Leichtbaustudie im Auftrag der DMG · Talgo 250 (2007) railjet +1116 (2008) ICE 2, 402+7 MW (1995) ICE 3, 403 (1999) ICE 3 MS, 406 (1999) JR E1 "Max" (1994) Talgo 350 (2005) ICE 1,

Folie 1 IFS Seminar 13.12.2011DMG Leichtbaustudie Teilprojekt A

Leichtbaustudie im Auftrag der Leichtbaustudie im Auftrag der DMGDMG

Teilprojekt ATeilprojekt A

VollbahnfahrzeugeVollbahnfahrzeuge

Dipl.Dipl.--Ing. Sebastian BernickeIng. Sebastian Bernicke


Nach herausragenden Leichtbauerfolgen Anfang der 90er Jahre wurden die Fahrzeuge wieder schwerer.

Warum?


Flächengewicht/Sitzplatzgewicht (S-Bahn)

422 (2008)

420/421 (1970)

472/473 Hamburg (1974)

474/874 Hamburg (1996)

S-tog Kopenhagen (1995)

481/482 Berlin (1996)

424 (1999)

Coradia Nordic Lirex X60 (2005)

423 (1998)

480 Berlin (1987)

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75

Sitzplatzgewicht [t/Sitzplatz]

Fläc

heng

ewic

ht [t

/m²]

422 (2008)

474/874 Hamburg (1996)

RABe 514Doppelstock (2006)S-tog Kopenhagen (1995)

481/482 Berlin (1996)

424 (1999)


423 (1998)

420/421 (1970)

472/473 Hamburg (1974)

480 Berlin (1987)

flächenoptimal

sitzplatzoptimal

sitzplatz-und flächenoptimal

S-Bahn

Blau: Fahrzeuge aus der Voss-Studie


420→423:Reduzierung durch Drehstromtechnik und Jakobsdrehstelle

423 →422:Crashelemente erhöhen das Gewicht bei vergrößerter Länge,sonst gleiche Parameter

423 →424: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 KopenhagenEinzelradsätze, Überbreite und sehr geringe Längssteifigkeit (600 kN)durch abgetrenntes Netz

S-Bahn


Flächengewicht/Sitzplatzgewicht (DMU)

610 (1993)

611 (1996) 605

(2000)

643/Talent (1999)

GTW 2/6 1.Gen. (1995)

DM 90, NL (1996)

IC3D, DSB (1988)

VTA/AKN (1993)

Lint 81 (2011)

Lirex Experimental (Versuch) (2000)

612 (1998)

GTW 2/6 UBB (1999)

LINT 27 (Baureihe 640) (1999)

LINT 41 (2000)

644/Talent (1998)

Regio Sprinter (1995)

Desiro classic (1999)

Regio Shuttle (1996)

ITINO (2002)

(L)VT / BR 641 / 2001 (2001)

628.4/928.4 (1993)Integral

(1998)

Lint 54 (2011)

GTW 2/6 4. Gen. (2006)

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,15


Fläc

heng

ewic

ht [t

/m²]

610 (1993)611 (1996)612 (1998)605 (2000)GTW 2/6 UBB (1999)GTW 2/8 (2006)LINT 27 (Baureihe 640) (1999)LINT 41 (2000)644/Talent (1998)643/Talent (1999)GTW 2/6 1.Gen. (1995)Regio Sprinter (1995)Desiro classic (1999)DM 90, NL (1996)IC3D, DSB (1988)Regio Shuttle (1996)ITINO (2002)(L)VT / BR 641 / 2001 (2001)628.4/928.4 (1993)VTA/AKN (1993)Integral (1998)Lint 54 (2011)Lint 81 (2011)GTW 2/6 4. Gen. (2006)Lirex Experimental (Versuch)

Dieseltriebwagen

flächenoptimal

sitzplatz- und flächenoptimal

sitzplatzoptimal

Blau: Fahrzeuge aus der Voss-Studie

Neigetechnik


Leichttriebwagen aus Anfang der 90er Jahre bleiben im Leichtbau unübertroffenBeispiel 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, Nahverkehrs-bestuhlung → geringes Sitzplatzgewicht

BR 605: Fernverkehrsfahrzeug, starke Motorisierung in jedem Wagen,dieselektrische Leistungsübertragung, Neigetechnik

IC3D: Fernverkehrsfahrzeug mit großem 1.Klasse-Anteil, sehr komfortabelhohes Sitzplatzgewicht

Dieseltriebwagen


Flächengewicht/Sitzplatzgewicht (EMU)

Coradia Duplex X40/2004 Integral (2004)

Desiro EMG 312-0 (2000)

PROTOS 2-Teiler (2007)

FLIRT SBB (2004)

SPACIUM 3.06 8-Teiler (2009)


Talent ÖBB/4023 (2006)



FS TAF (1998)

IR4E DSB (1995)

NS Sprinter Lighttrain 4-T (2008)


425 (2000)

426 (2000)

Desiro EMG 312-1 (2000)

Desiro Mainline (2008)

CoradiaContinental/440, 4-Teiler

(2008)

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75


Fläc

heng

ewic

ht [t

/m²]


FLIRT SBB (2004)






Coradia Duplex X40/2004 Integral (2004)

FS TAF (1998)

IR4E DSB (1995)



425 (2000)

426 (2000)

Elektrotriebwagen

flächenoptimal

sitzplatzoptimal


Zuglänge


425 → NS Sprinter Lighttrain: Gleiche Konfiguration, Crashelemente bei NS ZugPROTOS: auch mit Crash, 2-Teiler, Einzelwagen

Flirt SBB: Komfortable Ausrüstung äußert sich durch hohes Sitzplatzgewicht

Länge des Zuges wirkt sich positiv auf das spezifische Gewicht aus (vgl. 425/426)→ SPACIUM: 7-Teiler schwerer als 8-Teiler

Elektrotriebwagen


Flächengewicht/Sitzplatzgewicht (HGV)

411 (1997)

TGV PSE (1978)

TGV Atlantique (1988)

Eurostar (1993)

Talgo 250 (2007)

JR E1 "Max" (1994)

JRK 800 / 800-1000 (2004)

JRE E2 / E2-1000 (1997)

JRE E3 (1997)

JRE E3-1000 (1999)

JRE E4 (1997)

415 (1997)

ETR 460 (1994)

Velaro E (8-teiler AC) (2007)

Velaro CRH3 (8-teiler AC) (2008)

Velaro RUS (10-teiler AC/DC) (2009)

Velaro RUS (10-teiler AC) (2009)

Velaro D (8-teiler AC/DC) (2010)

TGV POS (2006)

TGV Duplex (1996)

railjet +1116 (2008)

ICE 2, 402+7 MW (1995)

ICE 3, 403 (1999)

ICE 3 MS, 406 (1999)

Talgo 350 (2005)

ICE 1, 401+12 MW (1990)

JRC 300 / JRW 300-3000 (1992)

JRE 400 (1992)

JRW 700-7000 (2000)JRE E2

(1997)

JRE E5 (2011)

403/404 (1973)

AGV (7 Teiler) (2010)

0,500

0,550

0,600

0,650

0,700

0,750

0,800

0,850

0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 1,100 1,200


Fläc

heng

ewic

ht [t

/m²]

411 (1997)415 (1997)ETR 460 (1994)Velaro E (8-teiler AC) (2007)Velaro CRH3 (8-teiler AC) (2008)Velaro RUS (10-teiler AC/DC) (2009)Velaro RUS (10-teiler AC) (2009)Velaro D (8-teiler AC/DC) (2010)TGV POS (2006)TGV Duplex (1996)TGV PSE (1978)TGV Atlantique (1988)Eurostar (1993)Talgo 250 (2007)railjet +1116 (2008)ICE 2, 402+7 MW (1995)ICE 3, 403 (1999)ICE 3 MS, 406 (1999)JR E1 "Max" (1994)Talgo 350 (2005)ICE 1, 401+12 MW (1990)JRC 300 / JRW 300-3000 (1992)JRE 400 (1992)JRW 700-7000 (2000)JRK 800 / 800-1000 (2004)JRE E2

Hochgeschwindigkeitszüge

flächenoptimal

sitzplatzoptimal


?

Triebzug

Triebkopf

Japan

Crashausrüstung

Mehrsystem


ICE 2 vs. ICE 3: besseres Sitzplatzgewicht 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



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 benötigtDurch die kleineren Türausschnitte müssen diese weniger aufwendig umbaut werden → Gewichtseinsparung



Gemittelte Werte nach Ländern

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

Deutschland Frankreich Japan China

Länder

Sitz

plat

zgew

icht

[t/S

P];

Fläc

heng

ewic

ht [t

/m²]

SitzplatzgewichtFlächengewicht

Gemittelte Werte HGV


Gemittelte Werte HGV

Europa: komfortable Ausstattung, dadurch entsteht ein hohes Sitzplatzgewicht

Asien: enge Bestuhlung, weniger aufwendige Technik


Gesamtübersicht

Flächengewicht/Sitzplatzgewicht (Alle)

411 (1997)

415 (1997)

ETR 460 (1994)

Velaro RUS (10-t eiler AC) (2009)

Velaro D (8-t eiler AC/ DC) (2010)

TGV POS (2006)

TGV Duplex (1996)

TGV PSE (1978)

TGV At lant ique (1988)

Eurost ar (1993)

Talgo 250 (2007)

railjet +1116 (2008)

ICE 2, 402+7 MW (1995)

ICE 3, 403 (1999)

ICE 3 MS, 406 (1999)

Talgo 350 (2005)

ICE 1, 401+12 MW (1990)

JRE 400 (1992)

JRW 700-7000 (2000)

JRK 800 / 800-1000 (2004)

JRE E3 (1997)

JRE E3-1000 (1999)

JRE E5 (2011)

403/ 404 (1973)

FLIRT SBB (2004)


Coradia Duplex X40/ 2004 Int egral (2004)

FS TAF (1998)

611 (1996) 605

(2000)

GTW 2/ 6 UBB (1999)

643/ Talent (1999)

GTW 2/ 6 1.Gen. (1995)

IC3D, DSB (1988)

DM 90, NL (1996)

Velaro E (8-t eiler AC) (2007)

Velaro CRH3 (8-t eiler AC) (2008)

JR E1 "Max" (1994)

JRC 300 / JRW 300-3000 (1992)

JRE E2 (1997)

JRE E4 (1997)

AGV (7 Teiler) (2010)

422 (2008)

474/ 874 Hamburg (1996)

S-t og Kopenhagen (1995)

481/ 482 Berlin (1996)


423 (1998)

420/ 421 (1970)

480 Ber lin (1987)



Talent ÖBB/ 4023 (2006)

Talent ÖBB/ 4124 (2006)

Lirex Experiment al (Versuch) (2000)

IR4E DSB (1995)

NS Sprint er Light t rain 4-T (2008)

NS Sprint er Light t rain 6-T (2008)

425 (2000)

426 (2000)

Desiro EMG 312-0 (2000)

Desiro EMG 312-1 (2000)


CoradiaCont inent al/ 440, 4-Teiler

(2008)

610 (1993)

612 (1998)

GTW 2/ 6 4. Gen. (2006)

GTW 2/ 8 (2006)

LINT 27 (Baureihe 640) (1999)

LINT 41 (2000)644/ Talent

(1998)

Regio Sprint er (1995)


Regio Shut t le (1996)

ITINO (2002)

Int egral (1998)

(L)VT / BR 641 / 2001 (2001)

Lint 54 (2011)

Lint 81 (2011)

628.4/ 928.4 (1993)

VTA/ AKN (1993)

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2


Fläc

heng

ewic

ht [t

/m²]

HGV-Züge Europa

Leichttriebwagen

EMU

DMU

S-Bahn

Japan. HGV


Gesamtübersicht

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


Ausgewählte Daten vergleichbarer S-Bahn-Fahrzeuge

Innenausbaugewicht (0,1408 t/m²)

Fahrwerksgewicht (0,2671 t/m²)

Rohbaugewicht (0,0853 t/m²)

Sitzplatzgewicht (0,6613 t/SP)

420/421 (1970)





472/473 Hamburg (1974)

480 Berlin (1987)





422 (2008)





0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0 1 2 3 4 5

Datensatz

Fläc

heng

ewic

ht (t

/m²)

Fahrwerksgewicht

Innenausbaugewicht

Sitzplatzgewicht

Rohbaugewicht0,2

1

0,4

0,2

0,5

0,1

0,2

0,1

Ausgewählte S-Bahn-Fahrzeuge


Vergleich von S-Bahn-Fahrzeugen mit gleichem Einsatzspektrum

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

420/421 (1970)

422 (2008)

Baureihe

Fläc

heng

ewic

ht [t

/m²]

Sonstige GewichtsanteileGewicht elektr. AusrüstungDrehgestellgewichtWagenkasteninnenausbaugewichtWagenkastenrohbaugewicht

ohne Crash mit Crash


EinzelwagenJakobsfahrwerk

Bemerkung: Fahrzeugauswahl aus vorliegenden Detaildaten


420 → 422:

Deutlich höherer Anteil des Rohbaugewichts durch Crashelemente

Aluminium-Differential-Bauweise der BR 420 ist vorteilhaft, aber aufwendig

Reduzierung des Elektrogewichts

Geringeres Fahrwerksgewicht durch Jakobsfahrwerke



Ausgewählte Daten vergleichbarer DMU

628.4/928.4 (1993)





Integral (1998)


Rohbaugewicht (0,2168 t/m²) nicht vorhanden







LINT 41 (2000)







Lirex Experimental (Versuch) (2000)



0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0 1 2 3 4 5 6

Datensatz

Fläc

heng

ewic

ht (t

/m²)

Fahrwerksgewicht

Innenausbaugewicht

Sitzplatzgewicht

Rohbaugewicht0,2

1

0,4

0,2

0,5

0,1

0,2

0,1

Ausgewählte Dieseltriebzüge


Vergleich DMU

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

628.4/928.4 (1993)

Integral (1998)


LINT 41 (2000)

Lirex Experimental(Versuch)

(2000)

Baureihe

Fläc

heng

ewic

ht [t

/m²]



Bemerkung: Fahrzeugauswahl aus vorliegenden Detaildaten

Einzel-wagen

Sänften-konzept

Jakobs-fahrwerk

Jakobs-fahrwerk Einzel-RS


Geringster Anteil des Fahrwerksgewichts beim INTEGRAL durch Sänftenkonzept

Einzelradsätze bei LIREX Experimental, durch Versuchsausrüstung insgesamt sehr schwer → Achslastgrenzen werden erreicht

Kein Unterschied im Fahrwerksgewicht 628/642/648 trotz Einzelwagen-/ Gliederzugkonzept

628: Konstruktion der frühen 80er Jahre, leichteres Flächengewicht, gleiches Rohbaugewicht wie LINT 41, Desiro Classic: Niederflur vs. Hochflur



Ausgewählte Daten vergleichbarer EMU











(2008)Desiro Mainline

(2008)





0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0 1 2 3 4

Datensatz

Fläc

heng

ewic

ht (t

/m²)

Fahrwerksgewicht

Innenausbaugewicht

Sitzplatzgewicht

Rohbaugewicht0,2

1

0,4

0,2

0,5

0,1

0,2

0,1

Ausgewählte elektrische Triebzüge


Vergleich EMU

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8



(2008)



Baureihen

Fläc

heng

ewic

ht [t

/m²]


mitCrash

mit Crash

ohneCrash


Einzel-wagen

Jakobs

Jakobs

mitCrash

Jakobs


Desiro Mainline: Erneute Anwendung von EinzelwagenDas Fahrwerksgewicht 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.



Ausgewählte Daten vergleichbarer HGV-Züge














0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0 1 2 3 4

Baujahr

Fläc

heng

ewic

ht (t

/m²)

Sitzplatzgewicht(1,1225 t/SP)


Fahrwerksgewicht

Innenausbaugewicht

Sitzplatzgewicht

Rohbaugewicht0,2

1

0,4

0,2

0,5

0,1

0,2

0,1

Ausgewählte HGV-Züge



Vergleich HGV

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9




Baureihe

Fläc

heng

ewic

ht [t

/m²]



Velaro CRH leichtester Velaro:Breiterer Wagenkasten, 2+3-Sitzanordnung → geringes SitzplatzgewichtGeringstes Rohbaugewicht, geringstes FahrwerksgewichtEinsystemer

Velaro E: Sehr komfortabel, Einsystemer

Velaro RUS: Anpassung an besondere Verhältnisse (Klima, Spurweite etc.), Zweisystemer



Gewichtstreiber sind:• Crashelemente• Fahrwerkskonzepte• Mehrsystemausrüstung• Niederflurwagenkästen

Fazit


Die vollständige Studie wird Mitte 2012 in einer Sonderausgabe der ZEV Rail veröffentlicht

Documents

Leichtbaustudie im Auftrag der DMG · Talgo 250 (2007) railjet +1116 (2008) ICE 2, 402+7 MW (1995) ICE 3, 403 (1999) ICE 3 MS, 406 (1999) JR E1 "Max" (1994) Talgo 350 (2005) ICE 1,