Schwere Loks leicht gemacht!

Bei der Konstruktion von Lokomotiven setzt Siemens Krauss-Maffei Lokomotiven GmbH (SKM), München, auf 3D CAD. Der überwiegende Teil eines Lokomotivkastens und der Karosserie besteht heute aus Aluminium- und Stahlblech. Es liegt nahe, neben einem leistungsfähigen CAD-System eine Spezialapplikation für die Blechkonstruktion einzusetzen.



Europalokomotive TAURUS Rh 1016/1116 für die Österreichischen Bundesbahnen gefertigt (Bild: Siemens Krauss-Maffei)

Erstes Projekt komplett in 3D

Seit 1992 setzte SKM AutoCAD als 2D-System ein. Zunehmende Komplexität in der Konstruktion führte zu der Entscheidung, auch 3D CAD einzusetzen. Da ein nicht geringer Anteil der in München gebauten Loks ins Ausland geliefert wird, und somit unterschiedliche Ansprüche an zu fertigende Loks entstehen, setzt man bei SKM auf ein modulares Lokomotivkonzept, welches den Bau von Loks für verschiedene Einsatzbedingungen ermöglicht, ohne dass von Grund auf neu entwickelt werden müsste. Dieses unter dem Namen EuroSprinter bekannte Konzept, erlaubt den relativ einfachen Austausch von weiterentwickelten Teilsystemen und Komponenten.

Ein Mitgleid der "EuroSprinter"-Familie ist die diesel-elektrische Lok der Baureihe Rh 2016 für die Österreichischen Bundesbahnen. Hierbei wird auf die Erfahrungen mit der bereits entwickelten Europalokomotive TAURUS Rh 1016/1116 (Bild) zurückgegriffen. Das gesamte Projekt, vom Entwurf bis zur Zeichnungsableitung, wird in 3D ausgeführt.


Ausgangslage:   "Wir waren auf der Suche nach einem System, das unsere Anforderungen in den Bereichen 2D und 3D abdeckt." erklärt Manuela Ulmer, die an der Systemauswahl bei SKM beteiligt war. "Als Ergänzung zu der vorhandenen Lösung kamen wir auf Mechanical Desktop. Für die speziellen Anforderungen in der Blechkonstruktion haben wir uns für SPI entschieden." Heute setzt SKM an 52 Plätzen Mechanical Desktop PowerPack und an fünf weiteren AutoCAD ein. SPI - 3D BLECH kommt mit acht Lizenzen zum Einsatz.

Leichtbauweise eröffnet neue Möglichkeiten


Das Leichtbaukonzept der Rh 1016/1116 wurde durch intelligente 3D Konstruktion und die Verwendung leichter Werkstoffe möglich.  (Bild: Siemens Krauss-Maffei)

Problemstellung:  "Bei früheren Lokomotivkonstruktionen bestand die Trägerplatte aus einem massiven Profil", erläutert Konstrukteur Dirk Fleischmann die Problemstellung. "Der Kopfquerträger der Rh 2016 wird für einen Belastungsdruck von 150 t ausgelegt. Das bedeutet bei herkömmlicher Konstruktion einen ungünstigen Kraftverlauf, führt zu immer stärkeren Profilen, und schließlich zu einem Gesamtgewicht, mit dem die Lok nicht mehr sinnvoll auf die Schiene gebracht werden kann." Diese und andere Erkenntnisse mündeten in die Entscheidung, in Leichtbauweise zu konstruieren. Im Wesentlichen werden für den Wagenkasten relativ dünne (bis 8 mm) Stahlbleche verwendet. Verschiedene Bauelemente sind auch in Aluminium ausgeführt. Seine Festigkeit erhält der Lokomotivkasten durch eine intelligente Kastenquerschnittsversteifung.

Speziallösung für Blechkonstruktion


In 3D werden komplexe Konstruktionen verständlich: Schneeräumer der Rh 1016/1116
(Bild: Siemens Krauss-Maffei)

Lösung: Solche Teile werden mit SPI BLECH konstruiert und abgewickelt. Praktiker Fleischmann erläutert die Vorteile: "Komplizierte Sachverhalte wie ineinander greifende Bleche sind in 3D viel anschaulicher. Ich kann z. B. die Schweißbarkeit besser beurteilen und kann das Ergebnis auch in der Fertigung verständlicher präsentieren. Wir können mit SPI schneller und besser konstruieren. Gerade die blechtypischen SPI-Kommandos, wie das Verlängern eines Blechs auf ein anderes Bauteil hin, ersparen uns umständliche Konstruktionen. Mit SPI erhalten wir eine wirklich präzise Abwicklung. Ich kann davon ausgehen, dass die Teile passen. Auch bei einfachen Teilen wirkt sich das sehr positiv aus."

Hohe Zeitgewinne bei der Zeichnungsableitung

Große Vorteile des 3D sieht Konstrukteur Dirk Fleischmann bei der Untersuchung des Lichtraumprofils, bei Bauraumuntersuchungen, vor allem aber im Zeitgewinn bei der Zeichnungsableitung: "Früher wurden verschiedene Details während der Projektierung nur skizziert. Anschließend wurde die Zusammenbauzeichnung aufwendig mit verschiedenen Schnitten gezeichnet. Gerade bei Schweißkonstruktionen, bei denen man mitunter für jede Schweißnaht einen eigenen Schnitt benötigt, bringt uns die Ableitung aus 3D einen auffälligen Zeitgewinn. Bei herkömmlicher 2D-Detaillierung waren wir gezwungen, bei Modifikationen in mehreren Ansichten zu ändern. Jetzt lassen sich 3D Baugruppen von verschiedenen Konstrukteuren zusammenführen und hieraus die Ansichten ableiten." Die Zeichnungserstellung machte ca. 70% der gesamten Arbeitszeit aus. In dieser Phase werden heute Zeitgewinne von ca. 50% gegenüber der vormals aufgewendeten Zeit möglich.


SPI BLECH erfüllt die typischen Anforderungen andie Blechkonstruktion. Detail: Verkleidung und Rangiertritt. (Bild: Siemens Krauss-Maffei)

AutoCAD, Mechanical Desktop und SPI Blech stellen eine durchgängige Lösung dar, mit der bei Siemens Krauss-Maffei die gesamte Konstruktion der Lokomotiven erfolgt. Die Auswahl überzeugte aufgrund des problemlosen Zusammenspiels, seiner hohen Effizienz beim Konstruieren und Abwickeln, bei der Zeichnungsableitung, und den insgesamt daraus resultierenden verbesserten Ergebnissen.

Der Autor dieses Artikels ist Christian Burdorf, Mitarbeiter der SPI, Ahrensburg

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