Leichtbau | HÖRMANN Vehicle Engineering

3-D FiberTrain

Entwicklung eines werkzeuglosen Fertigungsverfahrens zur Herstellung großformatiger und hochbelastbarer Schienenfahrzeugkomponenten

Projektzeitraum: Sep 2023- Jun 2026 | Projektpartner: Fraunhofer IWU, Lakowa Kunststoffbe- und verarbeitungs GmbH, Siemens Mobility GmbH (assoziiert)

Additive thermoplastische Kunststoffverarbeitungsverfahren bieten vollkommen neue Potentiale für eine deutliche Kosten-, Zeit- und Materialeinsparung sowie für eine Verringerung des CO2- Fußabdruckes insbesondere bei kleinen bis mittleren Seriengrößen. Das Forschungsvorhaben zielt auf die Erforschung und Entwicklung einer neuartigen thermoplastischen Technologie, die den Großformat-3D-Druck mit dem 3D-Tapelegeprozess kombiniert und dadurch die werkzeugfreie Fertigung von geometrisch komplexen und hochbelastbaren Großkomponenten für Schienenfahrzeuganwendungen – wie etwa Frontmasken, Dachstrukturen etc. – erlaubt. Der Verzicht auf Formwerkzeuge, der hohe Automatisierungsgrad sowie der Einsatz wiederverwendbarer thermoplastbasierter Ausgangsmaterialien führt unmittelbar zu reduzierten Herstellungskosten und einer deutlich verbesserten Ressourceneinsparung im Gegensatz zur konventionellen Fertigung solcher Schienenfahrzeugkomponenten mit klassischen duroplastbasierten Faserverbundverfahren.

Gefördert durch:

HÖRMANN Vehicle Engineering_Innovationen_3D FiberTrain

PulPro – SMC

Einsatz von Pultrusion-Profilen in Kombination mit lastpfadgerechten SMC aus recycelten Kohlenstofffasern in Rohbaustrukturen von Schienenfahrzeugen

Projektzeitraum: Okt 2023- Jun 2026 | Projektpartner: Conbility GmbH, Fraunhofer IWU, LSE-Lightweight Structures Engineering GmbH, Modellbau Roth GmbH & Co. KG, Polynt Composites Germany GmbH

Um unterschiedliche Perspektiven und Anwendungen der Querschnittstechnologie Leichtbau zusammenzubringen und weiterzuentwickeln, verbindet das FuE-Vorhaben PulPro-SMC unter Federführung der HVE GmbH gezielt Kompetenzen aus mehreren Leichtbau-Disziplinen mit dem Fokus der ressourceneffizienten – und damit CO2-reduzierten – Herstellung von serienfähigen Strukturbauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen für die Massenmärkte auf Straße und Schiene. Speziell die Verknüpfung der sich nach allgemeinem Verständnis eher widersprechenden Bereiche Leichtbau, Crashsicherheit und Wirtschaftlichkeit stellt eine große Herausforderung in dem Projekt PulPro-SMC dar. Angestrebtes Gesamtziel ist die Realisierung einer effizienten und wirtschaftlichen Herstellungstechnologie für faserverstärkte Leichtbau-Fahrzeugstrukturen in einem modifizierten Pultrusionsverfahren in Kombination mit einem lastpfadgerecht verstärkten Recycling-SMC-Formgebungsprozess. Der Technologienachweis soll anhand einer realen Schienenfahrzeugkomponente geführt werden.

Gefördert durch:

HÖRMANN Vehicle Engineering_Innovationen_PulPro

AnoWaAs

Entwicklung eines neuartig und modularen Wagenkastens für Schienenfahrzeuge

Projektlaufzeit: Mai 2021 – April 2024 | Projektpartner: ALSTOM, DLR - Institut für Fahrzeugkonzepte, elemag GmbH, GSI mbH Niederlassung SLV Berlin-Brandenburg, Rausch Metalltechnik GmbH, Uni Stuttgart - Institut für Maschinenelemente, 3A Composites GmbH

Im Rahmen des Projekts wird systematisch ein neuartiger, modularer Wagenkasten für Schienenfahrzeuge entwickelt. Bezüglich Struktur und Architektur wird dieser möglichst optimal an alternative Antriebssysteme (Batterie und Brennstoffzelle) angepasst. Ziel ist es die schweren Komponenten, unter Berücksichtigung der mechanischen Wagenkastenarchitektur und dem signifikanten Leichtbau, optimal zu integrieren. Dabei erhalten Kosteneffizienz, Fertigung, Instandhaltung und Recycling einen besonders hohen Stellenwert. Anhand verschiedener Methoden wird die komplette Entwicklungskette abgebildet: von grundsätzlichen, verfahrensbasierten Packaging-Untersuchungen über Bauweisenentwicklungen, neuartige Konstruktion- und Auslegungsverfahren bis hin zu optimierten Fertigungs- und Montageverfahren und die prototypische Umsetzung beispielhafter Komponenten, wobei der Leichtbau immer im Vordergrund steht. Die Ähnlichkeiten von Nutzfahrzeugkarosserien und den Wagenkästen von Schienenfahrzeugen werden genutzt und erkannte Synergien zwischen beiden Bereichen konsequent verfolgt. Daher umfasst das Konsortium Partner, die über eine Expertise in beiden Branchen und darüber hinaus verfügen. Die Ergebnisse werden zur Stärkung der deutschen Wirtschaft im Leichtbau und zur CO2 Einsparung beitragen.

INTEGRAL (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Das Verbundvorhaben zielte auf die Entwicklung hochintegrativer Großkomponenten in Leichtbauweise aus belastungsoptimierten Faser-Kunststoff-Verbund-(FKV-)Materialien für moderne Schienenfahrzeuge. Im Projektfokus stand sowohl die Konzeptentwicklung wettbewerbsfähiger Schienenfahrzeugdächer mit Gewichtsreduzierung und deutlich geringerem Montageaufwand gegenüber konventionellen, vielteiligen Dachstrukturen als auch die Erarbeitung von serientauglichen und wettbewerbsfähigen Fertigungsprozessen. Die Erzielung eines hohen Leichtbaugrades der Dachstruktur wurde dabei durch konsequente Ausnutzung des Stoff- und Strukturleichtbaus mit belastungs-gerechten FKV-Bauweisen sowie des Funktionsleichtbaus durch die Integration von Anbauteilen (z.B. Klimakanäle, Kabelschächte, Behälter) und Lasteinleitungen erreicht. Zur Demonstration der konstruktiven und technologischen Projektergebnisse wurde eine prototypische FKV-Leichtbaudachstruktur für moderne Straßenbahnen mittels seriennaher Technologien hergestellt, unter wirklichkeitsnahen Bedingungen getestet sowie im Fahrzeug durch angepasste Fügeverfahren integriert.

Diese Projekt wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz und TÜV Rheinland

HÖRMANN Vehicle Engineering_Innovationen_Integral

FunPul (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Im Projekt entwickelten die Partner unter der Federführung der Hörmann Vehicle Engineering GmbH (HVE) ein mechanisch funktionalisiertes Leichtbauprofil für den Schienenfahrzeugbau. Die hybriden Pultrusionsprofile ersetzen bei gleichbleibender Wirtschaftlichkeit stranggepresste Aluminiumprofile im Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs und steigern dabei erheblich den Leichtbaugrad .

Parallel dazu wurden in Kooperation mit der FiberCheck GmbH (FC) ein sensorisch funktionalisiertes Leichtbauelement für Rotorblätter in Windenergieanlagen (WEA) entwickelt. Hierbei wurden gestickte Dehnungssensoren, die der Überwachung dienen, in die pultrudierten Funktionsbauteile integriert. Die hybriden Profile für den Schienenfahrzeugbau wurden ebenfalls durch eine sensorische Funktion erweitert.

Diese Projekt wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz und Projektmittelträger Jülich (PtJ)

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RESOLVE (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Im Rahmen des Regionalen Wachstumskerns „thermoPre plus“ wurden grundlegend neue Ansätze zur ressourcen- und kosteneffizienteren Herstellung von funktionsintegrierten thermoplastischen Hochleistungsbauteilen mit Endlosfaserverstärkung erforscht und bis zu einem Technologiereifegrad (TRL) der Stufe 4 geführt. Die entstandene Technologiebasis erlaubt die Herstellung von endkonturierten Textilhalbzeugen mit belastungsgerechter Faserausrichtung in einem vollautomatisierten, kontinuierlichen „Rolle-zu-Rolle“-Prozess (effiLOAD-Technologie).

Im Forschungsvorhabens RESOLVE sollen nun die Qualifikation der Technologieansätze im Bereich der experimentellen Entwicklung vorangetrieben – und passgenaue, bionisch gestützte Konstruktionsmethoden bzw. Bauweisen erarbeitet werden. Durch die damit verbundene, deutliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit, Ressourceneffizienz und Produktivität, kann eine signifikante Erweiterung und Diversifizierung der Einsatzfelder von endlosfaserverstärkten thermoplastischen Faserverbundmaterialien erzielt werden, wodurch intelligente und klimafreundliche Leichtbaulösungen in die breite industrielle Anwendung getragen werden. Aufgrund der großen Interdisziplinarität der Entwicklungsinhalte, wird – den förderpolitischen Zielen entsprechend – dabei ein branchenübergreifender Wissens- und Technologietransfer gefördert, wodurch ein wertvoller Betrag zur Sicherung des Industriestandortes Deutschland geleistet wird. Darüber hinaus kann das Vorhaben, wie in Kapitel V überschlägig dargestellt, einen maßgeblichen Betrag zur Erreichung der Klimaziele leisten.

Diese Projekt wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz und Projektmittelträger Jülich (PtJ)

hybridBogie (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Mit dem Verbundprojekt hybridBOGIE entwickelte HÖRMANN Vehicle Engineering ein Drehgestell (DG) der neusten Generation. So entstand ein Drehgestell mit besseren Parametern in der Funktionalität, im Gewicht, in der Laufleistung und der Geräuschemission. Dies wurde durch die Erforschung einer Hybrid-Mischbauweise mit schwingungsdämpfenden Materialien und der aktiven Integration von Federungselementen in die Funktionsstruktur des Drehgestellrahmens (DGR) erreicht.

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Herstellungsprozesses zur Fertigung eines Hybridfaser-Drehgestellrahmens einschließlich des Demonstratoren- und Musterbaus. Außerdem ist die Auslegung und Einbindung eines Sensornetzes in den Drehgestellrahmen für eine permanente Bauteilüberwachung Bestandteil des Teilprojekts. Ebenfalls wurde ein Konzept zum Schutz der schlagempfindlichen Rahmenstruktur vor Steinschlag erforscht.

Dieses Projekt wurde gefördert durch: EFRE und SAB

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thermoPre plus (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Im Verbundprojekt mit regionalen Industriepartnern und Forschungseinrichtungen sollten leichte Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) mit ihren besonderen mechanischen Eigenschaften (Hochleistungspolymere) zu Halbzeugen, sogenannten Prepregs, verarbeitet werden und an Hochleistungsstrukturbauteile im Automobil und Schienenfahrzeugbau zum Einsatz kommen. Auf Basis neuartiger belastungsdedizierter Faserverbundstrukturen (effiload Halbzeuge) konzipierte HÖRMANN Vehicle Engineering als Verbundkoordinator einen einteiligen innovativen Straßenbahnsitz. Dieser ist 25 Prozent leichter als vergleichbare Sitzkomponenten und miniert den Montageaufwand erheblich . Solche thermoplastischen Faserverbundbauteile verfügen aufgrund ihrer kurzen Zykluszeiten bei der Bauteilherstellung über ein großes Potential für Serienanwendungen.

Diese Projekt wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung und Projektmittelträger Jülich (PtJ)

Innovatives Leichtbauchassis (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

HÖRMANN Vehicle Engineering unterstützte die HÖRMANN Automotive GmbH bei der Entwicklung eines neuen Integral-Chassis-Konzept für leichte Nutzfahrzeuge. Das Konzept baut fertigungstechnologisch auf den Ergebnissen des erfolgreich abgeschlossenen Sonderforschungsbereichs 666 „Integrale Blechbauweisen höherer Verzweigungsordnung – Entwicklung, Fertigung, Bewertung“ der TU Darmstadt auf. Es bringt die dort erarbeiteten Technologien in eine Anwendung des Fahrzeugbaus für zukünftigen urbanen Lieferverkehr. Dabei nutzt es die verzweigten Blechstrukturen zur Realisierung neuer Schutzmechanismen für Energiespeicher von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben.