Leichtbau-Entwicklung überzeugt Jury 08.10.2020, 12:26 Uhr

Innovativstes KMU der europäischen Bahntechnik kommt aus Dresden

Ein CFK-Leichtbau-Drehgestellrahmen in innovativer Differentialbauweise hat die europäische Jury überzeugt: Die erst 2015 gegründete CG Rail GmbH Dresden hat den europäischen „ERCI Innovation Award 2020“ in der Kategorie „Innovativstes KMU“ gewonnen. Damit wird das Know-how des jungen Teams in den Feldern Systemleichtbau, Konstruktion und Schienenfahrzeugtechnik geehrt.

Im Auftrag des weltgrößten Schienenfahrzeugherstellers realisierte das Dresdener Team Module wie Frontkabine, Wagenkasten, Unterflurverkleidung und Drehgestellrahmen  für den „Metrovo“, den weltweit ersten Metro-Leichtbauzug, der fast vollständig aus CFK-Komponenten besteht. Foto: CG Rail

Im Auftrag des weltgrößten Schienenfahrzeugherstellers realisierte das Dresdener Team Module wie Frontkabine, Wagenkasten, Unterflurverkleidung und Drehgestellrahmen für den „Metrovo“, den weltweit ersten Metro-Leichtbauzug, der fast vollständig aus CFK-Komponenten besteht.

Foto: CG Rail

Mit dem Schienenverkehr verbinden viele Fahrgäste seit mehr als 150 Jahren „Stahlkolosse“. Doch inzwischen halten Leichtbaumaterialien zunehmend Einzug und sorgen auch bei Schienenfahrzeugen für deutliche Gewichtsreduktionen. Daraus resultieren deutliche Verbesserungen bei der Effizienz und Reduzierungen bei Verbrauch und Emissionen.

Viel Leichtbau-Know-how „schlummert“ auch in deutschen KMU. Ein Beispiel ist das sächsische Engineering-Unternehmen GC Rail, das aktuell die hohe Auszeichnung für seine innovative, eigenentwickelte Fahrgestellkomponente aus CFK (kohlenstoffaserverstärkter Kunststoff) erhielt. Die Awards werden jährlich vom ERCI – ein Zusammenschluss der europäischen Eisenbahncluster – für die drei besten Neuentwicklungen in der Bahntechnik verliehen. Außer dem innovativsten Mittelständler wird dabei auch noch eine herausragende Entwicklung eines Großunternehmens geehrt. Ergänzend wird ein Jury-Preis unter allen Bewerbern vergeben. Diese beiden Preise gingen an türkische Unternehmen. CG Rail setzte sich in seiner Kategorie gegen eine starke Konkurrenz von 19 weiteren Bewerbern aus sieben verschiedenen Ländern durch und reiht sich in eine Reihe namhafter Preisträger wie Deutsche Bahn und Siemens ein.

Der Leichtbau-Drehgestellrahmen aus CFK der Dresdener Firma CG Rail hat den „ERCI Innovation Award 2020“ erhalten.

Foto: Michael Schmidt – www.schmidt.fm

KMU setzt Entwicklungs-Benchmarks

Die Bezeichnung CG Rail steht für „Chinesisch-Deutsches Forschungs- und Entwicklungszentrum für Bahn- und Verkehrstechnik Dresden GmbH“. In der Weiterentwicklung des jungen Unternehmens geht es seit der Gründung im Mai 2015 sozusagen „Schlag auf Schlag:

  • Im August 2015 wird der Vertrag zur Entwicklung eines neuartigen Metro-Zuges in carbonintensiver Leichtbauweise zwischen CRRC (China Railway Rolling Stock Corporation) und CG Rail unterzeichnet.
  • Im Juni 2016 wird die erste CFK-Komponente – eine Leichtbau-Frontkabine für den „Cetrovo“ – fertiggestellt.
  • Ab dem November 2016 werden Montagevorrichtungen und die ersten Maschinen im „Rail Innovation Center“ installiert. Zwischenzeitlich werden bereits Prototypen von Komponenten bei Zulieferern hergestellt.
  • Im März 2017 ist der erste Prototyp des Leichtbau-Drehgestellrahmens in innovativer CFK-Differentialbauweise fertiggestellt. Bis zum Januar 2018 durchläuft das Bauteil erfolgreich statische und zyklische Tests.
  • Im März 2018 wird der erste Leichtbau-Wagenkastens im Multi-Material-Design montiert.
  • Im September 2018 folgt die Präsentation des weltweit ersten Zuges in carbonintensiver Systemleichtbauweise durch CRRC auf der Bahntechnik-Weltleitmesse InnoTrans Berlin.

Das große Interesse der chinesischen Partner und auch staatlicher chinesischer Stellen an den innovativen Entwicklungen aus Dresden belegen über die Jahre zahlreiche Besuche am Standort. Zu Gast waren unter anderem die jeweiligen chinesischen Minister für Wissenschaft und Technologie, der Botschafter der Volksrepublik China sowie die jeweiligen CEOs des Partners CRRC – des weltgrößten Schienenfahrzeugherstellers mit etwa 18 Milliarden Euro Jahresumsatz.

Kerngeschäftsfeld von CG Rail ist die Entwicklung innovativer Leichtbauweisen, Materialien und Technologien auf dem Gebiet der Bahn- und Verkehrstechnik, speziell für Hochgeschwindigkeitszüge und U-Bahnen. Die Lösungen finden darüber hinaus Anwendung in weiteren Mobilitätsbranchen sowie in der Produktionstechnik. Zunehmend interessant werden sie inzwischen ebenso für den Nutzfahrzeug- und Busbereich. Dort geht es darum, die mit der Antriebs-Elektrifizierung einhergehende Massesteigerung zu kompensieren. Damit kann eine Reduktion der Nutzlast umgangen werden. Außerdem lässt sich die Reichweite der Fahrzeuge auf diesem Weg steigern.

Konstruktive Details und Produktionstechnik überzeugen

Der aktuell prämierte Drehgestellrahmen von CG Rail kann aufgrund seiner Produkteigenschaften und seines Herstellungsprozesses eine echte „Sprunginnovation“ bezeichnet werden. Die Längs- und Querträger – als die vier Hauptkomponenten des Systems – bestehen vollständig aus CFK. Gegenüber herkömmlichen Metall-Bauweisen ist der Rahmen damit um fast 50 Prozent leichter. Ebenso entscheidend für den praktischen Einsatz sind die herausragenden fahrdynamischen Eigenschaften. Der CFK-Rahmen erfüllt alle gängigen Forderungen aus dem Pflichtenheft der Bahntechnik, zum Beispiel betreffend das Brandschutz- und das Impact-Verhalten. Zur kontinuierlichen Bauteilüberwachung und zustandsbasierten Instandhaltung lässt sich außerdem Sensorik integrieren. Die Entwicklungszeit war mit nur 15 Monaten bemerkenswert kurz.

Im zyklischen Test nach DIN EN 13749 hat die im Einsatz hochbelastete Komponente zwölf Millionen Lastwechsel erfolgreich überstanden. Dabei wurde das Lastniveau im Versuch sogar um bis zu 60 Prozent höher als bei der normalen Betriebslast angesetzt. Das entspricht einer Lebensdauer von mehr als 33 Jahren.

Die zyklischen Tests nach EN 13749 hat das prämierte CFK-Bauteil erfolgreich abgeschlossen und überzeugt mit hoher Lebenserwartung.

Foto: CG Rail

Überzeugend innovativ präsentiert sich auch die Fertigung des jungen Unternehmens: alle Prozesse sind hochautomatisiert. Durchgängig werden Industrie 4.0-Kriterien angewendet, die eine reproduzierbare, äußerst effiziente Produktion möglich machen. Prof. Dr.-Ing. Andreas Ulbricht, Geschäftsführer der CGRail GmbH, freut sich außerordentlich darüber, als erstes sächsisches Unternehmen die Auszeichnung erhalten zu haben. Er betont aber ebenso die Bedeutung der Zusammenarbeit im Netzwerk, die die Auszeichnung erst möglich gemacht habe: „Der Erfolg des Projekts belegt nicht nur das Wissen und Können unseres interdisziplinären Ingenieurteams, sondern steht auch stellvertretend für das generelle Leichtbau-Know-how von Industrie und Forschung in der Region Dresden. Ein Beispiel hierfür ist die große Expertise an der Exzellenzuniversität TU Dresden. Ohne dieses herausragende Netzwerk hätten wir den jetzigen Innovationsgrad nicht erreicht.“

Bauteil bewährt sich bereits im Praxiseinsatz

Der Drehgestellrahmen hat seine „Feuertaufe“ bereits im weltweit ersten CFK-Leichtbauzug Cetrovo bestanden. Für dieses Projekt von CRRC entwickelte CG Rail auch die Komponenten Frontkabine, Wagenkasten und Unterflurverkleidung in carbonintensiver Leichtbauweise. Aktuell arbeiten die 27 hochqualifizierten Beschäftigten unter anderem an der zweiten Generation des CFK-Rahmens. Dabei stehen eine noch höhere Massereduzierung und eine weitere Senkung der Fertigungskosten im Mittelpunkt. Hierzu werden ergänzende Anpassungen an der Konstruktion am Produktionsprozess vorgenommen. Der erste Einsatz ist 2021 in einer U-Bahn geplant.

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Ina Reichel ist freie Fachjournalistin aus Chemnitz. Birgit Etmanski ist Chefredakteurin der VDI-Z in Düsseldorf.

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