsfähiges Transportmittel eingesetzt. Ihr volles Potential schöpfen U-Bahn Systeme aber nur dann aus, wenn sie im Betrieb energieeffizient sind und Ressourcen schonen.

Bionik-Lösung im Detail

Häufig werden U-Bahnen aus Aluminium gebaut. Das Zusammenfügen der Bauteile zu einem Wagenkasten erfordert Schweißverbindungen, die aber die Festigkeit des Materials herabsetzen. Um dieses Problem zu lösen und Leichtbauweisen zu etablieren, haben die Siemens Ingenieure die grundsätzliche Herangehensweise optimiert: Ausgehend von der heute üblichen Bauweise von Aluminium-Wagenkästen in Großprofilbauweise haben die Experten mit Hilfe einer neuartigen Simulationstechnik und großer Ingenieurserfahrung aus vergangenen erfolgreichen U-Bahn Projekten Konstruktionsteile des Fahrzeugs identifiziert, die für die Festigkeit und die Erfüllung anderer technischer Anforderungen nicht zwingend notwendig sind. Diese Teile werden durch ein subtrahierendes Verfahren aus der Karosserie eliminiert. Damit erreicht man, dass Material nur dort vorhanden bleibt, wo es für das Tragverhalten des Wagenkastens tatsächlich benötigt wird, ohne zusätzliche Schweißungen zur lokalen Versteifung durchführen zu müssen. Es verbleibt eine Struktur des Wagenkastens, die an botanische Lebensformen erinnert – wie etwa Äste eines Baumes mit ihren Verzweigungen. Beim aktuellen Großprojekt der neuen U-Bahn für London („Piccadilly Line“ für den Kunden TfL/Transport for London) ist diese Methode für Teile der Seitenwand der Fahrzeuge bereits in Umsetzung. Der Bau der Fahrzeuge läuft aktuell im Siemens Mobility Werk in Wien Simmering an.

Der Erfinderpreis bei Siemens: Österreich regelmäßig ganz vorne dabei

Der neuen Konstruktionsmethode wurde bereits ein Patent erteilt, es ist eines von im langjährigen Durchschnitt etwa 30 Patenten zu Schienenfahrzeugen, die Siemens Mobility alleine in Österreich jährlich anmeldet und erhält. Siemens in Österreich hat zuletzt 2018 diesen hochrangigen Preis entgegennehmen dürfen: Damals haben Forscher völlig neuartige Zugfenster entwickelt, die Mobilfunkstrahlen durchleiten und so einen problemlosen Handyempfang im Zug ermöglichen. Auch diese Erfindung wird in vielen Fahrzeugen bereits eingebaut, zum Beispiel beim deutschen Rhein-Ruhr-Express RRX, bei den neuen Nachtreisezügen der ÖBB und auch bei den neuen ICE3neo-Zügen. Auch im Jahr 2016 ging der Preis nach Österreich: Grazer Forscher entwickelten ein Leichtbau-Fahrwerk, das deutliche Gewichtseinsparungen im Vergleich zu herkömmlichen Zug-Drehgestellen liefert. Auch diese Erfindung fördert die Nachhaltigkeit durch geringeren Strombedarf der Züge und besserer Wirtschaftlichkeit der Zugbetreiber. Anwendung findet diese Technologie bereits bei den neuen Nachtreisezügen der ÖBB.