Das neue Gesicht der Personenzüge – moderne Frontpartien und Verkleidungen von Schienenfahrzeugen.

Heutzutage ist ein Personenzug mehr als nur ein Transportmittel. Ein solcher Zug oder eine Straßenbahn ist heute Teil der modernen Landschaft, Aushängeschild des Betreibers, Symbol für Innovation und zunehmend auch Umsetzung der nachhaltigen Entwicklung in der Praxis. In diesem Zusammenhang gehört die Gestaltung der Außenelemente von Schienenfahrzeugen nicht nur zur Ästhetik, sondern auch zur fortschrittlichen Technik und zur Sicherheit auf dem hohen Niveau der europäischen Standards.

Normen und Standards im Vordergrund

Obwohl die Außenverkleidung eines Fahrzeugs in erster Linie mit seinem Aussehen in Verbindung gebracht wird, hat in Wirklichkeit jede Wölbung, jede Prägung und jeder Neigungswinkel Auswirkungen auf konkrete technische Parameter: Luftwiderstand, Geräuschpegel, Energieverbrauch, Festigkeit der Konstruktion und Aufprallsicherheit.

Daher müssen Stilisten und Ingenieure beim Designen und Konstruieren der Front oder der Seitenverkleidung eines Schienenfahrzeugs eine Reihe von konstruktiven und formalen Anforderungen berücksichtigen, aus den Normen und Standards, welche in der Europäischen Union gelten. Je nach Projekt sind dies u.a.:

• TSI LOC&PAS – Technische Spezifikationen für die Interoperabilität von Lokomotiven und Reisezugwagen, welche Anforderungen festlegen, u.a. an die Konstruktion der Wagenkästen, an die Sicherheit und an die Kompatibilität mit der Infrastruktur;
• EN 12663 – eine Norm mit den Konstruktions- und Festigkeitsanforderungen an Wagenkästen von Schienenfahrzeugen; beschreibt Tragfähigkeit, Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen außergewöhnliche Lasten und dynamische Betriebslasten;
• EN 13749 – eine Norm zur Konstruktion und Prüfung von Drehgestellen für Schienenfahrzeuge, insbesondere im Hinblick auf Dauerfestigkeit und dynamische Lasten;
• EN 15085 – eine Norm zum Schweißen von Schienenfahrzeugen und deren Bauteilen, welche für die Sicherheit der Bauteilverbindungen von entscheidender Bedeutung ist;
• EN 15227 – eine Norm mit den Anforderungen für passive Sicherheit (Crashworthiness), gibt Kollisionsszenarien an und Mindestwerte für die durch die Konstruktion aufzunehmende Energie;
• EN 17149 – eine Norm mit dem Verfahren zur Festigkeitsbewertung von Strukturen der Schienenfahrzeuge;
• EN 45545 – eine Norm zum Brandschutz von Werkstoffen für Schienenfahrzeuge, einschließlich Außenbauteile;
• VDV 152 – Empfehlungen für die Konstruktion von Straßenbahnen und von leichten Schienenfahrzeugen, einschließlich Kriterien für die Infrastrukturkompatibilität und die Sicherheit der Fahrgäste, sowie für die Wagenkastenkonstruktion;
• DVS 1612 – Richtlinien mit den Anforderungen an die Qualität der Konstruktion und der Fertigung von dünnwandigen, geschweißten Stahlstrukturen, wie sie für Schienenfahrzeuge typisch sind, insbesondere im Hinblick auf die Dauerfestigkeit und die Qualitätskontrolle von Schweißnähten;
• DVS 1608 – Richtlinien mit der Prozeduren Beschreibung und mit den Anforderungen an dünnwandige Strukturen aus leichten Aluminiumlegierungen, insbesondere im Hinblick auf Schweißverfahren und auf Festigkeitsbewertung solcher Verbindungen in Schienenfahrzeugen;
• VDI 2230 – Richtlinien für die Berechnung hochbelasteter Schraubverbindungen, die häufig bei der Konstruktion von Schienenfahrzeugen zum Einsatz kommen, wo Haltbarkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit der mechanischen Montage von entscheidender Bedeutung sind.

Aufgrund dieser detaillierten und vielsichtigen Vorschriften erfordert das Entwerfen von Außenkomponenten für Schienenfahrzeuge nicht nur technisches Wissen, sondern auch die Erfahrung im Interpretieren der Normen, welche häufig durch spezielle Zertifikate bestätigt wird. Das äußere Erscheinungsbild eines Zuges betrifft nicht nur Ästhetik, sondern vor allem die Sicherheit, Langlebigkeit und die Einhaltung der Betriebsanforderungen. Daher sollten Ingenieure diese Aspekte bereits in der frühesten Phase des Entwurfs berücksichtigen – von den ersten Skizzen (Design, Entwurf, CAD) über Berechnungsanalysen (Festigkeit, CAE) bis hin zu den Entscheidungen über die Werkstoffe und Verfahren.

Aerodynamik, Ästhetik und Branding

Die Front eines Zuges ist sein markantestes Merkmal. Hier konzentriert sich die Aufmerksamkeit der Fahrgäste und der Nutzer der Infrastruktur. Deshalb, in den Zeiten des modernen Verkehrs, betrachten immer mehr Unternehmen das äußere Erscheinungsbild eines Schienenfahrzeugs als Teil ihrer Markenidentität. Die charakteristische Form, die stilistischen Details, die Beleuchtungselemente und die Farbgebung – all dies beeinflusst die Wiedererkennbarkeit der Marke und die wahrgenommene Modernität des Fahrzeugparks.

Neben der Ästhetik hat das Aussehen der Zugfront jedoch auch eine entscheidende technische Bedeutung: eine stromlinienförmige Form kann den Luftwiderstand um bis zu mehrere Prozent reduzieren. Dies führt zu realen Energieeinsparungen und verbessert den Fahrkomfort durch weniger Lärm, Vibrationen und Turbulenzen.

Der moderne Ansatz bei der Gestaltung der Fahrzeugfront verbindet zunehmend Funktionalität mit innovativen Trends in Technik und Design, wie zum Beispiel:

• Biomimetik und Aerodynamik inspiriert von der Natur – z. B. Linien, die an einen Eulenschnabel oder einen Delfin erinnern, reduzieren den Luftwiderstand und den Geräuschpegel, z. B. bei Tunnelfahrt.
• Integration intelligenter Technologien – Außenkameras (Spurkameras), aktive Kühlklappen, Radarsysteme – all dies erfordert ausreichend Platz und eine entsprechende strukturelle Absicherung.
• Modularität und Vereinheitlichung – Reduzierung der Anzahl der Konstruktionsvarianten zugunsten von Komponenten, die für mehrere Modelle gemeinsam sind, und dadurch Senkung der Kosten für Produktion, Lagerung und Wartung.
• Passive Sicherheit – Knautschzonen, Energieabsorber und strukturelle Verstärkungen, welche die Folgen möglicher Unfälle oder Beschädigungen minimieren, müssen sorgfältig in die Frontpartie integriert werden, ohne die optischen Eigenschaften zu beeinträchtigen.
• Visuelle Identifizierung – Verkehrsunternehmen erwarten zunehmend die Möglichkeit, die Fahrzeugfront zu „personalisieren“, damit sich beispielsweise verschiedene Linien (Regional-, Stadt-, internationale Linien) stilistisch voneinander unterscheiden können, ohne dass dabei die technologische Basisplattform geändert wird.

Die Vielzahl der zu erfüllenden Normen, in Verbindung mit den aktuellen und kommenden Trends, macht die Konstruktion von Zügen zu einem komplexen Prozess, bei dem Ästhetik mit Funktionalität und der Sorge um den Komfort und das Wohlbefinden der Fahrgäste verbunden sind. Das Ergebnis ist, dass eine gut gestaltete Fahrzeugfront nicht nur das Aushängeschild des Fahrzeugs ist, sondern auch einen echten Vorteil in Bezug auf Betrieb und Wirtschaftlichkeit darstellt.

Materialien der Zukunft: leicht, langlebig und umweltfreundlich

Beim Entwerfen der Außenelemente müssen Ingenieure berücksichtigen, dass eine moderne Verkleidung nicht nur aerodynamisch, sondern auch leicht, witterungsbeständig und sicher sein muss. Aus diesem Grund werden zunehmend folgende Materialien verwendet:

• Aluminium und seine Legierungen – leicht, korrosionsbeständig und zum Schweißen geeignet (gemäß EN 15085),
• Verbundwerkstoffe, ideal für die Gestaltung von Knautschzonen gemäß EN 15227,
• moderne Strukturklebstoffe, welche die Integrität und Ästhetik unterstützen, aber auch Schweißnähte überflüssig machen und das Risiko von gefährlichen Brüchen verringern.

Die Auswahl der richtigen Konstruktionswerkstoffe wird zu einem entscheidenden Faktor im Konstruktionsprozess – sie beeinflusst nicht nur das äußere Erscheinungsbild des Fahrzeugs, sondern auch seine Haltbarkeit, Sicherheit, sein Gewicht und seine Fertigungsfreundlichkeit.

Unterstützung durch moderne Technik

In der heutigen Schienenfahrzeugindustrie ist die Zeit bis zur Umsetzung eines Projekts genauso wichtig wie dessen Qualität. Wie kann man jedoch die Front und die Verkleidung eines Fahrzeugs so konstruieren, dass sie strenge Anforderungen nach einer minimalen Anzahl von Iterationen erfüllen? Der Schlüssel liegt in der Kompetenz des Projektteams und in dem Einsatz geeigneter technischer Hilfsmittel.

Zu den Lösungen, die bei der Konstruktion solcher Elemente von entscheidender Bedeutung sind, gehören unter anderem technische Analysen (CAE). Bei Zügen ermöglichen sie:

• die Optimierung der Konstruktion hinsichtlich Festigkeit und Gewicht (gemäß EN 12663),
• die Analyse des Verhaltens der Struktur bei Kollisionen (gemäß EN 15227),
• Optimierung der Topologie und der geometrischen Parameter,
• Verbesserung des Komforts für Fahrgäste und Fahrer durch akustische und thermische Analysen (gemäß EN 14750 und EN 14813),
• Identifizierung potenzieller Schwachstellen bereits vor dem Prototypenbau.

Dank CAE-Analysen ist es möglich, den Entwicklungszyklus erheblich zu verkürzen, Kosten zu senken und die Konstruktion sowohl an die betrieblichen Anforderungen als auch an die ästhetischen Erwartungen anzupassen. Es handelt sich um ein Werkzeug, das bewusste Entscheidungen bereits in den frühesten Phasen des Projekts unterstützt.

Was bringt die Zukunft?

Die Entwicklungsrichtungen in der Bahnindustrie sind heute klar umrissen: Automatisierung, Ökologisierung und Digitalisierung. Sie prägen die neuen Erwartungen an das Außendesign, das mit der zunehmenden Komplexität der Technologie Schritt halten und diese gleichzeitig unterstützen muss.

In den kommenden Jahren ist Folgendes zu erwarten:

• die Züge werden noch leichter und energieeffizienter, dank moderner Werkstoffen, Hybridstrukturen und optimierter Aerodynamik,
• die Höchstgeschwindigkeiten werden weiter steigen – was bedeutet, dass die Fahrzeugfront und die gesamte Karosserie immer strengere Anforderungen an Aerodynamik und Festigkeit erfüllen müssen, bei gleichzeitig geringem Geräusch- und Vibrationsniveau,
• Knautschzonen werden mithilfe digitaler Zwillinge und fortschrittlicher Crash-Analysen entwickelt, was die Sicherheit erhöht, ohne dass die Konstruktion übermäßig verstärkt werden muss.
• Die visuelle Identifizierung wird eine neue Bedeutung gewinnen – insbesondere bei autonomen und städtischen Verkehrsmitteln, die Teil intelligenter Mobilitätssysteme werden und deren Aussehen einer der wichtigsten Kontaktpunkte mit dem Nutzer sein wird.

Das Außendesign wird zu einem integralen Bestandteil der Technologie und beeinflusst die visuelle Wahrnehmung, die Effizienz, die Sicherheit und die zukünftige Skalierbarkeit von Transportlösungen.

Zwischen Technik und Reiseerlebnis

Das Design der Außenelemente von Schienenfahrzeugen ist heute ein Prozess, der Ingenieurwesen, Aerodynamik, Sicherheitsnormen, Ästhetik und visuelle Identifikation miteinander verbindet. Jede Rundung, jede Prägung und jedes Materialdetail ist das Ergebnis hunderter Entscheidungen, die auf Daten, Vorschriften, Zertifizierungen, der Erfahrung des Designteams und modernen Ingenieurwerkzeugen basieren.

In Zeiten steigender Geschwindigkeiten, der Automatisierung und Ökologie wird das äußere Erscheinungsbild sowohl zu einem „Schutzschild“ als auch zu einer Visitenkarte. Es prägt den ersten Eindruck und hat einen realen Einfluss auf die Effizienz und das Reiseerlebnis.

Bei Endego unterstützen wir Hersteller von Schienenfahrzeugen in einem breiten Spektrum der Konstruktion und Optimierung von Schienenfahrzeugen. Wir laden Sie ein, sich mit der Beschreibung unserer ausgewählten Projekte vertraut zu machen:

• Modernisierung der Konstruktion der Frontpartie eines elektrischen Zugsatzes
• Optimierung der Konstruktion einer Lokomotive
• Straßenbahnkarosserien Jazz Duo und Krakowiak
• Festigkeitsanalyse der Konstruktion eines Kohlewagens

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