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Monday, September 19, 2016, Weißer Saal 12:00 PM Fügetechnische Anwendungen I |
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Laserstrahlgeschweißte Strukturbauteile für den Schienenfahrzeugbau |
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Axel Jahn* / Fraunhofer IWS, BRD Jens Standfuß/ Fraunhofer IWS, Deutschland Eckhard Beyer/ Fraunhofer IWS, Deutschland Holger Fichtl/ Fraunhofer IVI, Deutschland |
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Die Herstellung von Strukturbauteilen für Schienenfahrzeuge wird aktuell in der Regel mit sehr hohem schweißtechnischem Aufwand unter hauptsächlicher Verwendung konventioneller Schweißverfahren realisiert. Dabei resultieren aus der wärmeintensiven Fügetechnik und der darauf angepassten Konstruktion ein hohes Bauteilgewicht, eine eingeschränkte Maßhaltigkeit und ein hoher Fertigungsaufwand. Im Rahmen eines Verbundprojektes wurden neue Konzepte zu laserstrahlgeschweißten Leichtbauweisen für Schienenfahrzeugkomponenten entwickelt und an Musterteilen erprobt. Ziel war die Umsetzung verfahrens- und belastungsgerechter Konstruktionsprinzipien und die Realisierung hochqualitativer und wirtschaftlicher Laserstrahlschweißtechnologien. Schienenfahrzeugbaugruppen wie Wagonseitenwände werden derzeit üblicherweise in differenzieller Bauweise hergestellt, indem die Verbindungen zwischen Außenhautblech und Versteifungselementen als Punktschweißungen im Überlappstoß ausgeführt werden. Aus dieser Konstruktionsweise resultieren ein hohes Bauteilgewicht durch Materialdopplung im Fügebereich, eine geringe Bauteilsteifigkeit durch punktförmige Verbindungen, eine hohe Korrosionsanfälligkeit durch unverschweißte Spalte sowie ein hoher Bauteilverzug durch wärmeintensive Fügetechnologien. Im Rahmen der Arbeiten wurde ein neuartiges Seitenwandkonzept für Schienenfahrzeuge in Integralbauweise entwickelt, welches aus einem homogenen Außenhautblech einheitlicher Wandstärke und lasergeschweißten vollangeschlossenen Versteifungsprofilen besteht. Damit wird eine Eliminierung der Materialdopplung im Fügebereich und somit eine Gewichtsreduzierung ermöglicht und eine verbesserte Bauteilsteifigkeit garantiert. Für die Herstellung der Verbindung wurde eine sehr wirtschaftliche Laserstrahlschweißtechnologie entwickelt, welche darüber hinaus zu einer drastischen Reduzierung des Bauteilverzugs führt. Dabei wird der Steg der Steife unter sehr flachem Einstrahlwinkel ohne Zusatzwerkstoff geschweißt, ohne die Außenhautqualität nennenswert zu beeinträchtigen. Darüber hinaus wurde eine innovative Steckbauweise für geschlossene Profilstrukturen, am Beispiel eines Stoßbügels, entwickelt. Dabei bestehen die Einzelteile nahezu ausschließlich aus lasergeschnittenen Blechelementen, welche ohne zusätzlichen Spannaufwand zusammengesteckt und anschließend mittels Laserstrahlschweißen wärmearm gefügt werden. Neben der hohen Bauteilbelastbarkeit bei minimalem Gewicht ist vor allem die uneingeschränkte Zugänglichkeit beim Schweißen für diese Lösung vorteilhaft. In der Präsentation werden die konstruktiven Konzepte, die FE-Berechnungen zur Belastbarkeit sowie die schweißtechnische Umsetzung anhand von Schweißproben und realitätsgerechten Musterbaugruppen dargestellt. |