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Das Güterwagenkonzept m² ist ein europaweit einsetzbares, ablaufbergfähiges und modular aufgebautes Tragwagensystem, das aus zwei Fahrwerksmodulen und einem Mittellangträger mit angeschlossenen Querträgern besteht. Zur Erhöhung der Zuladung und der Flexibilität sowie der Reduzierung der Lebenszykluskosten wird der Mittellangträger einer umfassenden Neukonstruktion unterzogen. Hierfür werden Topologieoptimierungsstudien mit verschiedenen Beladeszenarien durchgeführt, um konstruktives Verbesserungspotential aufzuzeigen und Masseeinsparpotential abzuschätzen. Die Erkenntnisse aus den Topologieoptimierungen fließen in die Neukonstruktion ein, deren Hauptneuerungen und Vorteile vorgestellt werden. Außerdem werden Fertigungsaspekte besprochen und schlussendlich ein umfassendes Fazit zur Neukonstruktion des Mittellangträgers gezogen.

Die Verringerung der Masse stellt ein Schlüsselelement zur Steigerung der Energieeffizienz von Schienenfahrzeugen dar. Deswegen spiegelt sich dieses Thema auch in den Forschungsarbeiten des Railway Technical Research Institute (RTRI) in Japan und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wider. Die Dimensionierung eines Wagenkastens hängt stark von den angewandten Lastfällen ab. In Japan sind diese in der Norm JIS E 7106 definiert, in Europa durch die DIN EN 12663-1. Um die Basis für zukünftige, gemeinsame Arbeiten zu setzen, wurde sowohl ein quantitativer als auch ein qualitativer Vergleich zwischen der JIS E 7106 und der DIN EN 12663-1 durchgeführt. Ein erster Vergleich zeigte, dass beide Normen den gleichen Grundansatz verfolgen. In beiden Normen werden dynamische Lasten durch statische Ersatzlasten abgebildet. Im nächsten Schritt wurde eine Topologieoptimierung auf Basis beider Normen durchgeführt und die Ergebnisse miteinander verglichen.

Um unter anderem den Energieverbrauch von Schienenfahrzeugen zu senken, Verschleiß zu vermindern und die Kapazität zu erhöhen, werden am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) Leicht­bau­konzepte für Schienen­­fahr­zeuge entwickelt. Die heutige Auslegungspraktik kann dabei zu Über­dimen­sionie­rungen führen, da sie auf statischen Ersatzlasten basiert, denen pauschalisierte Lastan­nahmen zugrunde liegen. Die Herkunft und Höhe dieser Lastan­nahmen können teilweise nicht mehr nachvollzogen werden. In dieser Arbeit wird daher ein simulationsbasierter Prozessentwurf zur betriebsfesten Auslegung von Schienen­­fahr­zeugen vorgeschlagen und auf einen Bereich der Wagen­kastenstruktur angewandt. Zur Validierung der Simulationen wird ein Dauer­schwing­­versuch durchgeführt und die bestimmte Lebensdauer mit dem Simulations­ergebnis verglichen. Die Ergebnisse zeigen eine gute Überein­stimmung von Versuch und Simulation bezüglich des Ortes der Schädigung. Die festgestellten Abweichungen hinsichtlich der ertragbaren Schwing­zyklenzahl werden zusätzlich in Zugver­suchen an mehreren Kleinproben untersucht.