Leichtbaustudie im Auftrag der DMG

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1 Leichtbaustudie im Auftrag der DMG Teilprojekt A Vollbahnfahrzeuge Dipl.-Ing. Sebastian Bernicke Folie 1 IFS Seminar

2 Nach herausragenden Leichtbauerfolgen Anfang der 90er Jahre wurden die Fahrzeuge wieder schwerer. Warum? Folie 2 IFS Seminar

3 S-Bahn Flächengewicht/ (S-Bahn) Flächengewicht [t/m²] 0,7 0,65 0,6 5 0,45 sitzplatzoptimal 474/874 Hamburg sitzplatzund flächenoptimal /482 Berlin 472/473 Hamburg (1974) Coradia Nordic Lirex X60 (2005) Berlin (1987) 420/421 (1970) flächenoptimal /874 Hamburg RABe 514 Doppelstock S-tog Kopenhagen (1995) 481/482 Berlin 424 Coradia Nordic Lirex X60 (2005) /421 (1970) 472/473 Hamburg (1974) 0,4 S-tog Kopenhagen (1995) 0,35 0,4 0,45 5 0,6 0,65 0,7 0,75 [t/sitzplatz] 480 Berlin (1987) Blau: Fahrzeuge aus der Voss-Studie Folie 3 IFS Seminar

4 S-Bahn : Reduzierung durch Drehstromtechnik und Jakobsdrehstelle : Crashelemente erhöhen das Gewicht bei vergrößerter Länge, sonst gleiche Parameter : Größere Bahnsteighöhe begünstigt Leichtbau S-Bahn Berlin: Durch das abgetrennte Netz ist die Längssteifigkeit auf 800 kn reduziert, der Wagenkasten kann leichter gebaut werden. Absolutes Optimum: S-Tog Kopenhagen Einzelradsätze, Überbreite und sehr geringe Längssteifigkeit (600 kn) durch abgetrenntes Netz Folie 4 IFS Seminar

5 Dieseltriebwagen Flächengewicht [t/m²] 0,7 0,65 0,6 5 0,45 GTW 2/6 UBB Lint 81 (2011) 644/Talent GTW 2/6 1.Gen. (1995) Regio Sprinter (1995) Lint 54 (2011) sitzplatzoptimal Regio Shuttle Desiro classic 643/Talent Flächengewicht/ (DMU) Lirex Experimental (Versuch) 605 LINT 41 ITINO 628.4/928.4 (2002) (1993) Integral VTA/AKN (1993) 610 (1993) GTW 2/6 4. Gen. (L)VT / BR 641 / 2001 (2001) sitzplatz- und flächenoptimal DM 90, NL LINT 27 (Baureihe 640) Neigetechnik flächenoptimal IC3D, DSB (1988) 0,4 0,35 0,45 5 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,15 [t/sitzplatz] Blau: Fahrzeuge aus der Voss-Studie 610 (1993) GTW 2/6 UBB GTW 2/8 LINT 27 (Baureihe 640) LINT /Talent 643/Talent GTW 2/6 1.Gen. (1995) Regio Sprinter (1995) Desiro classic DM 90, NL IC3D, DSB (1988) Regio Shuttle ITINO (2002) (L)VT / BR 641 / 2001 (2001) 628.4/928.4 (1993) VTA/AKN (1993) Integral Lint 54 (2011) Lint 81 (2011) GTW 2/6 4. Gen. Lirex Experimental (Versuch) Folie 5 IFS Seminar

6 Dieseltriebwagen Leichttriebwagen aus Anfang der 90er Jahre bleiben im Leichtbau unübertroffen Beispiel GTW 2/6: Jede Generation wird schwerer Neigetechnik erhöht das Gewicht deutlich (BR. 610/611/612) Neue Triebwagen LINT 81 und LINT 54 fallen durch sehr starke Motorisierung schwer aus, Rückschritt zu Einzelwagen, Nahverkehrsbestuhlung geringes BR 605: Fernverkehrsfahrzeug, starke Motorisierung in jedem Wagen, dieselektrische Leistungsübertragung, Neigetechnik IC3D: Fernverkehrsfahrzeug mit großem 1.Klasse-Anteil, sehr komfortabel hohes Folie 6 IFS Seminar

7 Elektrotriebwagen Flächengewicht/ (EMU) PROTOS 2-Teiler (2007) 0,75 FLIRT SBB (2004) Flächengewicht [t/m²] 0,7 0,65 0,6 sitzplatzoptimal SPACIUM Teiler (2009) Zuglänge NS Sprinter Lighttrain 6-T Desiro EMG SPACIUM Teiler (2009) Desiro EMG Talent ÖBB/4023 Talent ÖBB/4124 Talent ÖBB/4024 PROTOS 2-Teiler (2007) Coradia Continental/440, 4-Teiler Desiro Mainline NS Sprinter Lighttrain 4-T 426 Coradia Duplex X40/2004 Integral (2004) FLIRT SBB (2004) SPACIUM Teiler (2009) SPACIUM Teiler (2009) Talent ÖBB/4023 Talent ÖBB/4024 Talent ÖBB/4124 Coradia Duplex X40/2004 Integral (2004) FS TAF IR4E DSB (1995) 5 sitzplatz- und flächenoptimal IR4E DSB (1995) flächenoptimal NS Sprinter Lighttrain 4-T NS Sprinter Lighttrain 6-T FS TAF 0,4 0,45 5 0,6 0,65 0,7 0,75 [t/sitzplatz] Folie 7 IFS Seminar

8 Elektrotriebwagen 425 NS Sprinter Lighttrain: Gleiche Konfiguration, Crashelemente bei NS Zug PROTOS: auch mit Crash, 2-Teiler, Einzelwagen Flirt SBB: Komfortable Ausrüstung äußert sich durch hohes Länge des Zuges wirkt sich positiv auf das spezifische Gewicht aus (vgl. 425/426) SPACIUM: 7-Teiler schwerer als 8-Teiler Folie 8 IFS Seminar

9 Hochgeschwindigkeitszüge Flächengewicht [t/m²] 0,850 0,800 0,750 0,700 0,650 0, sitzplatzoptimal JRE E4 (1997) JR E1 "Max" (1994) sitzplatz- und flächenoptimal JRE E2 / E (1997) JRE E5 (2011) JRC 300 / JRW (1992) JRW JRE E2 (1997)? JRK 800 / (2004) Flächengewicht/ (HGV) JRE 400 (1992) JRE E JRE E3 (1997) TGV Duplex Crashausrüstung Velaro CRH3 (8-teiler AC) Velaro D (8-teiler AC/DC) (2010) Triebzug TGV Atlantique (1988) ETR 460 (1994) railjet ICE 3, 403 Eurostar (1993) 411 (1997) flächenoptimal Japan Mehrsystem Velaro RUS (10-teiler AC/DC) (2009) Velaro RUS (10-teiler AC) (2009) ICE 3 MS, 406 Talgo 350 (2005) Velaro E (8-teiler AC) (2007) 415 (1997) AGV (7 Teiler) (2010) TGV POS Talgo 250 (2007) ICE 1, MW (1990) TGV PSE (1978) 403/404 (1973) ICE 2, MW (1995) Triebkopf 00 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,100 1,200 [t/sitzplatz] 411 (1997) 415 (1997) ETR 460 (1994) Velaro E (8-teiler AC) (2007) Velaro CRH3 (8-teiler AC) Velaro RUS (10-teiler AC/DC) (2009) Velaro RUS (10-teiler AC) (2009) Velaro D (8-teiler AC/DC) (2010) TGV POS TGV Duplex TGV PSE (1978) TGV Atlantique (1988) Eurostar (1993) Talgo 250 (2007) railjet ICE 2, MW (1995) ICE 3, 403 ICE 3 MS, 406 JR E1 "Max" (1994) Talgo 350 (2005) ICE 1, MW (1990) JRC 300 / JRW (1992) JRE 400 (1992) JRW JRK 800 / (2004) JRE E2 Folie 9 IFS Seminar

10 Hochgeschwindigkeitszüge ICE 2 vs. ICE 3: besseres durch Unterflurtraktion ICE 3 MS ist durch die Mehrsystemausrüstung deutlich schwerer als ICE 3 Triebkopfzüge sind bei gleichem Anforderungsprofil (TGV POS) leichter als Triebwagenzüge (ICE 3 MS) Velaro D ist noch mal schwerer als ICE 3 MS bei gleichen Randbedingungen Crashausrüstung Folie 10 IFS Seminar

11 Hochgeschwindigkeitszüge Warum sind die japanischen HGV-Züge so viel leichter? In Japan müssen geringere Sicherheitsanforderungen erfüllt werden: Längssteifigkeit von 980 kn Keine Crashauslegung. Vollständige Isolation des Shinkansen- Streckennetzes, keine Bahnübergänge, kein Mischbetrieb Breiteres Likchtraumprofil, dadurch mehr Sitzplätze/m² höhere Bahnsteige: 1300 mm statt 760 mm (klappbare) Trittstufen und komplizierte Türen werden nicht benötigt Durch die kleineren Türausschnitte müssen diese weniger aufwendig umbaut werden Gewichtseinsparung Folie 11 IFS Seminar

12 Gemittelte Werte HGV Gemittelte Werte nach Ländern 1,200 [t/sp]; Flächengewicht [t/m²] 1,000 0,800 0,600 0, Flächengewicht 0,000 Deutschland Frankreich Japan China Länder Folie 12 IFS Seminar

13 Gemittelte Werte HGV Europa: komfortable Ausstattung, dadurch entsteht ein hohes Asien: enge Bestuhlung, weniger aufwendige Technik Folie 13 IFS Seminar

14 Gesamtübersicht Flächengewicht/ (Alle) HGV-Züge Europa 0,85 Velaro RUS (10-teiler AC) (2009) 0,8 Velaro D (8-teiler AC/DC) (2010) 403/ 404 (1973) 0,75 Velaro E (8-teiler AC) EMU ICE 3 MS, 406 (2007) SPACIUM Teiler (2009) JRE ICE 1, MW r ai l j et (1992) (1997) (1990) JRE E AGV (7 Teiler) (2010) 0,7 ICE 3, 403 Coradia PROTOS 2-Teiler SPACIUM Teiler JRE E3 TGV PSE Cont inent al/ 440, 4-Teiler (2007) (2009) (1997) Eurost ar (1978) JR E1 "Max" 420/ 421 (1970) (1993) (1994) Desiro Mainline 411 ICE 2, MW NS Sprint er Light t rain 4-T (1997) TGV POS TGV Duplex 605 (1995) 0,65 Lint 54 Lirex Experiment al (Versuch) Velaro CRH3 (8-t eiler AC) (2011) Desiro EMG TGV At lant ique JRE E4 (1988) (1997) Talent ÖBB/ 4023 Lint ( 2011) NS Sprint er Light t rain 6-T (1993) ETR 460 Coradia Duplex X40/ 2004 Int egral (1994) Coradia Nordic Lirex X60 0,6 DMU (2004) (2005) Talent ÖBB/ FLIRT SBB Desiro EMG GTW 2/ 6 4. Gen. Regio Shut t le (2004) Desiro classic Talgo 250 (2007) LINT 41 (L)VT / BR 641 / / Talent (2001) DM 90, NL GTW 2/ 8 ITINO 628.4/ Talgo 350 (2002) (1993) LINT 27 (Baureihe 640) (2005) Int egral IR4E DSB J RE E5 (1995) ( 2011) JRK 800 / IC3D, DSB 422 JRC 300 / JRW (2004) (1988) S-Bahn 481/ 482 Berlin (1992) JRW FS TAF 423 JRE E2 480 Berlin VTA/ AKN (1997) (1987) 474/ 874 Hamburg (1993) Flächengewicht [t/m²] Japan. HGV GTW 2/ 6 UBB 643/ Talent 0,45 S-t og Kopenhagen (1995) GTW 2/6 1.Gen. (1995) Regio Sprint er (1995) Leichttriebwagen 0,4 0,3 0,4 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 [t/sitzplatz] Folie 14 IFS Seminar

15 Gesamtübersicht S-Tog Kopenhagen und RegioSprinter sind seit 1995 unerreicht im Leichtbau. Fraglich ist, ob beide Fahrzeuge so heute noch zuzulassen wären. Folie 15 IFS Seminar

16 Ausgewählte S-Bahn-Fahrzeuge 0,8 0,75 (0,6613 t/sp) Ausgewählte Daten vergleichbarer S-Bahn-Fahrzeuge 0,1 1 0,4 0,1 0,7 (0,0853 t/m²) (847 t/sp) Flächengewicht (t/m²) 0,65 0,6 5 0,45 0,4 (671 t/m²) 420/421 (1970) (0,1408 t/m²) (0,0858 t/m²) (0,1445 t/m²) (0,087 t/m²) (953 t/m²) 472/473 Hamburg (1974) (0,1884 t/m²) (72 t/sp) 480 Berlin (1987) (0,1435 t/m²) (0,1418 t/m²) (833 t/sp) (0,1903 t/m²) (0,1321 t/m²) Datensatz Folie 16 IFS Seminar

17 Ausgewählte S-Bahn-Fahrzeuge Vergleich von S-Bahn-Fahrzeugen mit gleichem Einsatzspektrum 0,8 0,7 0,6 Flächengewicht [t/m²] 0,4 0,3 Einzelwagen Jakobsfahrwerk Sonstige Gewichtsanteile Gewicht elektr. Ausrüstung Drehgestellgewicht Wagenkasteninnenausbaugewicht Wagenkastenrohbaugewicht 0,1 0 ohne Crash 420/421 (1970) mit Crash 422 Bemerkung: Fahrzeugauswahl aus vorliegenden Detaildaten Baureihe Folie 17 IFS Seminar

18 Ausgewählte S-Bahn-Fahrzeuge : Deutlich höherer Anteil des s durch Crashelemente Aluminium-Differential-Bauweise der BR 420 ist vorteilhaft, aber aufwendig Reduzierung des Elektrogewichts Geringeres durch Jakobsfahrwerke Folie 18 IFS Seminar

19 Ausgewählte Dieseltriebzüge 1 0,1 0,1 0,4 Ausgewählte Daten vergleichbarer DMU Flächengewicht (t/m²) 0,75 0,7 0,65 0,6 5 0,45 0,4 (0,1262 t/m²) (411 t/sp) (0,1471 t/m²) 628.4/928.4 (1993) (168 t/m²) (0,197 t/m²) (247 t/sp) (0,1097 t/m²) Integral (0,1325 t/m²) nicht vorhanden (61 t/sp) (0,1512 t/m²) Desiro classic (0,0749 t/m²) (0,1389 t/m²) (0,1438 t/m²) (57 t/sp) (0,1428 t/m²) LINT 41 (0,6038 t/sp) (0,1832 t/m²) (0,1271 t/m²) (008 t/m²) Lirex Experimental (Versuch) 0, Datensatz Folie 19 IFS Seminar

20 Ausgewählte Dieseltriebzüge Vergleich DMU 0,7 0,6 Flächengewicht [t/m²] 0,4 0,3 Einzelwagen Sänftenkonzept Jakobsfahrwerk Jakobsfahrwerk Einzel-RS Sonstige Gewichtsanteile Gewicht elektr. Ausrüstung Drehgestellgewicht Wagenkasteninnenausbaugewicht Wagenkastenrohbaugewicht 0, /928.4 (1993) Integral Desiro classic LINT 41 Lirex Experimental (Versuch) Bemerkung: Fahrzeugauswahl aus vorliegenden Detaildaten Baureihe Folie 20 IFS Seminar

21 Ausgewählte Dieseltriebzüge Geringster Anteil des s beim INTEGRAL durch Sänftenkonzept Einzelradsätze bei LIREX Experimental, durch Versuchsausrüstung insgesamt sehr schwer Achslastgrenzen werden erreicht Kein Unterschied im 628/642/648 trotz Einzelwagen-/ Gliederzugkonzept 628: Konstruktion der frühen 80er Jahre, leichteres Flächengewicht, gleiches wie LINT 41, Desiro Classic: Niederflur vs. Hochflur Folie 21 IFS Seminar

22 Ausgewählte elektrische Triebzüge 1 Ausgewählte Daten vergleichbarer EMU 0,1 0,1 0,4 0,8 0,75 (0,6176 t/sp) (833 t/sp) (258 t/sp) 0,7 (0,1796 t/m²) (0,1603 t/m²) (0,1463 t/m²) Flächengewicht (t/m²) 0,65 0,6 5 (0,0996 t/m²) PROTOS 2-Teiler (2007) (264 t/m²) (0,1944 t/m²) (0,1201 t/m²) Coradia Continental/440, 4-Teiler (502 t/m²) Desiro Mainline (0,0726 t/m²) 0,45 0, Datensatz Folie 22 IFS Seminar

23 Ausgewählte elektrische Triebzüge Vergleich EMU 0,8 0,7 0,6 Flächengewicht [t/m²] 0,4 0,3 Jakobs Jakobs Einzelwagen Jakobs Sonstige Gewichtsanteile Gewicht elektr. Ausrüstung Drehgestellgewicht Wagenkasteninnenausbaugewicht Wagenkastenrohbaugewicht 0,1 0 mit Crash PROTOS 2-Teiler (2007) ohne Crash Coradia Continental/440, 4-Teiler mit Crash Desiro Mainline mit Crash Coradia Nordic Lirex X60 (2005) Baureihen Folie 23 IFS Seminar

24 Ausgewählte elektrische Triebzüge Desiro Mainline: Erneute Anwendung von Einzelwagen Das des Desiro ML ist anteilig wesentlich größer als bei den vergleichbaren Gliederzügen. Aus Leichtbausicht ein Rückschritt Das Gewicht von Crashelementen ist in der Rohbaustruktur eingerechnet. Bei den verglichenen elektrischen Triebwagen ist eine Gewichtserhöhung durch Crashelemente nicht zu erkennen. Folie 24 IFS Seminar

25 Ausgewählte HGV-Züge 1 0,1 0,1 0,4 Ausgewählte Daten vergleichbarer HGV-Züge 0,9 0,85 (1,0866 t/sp) (0,1352 t/m²) (1,1225 t/sp) Flächengewicht (t/m²) 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 (0,1566 t/m²) (203 t/m²) Velaro E (8-teiler AC) (2007) (0,0607 t/m²) (0,1315 t/m²) (0,7558 t/sp) (0,0475 t/m²) (366 t/m²) (0,0519 t/m²) Velaro RUS (10-teiler AC/DC) (2009) 5 (092 t/m²) Velaro CRH3 (8-teiler AC) Baujahr Folie 25 IFS Seminar

26 Ausgewählte HGV-Züge Vergleich HGV 0,9 0,8 0,7 Flächengewicht [t/m²] 0,6 0,4 0,3 Sonstige Gewichtsanteile Gewicht elektr. Ausrüstung Drehgestellgewicht Wagenkasteninnenausbaugewicht Wagenkastenrohbaugewicht 0,1 0 Velaro E (8-teiler AC) (2007) Velaro CRH3 (8-teiler AC) Velaro RUS (10-teiler AC/DC) (2009) Baureihe Folie 26 IFS Seminar

27 Ausgewählte HGV-Züge Velaro CRH leichtester Velaro: Breiterer Wagenkasten, 2+3-Sitzanordnung geringes Geringstes, geringstes Einsystemer Velaro E: Sehr komfortabel, Einsystemer Velaro RUS: Anpassung an besondere Verhältnisse (Klima, Spurweite etc.), Zweisystemer Folie 27 IFS Seminar

28 Fazit Gewichtstreiber sind: Crashelemente Fahrwerkskonzepte Mehrsystemausrüstung Niederflurwagenkästen Folie 28 IFS Seminar

29 Die vollständige Studie wird Mitte 2012 in einer Sonderausgabe der ZEV Rail veröffentlicht Folie 29 IFS Seminar