Züge müssen auf ihrer Fahrt verschiedenen von außen wirkenden Kräften Stand halten. Egal ob Druck, Wind oder starker Niederschlag: Die Fahrgäste im Inneren sollen trotz dieser Einflüsse sicher reisen und an ihr Ziel kommen können. Dafür wurden mit der Zeit Materialien und Bauweisen ausgetestet und immer weiter optimiert. Auch an einem geringeren Energieverbrauch wird zunehmend geforscht.

Diese Kräfte wirken auf einen Zug

Neben Wind und Niederschlag ist die Schalung eines Zuges vor allem verschiedenen Drucksituationen während der Fahrt ausgesetzt. Zum einen wirkt der Luftwiderstand auf das Fahrgestell ein. Dazu kommt der Überdruck, der entsteht, wenn ein Zug durch einen Tunnel fährt. Außerdem muss der Zug seine Fahrgäste bei einem Unfall oder einer Entgleisung ausreichend schützen. Um dies zu gewährleisten, wird mit verschiedenen Materialien gearbeitet.

Von Holz zu Leichtmetall

Dass Zugwagen früher aus Holz mit Eisenrahmen bestanden, kann man sich heute nur schwer vorstellen. Seit 1920 werden metallische Baustoffe im Zugbau eingesetzt. Der Wagenkasten, also das Gehäuse eines Wagens, besteht meist aus einem stabilen Stahl- oder Aluminiumskelett. Darauf werden Außenbleche angebracht, die im Falle einer Beschädigung einfach und kostengünstig ausgetauscht werden können. Mit dieser Bauweise werden zum Beispiel Straßenbahnen konstruiert.
Eine Regionalbahn und ein ICE wiederum bestehen aus sogenannten Stangenpressprofilen, der Wagen wird also aus einem Guss gefertigt. Nachdem die Schalung fertig ist, werden Türen und Fenster hineingeschweißt. Das Gestell ist selbsttragend, und besteht meist aus Aluminiumschichten. Als Aluminium-Sandwich-Bauweise wird das gängigste Verfahren bezeichnet. Damit werden sowohl Böden und Seitenwände, als auch Innenverkleidungen hergestellt. In Verbindung mit anderen Materialien entstehen sogenannte Hybrid-Strukturen, die individuell auf den Zug angepasst werden können.

Reisen mit ultraleichten Kunststoffen

In der Luft- und Raumfahrtechnik wird schon lange auf den Einsatz ultraleichter Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen gesetzt. Diese sollen nun auch im ICE und anderen Hochgeschwindigkeitszügen zum Einsatz kommen. Der Vorteil der Baustoffe ist, dass deutlich weniger Energie bei der Fahrt verbraucht wird. Um bis zu 75% könnten die Züge leichter werden. Anstelle von Schrauben werden die Teile immer häufiger geklebt: So lässt sich der Zug aus dem optimalen Materialmix zusammenfügen. Für die Innenverkleidung beispielsweise wären Naturfasern und naturstoffbasierten Harze eine interessante Alternative zu bestehenden Materialien. Mit digitalen Animationen kann gut erforscht werden, wie die Faserverbundwerkstoffe auf äußere Einflüsse reagieren.

Züge aus dem 3D-Drucker

Die Deutsche Bahn stellt schon heute bestimmte Zugteile mit dem 3D-Drucker her. So können Ersatzteile gezielt produziert und Ressourcen gespart werden. Außerdem werden lange Wartezeiten und Transportkosten reduziert. Die Technik kommt unter anderem bei der Herstellung von Mantelhaken, Handlaufschildern in Blindenschrift sowie sicherheitsrelevanten Teilen im Bremsbereich von Fahrzeugen zum Einsatz.