NGT CARGO ein Logistikkonzept für den Güterverkehr der Zukunft

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1 DLR.de Folie 1 NGT CARGO ein Logistikkonzept für den Güterverkehr der Zukunft Dipl.-Ing. Gregor Malzacher Dipl.-Ing. Tilo Schumann Dipl.-Ing. Mathias Böhm David Krüger (B.Eng. McGill University) Michael Mönsters (M.Sc.)

2 DLR.de Folie 2 DLR Im Überblick Erkundung der Erde und des Sonnensystems Forschung im Bereich des Umweltschutzes Entwicklung umweltfreundlicher Technologien, um Mobilität, Kommunikation und Sicherheit zu fördern Ca Mitarbeiter arbeiten in 40 Forschungsinstituten und Einrichtungen an 20 Standorten. Außenbüros in Brüssel, Paris, Tokio und Washington. LUFTFAHRT RAUMFAHRT ENERGIE VERKEHR SICHERHEIT

3 DLR.de Folie 3 Fahrzeugtypen des Next Generation Train (NGT) Ultra-Hochgeschwindigkeits-Triebwagen-Personenzug (400 km/h) NGT HST Hochgeschwindigkeits-Triebwagen-Personenzug (230 km/h) NGT LINK Autonom-fahrfähiger Triebwagen-Güterzug (400 km/h) NGT CARGO

4 DLR.de Folie 4 NGT: Interdisziplinärer Ansatz Mit Beiträgen der Institute für Aerodynamik und Strömungstechnik Bauweisen- und Strukturtechnologie Fahrzeugkonzepte Faserverbundleichtbau und Adaptronik Luft- und Raumfahrtmedizin Verkehrssystemtechnik Systemdynamik und Regelungstechnik Kommunikation und Navigation Optische Sensorsysteme Verkehrsforschung Simulations- und Softwaretechnik In den Bereichen Innovative Fahrzeugkonzepte Werkstoffe, Verfahren und Strukturen Energiemanagement Lärm und Komfort Fahrsicherheit und Verschleiß

5 DLR.de Folie 5 Leichtbaukonzepte und Methoden Schienenfahrzeuge Arbeitsfelder Ganzheitliche Nutzung der Leichtbau-Strategien Mechanische Zugkonzept-Architekturen Methodische Entwicklung mechanischer Architekturen für masseoptimierte Zugkonzepte Wagenkastenkonzepte Geschlossene Methode zur systematischen Konzeption, Konstruktion, Auslegung und Optimierung von kraftflussangepassten Leichtbau- Wagenkästen Crash-Konzepte Entwicklung von integrierten Hochleistungs-Crash-Elementen und -Konzepten sowie Optimierung von Crashverhalten des Gesamtzugs Fahrwerkskonzepte Systematische Vorgehensweise zur Konzeption, Konstruktion, Auslegung, Optimierung von masseoptimierten Fahrwerksarchitekturen und hochbelastbaren Strukturen Partner in F&E (Beispiele)

6 DLR.de Folie 6 Verkehrspolitische Ziele der EU EU Weißbuch Verkehr 2011 Verlagerung des Straßengüterverkehrs auf andere Verkehrsträger, hauptsächlich auf die Schiene % Straßen 30% Schiene 83% 70% 50% 50%

7 DLR.de Folie 7 Entwicklung des Schienengüterverkehrs in der EU Trotz Zunahme der Gesamtgüterverkehrsleistung gab es in der Vergangenheit keine Verkehrsverlagerung auf die Schiene Ziele der EU werden derzeit nicht erreicht Der Anteil des Einzelwagenverkehrs an der gesamten Schienengüterverkehrsleistung (SGVL) nimmt kontinuierlich ab Modal-Split-Anteil Bahn im Güterverkehr [%] Anteil der Bahn an der Güterverkehrsleistung in der EU internationaler GV binnen GV % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Schienengüterverkehr nach Produktionsart 1 57,6% 59,0% 60,4% 60,2% 63,3% 62,9% 63,5% 42,4% 41,0% 39,6% 39,8% 36,7% 37,1% 36,5% Ganzzugverkehr Einzelwagenverkehr Quelle: European Commission; Eurostat 1 Daten für CH, D, LT, PL, RO, SK, SI, FI & SE. Werte für 2009 interpoliert.

8 DLR.de Folie 8 Marktposition Schienengüterverkehr Gute Marktposition im Ganzzugverkehr Fahrzeuge, Container etc. im Verkehr bahnaffiner Güter Erz, Kohle, chemische Erzeugnisse, Metallprodukte etc. Bildquelle (li.): Rob Dammers ( Elst Locon 9901 met autowagons richting Brabant ( ), Bildquelle (re.): Rob Dammers ( (Flickr ),

9 DLR.de Folie 9 Zukünftiger Güterverkehrsmarkt Entwicklung Güterverkehrsleistung 120 Mrd. tkm Wachstum im Bereich kleinteiliger, hochwertiger, häufiger und eiliger Sendungen zu erwarten Low density, high value (LDHV) Bereich der im Schienengüterverkehr hautpsächlich durch den Einzelwagenverkehr abgedeckt wird Quelle: BMVI: Verflechtungsprognose 2030

10 DLR.de Folie 10 Anforderungen der Versender Flexibel Individuell Geringe Transportkosten und zeiten kurzfristige Reaktion auf Transportaufgaben Präzise Ankunftszeiten Sendungsverfolgung Sicherstellung der Verfügbarkeit Quelle: Near² Projet, Europe Asia railway transport: Issues & Prospects, 2014

11 DLR.de Folie 11 Herausforderungen & Handlungsbedarf im Schienengüterverkehr EU-Ziele für 2030 /2050 Verkehrsverlagerung auf die Schiene sind ohne flächendeckende Innovationen nicht umsetzbar Stärkere Kundenfokussierung des SGV-Angebots notwendig (kurzfristige Reaktion auf Transportaufgaben, präzise Ankunftszeiten, Sendungsverfolgung, Sicherstellung der Verfügbarkeit, etc.) Steigerung der Durchschnittsgeschwindigkeit Verbesserung der Wirtschaftlichkeit & Produktivität Stärkung des Einzelwagenladungsverkehrs Automatisierung, Flexibilisierung im Betriebsablauf Steig. Aufkommen LDHV (low density, high value), kleinteiligen, häufigen Sendungen Verlagerungspotential für den schnellen SGV

12 DLR.de Folie 12 Überblick Status Quo EWL 30 40% der Kosten im Einzelwagenladungsverkehr (EWL) entstehen durch die Zugbildung und Trennung Produktivität des eingesetzten Personals und der Fahrzeuge 30 55% Durchschnittgeschwindigkeit innerhalb Deutschland 18 km/h Europaweit Stilllegung von ca. 35% der Rangierbahnhöfe und einer Vielzahl privater Gleisanschlüsse Abhilfe: Anforderungsgerechtes Schienenlogistik-Konzept und Zugkonzept Quelle: D Inca, J.: Entwicklungen und Trends im europäischen Einzelwagenverkehr Ein System zwischen Marktpotenzialen und Restrukturierungsprogrammen, 6. Internationaler VDV-Eisenbahnkongress, Frankfurt am Main, 2011 Guglielminetti, P.: Study in Single Wagonload Traffic in Europe, European Rail freight days, Brüssel, 2014 Bildquelle: Hanson59 ( Bahnbrechend,

13 DLR.de Folie 13 NGT CARGO-Triebwagenzug Triebzugverband aus aerodynamisch geformten Endwagen + CARGO-Einzelwagen, die betrieblich herausnehmbar sind für letzte Meile Triebzugverband Einsatz auf HGV-Strecken Zusätzliche Traktionsleistung zum Erreichen von 400 km/h (v max ) Konfiguration v max : ( Wagen), ~ 250 m, max. 816 t Gesamtfahrzeuggewicht Gesamtlänge Triebwagenzug beliebig (flexible Anzahl von CARGO-Einzelwagen) G2 Bezugslinie, doppelstöckig, mm Normalspur NGT CARGO-Einzelwagen Konzeptdarstellung NGT CARGO-Triebwagenzug

14 DLR.de Folie 14 NGT CARGO-Einzelwagen Stärkung des Einzelwagenladungsverkehrs individuelle Anbindung einzelner Kunden Hochautomatisierter Einzelwagen-Betrieb für Zugbildung & Bedienung der letzten Meile Mindestanforderung autarker Betrieb: 25 km / 25 km/h 4 Achsen pro Wagen, zulässige Gesamtmasse 68 t Automatische, mechanische Kupplung zwischen den Wagen, keine Hauptdruckluftleitung Bildung von CARGO-Einzelwagen-Verbänden für den Betrieb auf ident. Teilstrecken NGT CARGO Einzelwagen Prinzipdarstellung eines Gefällegüterbahnhofes, Quelle: A. Hausmann

15 DLR.de Folie 15 NGT CARGO Ladetüranordnung & Transportgefäße Ladetüranordnung: Basierend auf Erkenntnissen aus Topologieoptimierung Lastflussgerechte leichtbauoptimierte Konstruktion Obere Ebene: Automatische Ladetüren / Rolltore seitlich an den Waggonenden kleine Transportgefäße / Paletten Untere Ebene: Automatische Ladetüren / Rolltore Wagenmitte, beidseitig größere Transportgefäße / ULD s DLR beckenz-paletten vrr-aviation verkehrsrundschau

16 DLR.de Folie 16 NGT CARGO Transportgefäß-Handling & Ladungssicherung Transportsystem on-board: Beispiel Rollenboden im Flugzeug Ladungssicherung: Beispiel aufblasbare Stausäcke Beispiel: automatischer Vorschub Verschlusssysteme: Beispiele aus der Luftfracht Quellen: telair, Airprotect-System Westfalia, Wittenstein, uscargosystems

17 DLR.de Folie 17 NGT CARGO Betriebsszenarien & Zugbildung Nicht elektrifizierte Gleis- / Industrieanschlüsse / Nebenstrecken (25 km, v max 25 km/h) Elektrifizierte Bestandsstrecken mit Oberleitung Logistics Siding Hub Hauptlauf HST Langstrecke, Bündelung mit NGT HST, FEÜ, v max 3 x 250 m Innerstädtischer Verteilverkehr (Elektro-Lkw, -Pkw; Drohne; Seilbahn etc.) Logistics Terminal urbaner Raum Logistics Terminal Logistics Terminal Logistics Terminal Logistics Terminal & Station

18 DLR.de Folie 18 Logistics Terminal

19 DLR.de Folie 19 Logistics Terminal Be- / Entladung von CARGO-Einzelwagen-Verbänden / CARGO Triebwagenzügen Regalsystem dient zur Vorkommissionierung der Transportgefäße kurze Umschlagzeiten Transportgefäßzuführung über Rollenbodensysteme von einer Seite, Entladung von gegenüberliegender Seite Be- & Entladeschema Cargo-Einzelwagen-Verband, obere Ladeebene

20 DLR.de Folie 20 Be- / Entladung CARGO-Einzelwagen an Gleisanschlüssen Transportgefäßzuführung über Rollenbodensysteme Regalsystem dient zur Vorkommissionierung der Transportgefäße kurze Umschlagzeiten CARGO-Einzelwagen an Ladestelle Be- & Entladeschema CARGO-Einzelwagen, obere Ladeebene Prinzipdarstellung Güterzuführung Quelle: schwalb-rollen

21 DLR.de Folie 21 Güterverkehr China - Europa Die Welt DW

22 DLR.de Slide 22 NGT CARGO Interkontinental Quelle: (Kühne+Nagel, 2015) Quelle: Mercator Institute for China Studies (MERICS)

23 DLR.de Folie 23 Gütertransport China Europe nach Masse 100% 80% 60% 40% 20% 0% Eisenbahn 0,8% 0,9% Luft 1,5% 1,8% Straße 5,0% 3,0% See 92,0% 94,0% Quelle: Center for Strategic and International Studies (CSIS)

24 DLR.de Folie 24 Gütertransport China Europe nach Warenwert 100% 80% 60% 40% 20% 0% Eisenbahn 0,5% 2,1% Luft 24,0% 28,0% Straße 6,0% 6,0% See 66,0% 64,0% Quelle: Center for Strategic and International Studies (CSIS)

25 DLR.de Folie 25 Kapazitätsvergleich Schiff - Eisenbahn Basis Sggnss 80 Kapazität 4 TEU 184 Züge unter Ausnutzung der in Mitteleuropa zulässigen Zuggesamtlänge von 750 m Tripple E-Klasse Kapazität TEU

26 DLR.de Folie 26 Martkanalyase und Gutarten Verwendung der Verkehrsprognose der Bundesregierung für Zukunft (2030) Daten für europäische Länder werden ungenauer mit zunehmender Distanz von Deutschland Auswahl der Gutarten: Hochwertig Eilbedürftig Anspruchsvoll Nicht transportiert werden: Autos zu sperrig ISO-Container zu groß Mio. Tonnenkilometer pro Jahr Transportleistung im Korridor der Referenzstrecke Binnenschiff Güterzug

27 DLR.de Folie 27 Korridor der Referenzstrecke Spanien - Deutschland - Rumänien Nutzung von Schnellfahrstrecken (wichtige Neu- und Ausbauvorhaben mit Fertigstellung bis 2025) Gesamtlänge: 3700 km HGV: Hälfte der Strecke Ungarn/Rumänien: 120 bis 70 km/h

28 DLR.de Folie 28 Korridor der Referenzstrecke Spanien und Frankreich bis Grenze zu Deutschland sehr schnell ( km/h) in Deutschland und Österreich heterogenes Geschwindigkeitslevel ( km/h) in Ungarn und Rumänien niedrigere Höchstgeschwindigkeit ( km/h) Fahrzeitvergleich NGT Cargo vs. Containerzug mit 2 Loks (gleiches Ladungsgewicht) Ort Entfernung (km) NGT CARGO Non-Stop Fahrzeit Containerzug Non-Stop-Fahrzeit Madrid Lyon ,0 h 10,3 h 7,5 h Offenburg ,3 h 14,9 h 11,1 h München ,8 h 19,9 h 15,5 h Wien ,1 h 23,1 h 20,0 h Bukarest ,3 h 33,8 h 36,3 h NGT CARGO Fahrzeit mit Hubs

29 DLR.de Folie 29 Güteraufkommen auf Referenzstrecke Verlagerung von hochwertigen, eilbedürftigen Gütern vom LKW auf den Cargo 100% Szenario: wenn 100% der definierten Güter verlagert würden Lyon München Wien Offenburg Stuttgart Spanien Deutschland Rumänien

30 DLR.de Folie 30 Umrechnung der Gütermengen in Wagenanzahl Fernlinie ist die am stärksten nachgefragt Linie Einzelwagenszenario: Anzahl der Wagen höher Auslastung deutlich schlechter E-100 L-100 Zug-km pro Tag Wagen-km pro Tag Auslastung 53% 79%

31 DLR.de Folie 31 Erste Kennwerte der Szenarien 4,2 Mio. Tonnen pro Jahr 5,3 Mrd. Tonnen-km pro Jahr Fernlinie (rot): 29 Tsd Zug-km/Tag 794 Tsd Wagen-km/Tag Lokallinien (grün): 4 Tsd Zug-km/Tag 41 Tsd Wagen-km Mittl. Auslastung: 79%

32 DLR.de Folie 32 Abbildung des Fahrplans in DFSimu Strecke ist mit 6400 Gleiskilometern modelliert Der Personenverkehr in Deutschland ist vollständig enthalten (Pro Tag: 416 Züge, Zug-km) Nutzung des SMA-Deutschland-Takt-Konzepts:

33 DLR.de Folie 33 Vielen Dank! Institut für Fahrzeugkonzept Dipl.-Ing. Gregor Malzacher Telefon: