Zug der Zukunft Next Generation Train - NGT · 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 100...
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Zug der Zukunft Next Generation Train - NGT
Dr.-Ing. Joachim Winter Institut für Fahrzeugkonzepte, Stuttgart
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 2
175 Jahre Eisenbahn 1835 Nürnberg – Fürth „Der Adler“
Lokomotive; Einzelachsen; Dampfantrieb 15 KW 28 (65) km/h; mechanische Spindelbremse; Laufleistung – meist Einsatz von Pferden
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 3
100 Jahre Elektromobilität Strecke Dessau – Bitterfeld (Freigabe 01. April 1911)
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 4
Schnelltriebzug DRG 137 1935 Bauart Köln - Linke-Hofmann, Breslau
Stromlinienförmiger Steuerwagen; Einzelachsen; dieselelektrischer Antrieb 882 KW 160 km/h; Magnetbremsen Bremsweg 800m; Laufleistung 35.000 km/Monat
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 5
Zug der Zukunft 2035 Hamburg Dammtor abfahrbereit
Stromlinienförmiger Doppelstock-Steuerwagen; Einzelräder; elektrischer Antrieb 18 MW 400 km/h; aerodyn. + Magnetbremsen Bremsweg 8 km; Laufleistung 50.000 km/Monat
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 6
Zug der Zukunft Neun beteiligte DLR-Institute
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung
Institut für Fahrzeugkonzepte Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin Institut für Verkehrssystemtechnik
Institut für Robotik und Mechatronik Institut für Werkstoffforschung
Flughafenwesen und Luftverkehr Schnittstellen zu den Kristallisationsthemen
Next Generation Railway System - NGRS Neuartige Fahrzeugstrukturen - NFS
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 7
Zug der Zukunft Anforderungen Betriebsanforderungen
Betreiber Nutzlast Kosten Verschleiß LCC und LCA usw.
Infrastruktur Fahrweg Bahnsteig Energieversorgung Leittechnik usw.
Technik Einsatzgeschwindigkeit Antriebskonzept Modularisierung Wagenkastenbau usw.
Betriebsanforderungen Fahrgast bzw. Kunde
Personenverkehr (Nah-, Regional-, Fern-)
Ein-, Ausstieg Komfort
Güterverkehr Nutzlast
usw.
Normen und Gesetze
LCC – life cycle costs
LCA – life cycle assessment
Zug der Zukunft
Entwicklung der Höchstgeschwindigkeiten Triebwagenzüge
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 9
Zug der Zukunft Themen und Ziele 1. Erhöhung der zugelassenen Geschwindigkeit
auf 400 km/h (wiss. Untersuchungen zu 600 km/h)
2. Halbierung des spezifischen Energieverbrauchs gegenüber dem ICE 3 bei 300 km/h
3. Lärmreduktion 4. Komfortsteigerung 5. Verbesserung der Fahrsicherheit 6. Verbesserung des Verschleißverhaltens und
Lebenszykluskosten 7. kosteneffiziente Bauweisen
durch Modularisierung und Systemintegration 8. Effizienzsteigerung
von Entwicklungs- und Zulassungsprozessen
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 10
Zug der Zukunft Vorgehensweise
konsequenter innovativer aerodynamischer Entwurf
Erhöhung der spezifischen Sitzplatzkapazität mechatronisches Einzelrad-Einzellaufwerk aerodynamische Steuerflächen Multi-Material-Design mit neuen Materialsystemen modulare Bauweisen innovative Fügetechnik Systemintegration Zusammenarbeit mit
Standardisierungsgremien Schienenfahrzeugherstellern
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 11
Zug der Zukunft Fahrzeugtypen
Ultra-Hochgeschwindigkeits-Triebwagenzug NGT HGV
Schneller InterCity-Triebwagenzug
NGT REGIO
Schneller Güter-Triebwagenzug NGT CARGO
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 12 12
Zug der Zukunft Wettbewerb Luftfahrt – Eisenbahn
Einfluss der Zugangszeit Hochgeschwindigkeits-Schienenverkehr wettbewerbsfähig < 800 km
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Travel Distance [km]
Trav
el T
ime
[h]
NGT HSR - 200 Air Traffic - 700 Air Traffic - 500
Zugang Abgang Zugfahrt A B
3:15 0:15 0:15 Fahrgast
Zugang Zubringer Flug Gepäck Zubringer Check-In / Sicherheit A 1:00 0:15 0:30 0:45 0:30 0:30 0:15
Abgang B
Passagier
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 13
Zug der Zukunft Innovatives Triebzugkonzept
Fahrwerke Einzelrad-Doppellaufwerke Einzelrad-Einzellaufwerke mechatronische Räder
Wagenkasten Verschiedene Spantbauweisen mit Sandwich-Ausfachungen
Innenausstattung FKV mit Naturfasern LFI-Verfahren mit PUR Akustik und Klimatisierung
Ein- und Ausstiege Türen Fahrgastflussanalyse
Endwagen Tunneleintritt-Nase Aerodynamische Seitenwindstabilität optisch gekuppelt
Betriebskonzept dynamisches Flügeln Fahrerassistenz
… 202 m
21 m 20 m
Maschinen- und Gepäckbereich
8x diese Wagen werden im Halbzug als 8 Mittelwagen eingesetzt
Wagenübergänge neuartiges Konzept zur Verringerung der Wagenübergangslänge trennbare, autonom fahrbare Einheiten
202 m
2x 8x
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Zug der Zukunft Systementwicklungs-Prozess
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Zug der Zukunft Steuerkopf: Triebfahrzeugführerstand
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Zug der Zukunft Mittelwagen: Modularisierung und Bauweisen Modularer Aufbau (Endmodul, Fahrwerk-Modul, Fahrgastmodul)
Kombination unterschiedlicher Bauweisen
Fachwerk-, Rahmenbauweise im Prinzip der Wabenröhre (Fahrwerk-Modul) faserintensives Segment aus verstärkten Sandwich-Elementen (Fahrgastmodul)
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Zug der Zukunft Mittelwagen: Einzelrad-Einzelfahrwerk
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 18
Zug der Zukunft Energiemanagement
Antrieb Antriebsleistung 18 MW keine Stromabnehmer Hilfsantrieb für Überführungsfahrten
Bremsen generatorisch mechanisch radintegriert
Steuerkopf-Fahrwerke 8 Einzelrad-Doppellaufwerk 8 Antriebsmotor 510 KW und Getriebe induktive Stromaufnahme autonom fahrbar
Wagenkasten Leichtbau spart pro Tonne bis 1 KWh/100 km ein
Bremsen Fahrerassistenz aerodynamisch
Steuerkopf optisch gekuppelt Funk Datenübertragung
… 202 m
21 m 20 m
8x diese Wagen werden im Halbzug als 8 Mittelwagen eingesetzt
202 m
2x 8x
Mittelwagen-Fahrwerke 4 Einzelrad-Einzellaufwerke radnaher Motor 260 KW induktive Stromaufnahme autonom fahrbar
Next Generation Train
Zug der Zukunft Antriebskonzept: Motoren
1400 mm
1435 mm
1250 mm
Seitenansicht Package Triebkopfmotor
SchieneTriebradTriebrad
1250 mmICE 3 ICE 3
Draufsicht Package Triebkopfmotor
4400 mm
1400 mm
1435 mm
1250 mm
Seitenansicht Package Triebkopfmotor
SchieneTriebradTriebrad
1250 mmICE 3 ICE 3
Draufsicht Package Triebkopfmotor
4400 mm
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Next Generation Train
Zug der Zukunft Antriebskonzept: Beschleunigung (DYMOLA)
Beschleunigung auf Geschwindigkeit Weg Zeit
[km/h] [km] [s]
100 0.268 20
200 1.395 46
300 4.986 96
400 16.274 210
440 31.543 340
459 73.429 673
21
Next Generation Train
Zug der Zukunft Bremskonzept: Betriebsbremsung (DYMOLA)
Fahrwiderstand Generatorische Bremse Aerodynamische Bremse Wirbelstrombremse
=> Verschleißfrei und meist
zurückspeisend
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100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
600.000
700.000
800.000
900.000
1000.000
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Fahrgeschwindigkeit in km/h
Bre
msk
raft
in k
N
Fahrwiderstand (15 km/h Rückenwind) Generatorische BremseWirbelstrombremse Aerodynamische BremseSchnellbremsung (mit Gefälle) Betriebsbremsung (mit Gefälle)
Next Generation Train
Zug der Zukunft Bremskonzept: Schnellbremsung (DYMOLA)
⇒ Zusätzliches Brems- system notwendig Reibungsbremse, Scheibenbremse
V < 50 km/h Bremskraft und –weg
nicht eingehalten
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0.000
100.000
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300.000
400.000
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600.000
700.000
800.000
900.000
1000.000
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Fahrgeschwindigkeit in km/h
Bre
msk
raft
in k
N
Fahrwiderstand (15 km/h Rückenwind) WirbelstrombremseAerodynamische Bremse Rad-Schiene-KontaktSchnellbremsung (mit Gefälle) Betriebsbremsung (mit Gefälle)
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 24
Bremswege für verschieden Ausgangsgeschwindigkeiten(reiner Bremsweg, ohne Betätigungsdauer te)
0100020003000400050006000700080009000
10000
0 100 200 300 400 500
Ausgangsgeschwindigkeit [km/h]
Bre
msw
eg [m
]
Bremsweg NGT Schnell
Bremsweg TSI Schnell
Zug der Zukunft Bremsweg
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 25
Zug der Zukunft Tunnel- und Seitenwind-Windkanal
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 26
Zug der Zukunft Tunnel-Windkanal
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 27
LCC Berechnungen am NGT
Komponenten Fahrzeug
Betrieb & Umfeld
Lebenszykluskosten
Leichtbau Einzelräder Doppelstock Energie-
übertragung
Rad-Schiene Verschleiß
Energieverbrauch
Material & Fertigung
Reparatur & Wartung
Bauteilverschleiß/ -alterung
Rückspeisung Personalbedarf
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 28 28
Zug der Zukunft Potential der Fahrgastzahlen in Europa Verhältnis zwischen der Verkehrsanbindung und den sozio-ökonomischen Eigenschaften (multiple regression model) 401 Verbindungen in Europa berechnet Geschwindigkeitserhöhung um 20 %:
nationale Strecken: + 27 % internationale Strecken: + 34 %
( ) ( )3
21
1000
β
βββ
⋅⋅⋅⋅⋅=
ij
ijjijiij v
dWWPPF
Entfernung
Bevölkerung BIP Reisezeit
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Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 29 29
Zug der Zukunft Abschätzung von Infrastrukturkosten mittels GIS Berücksichtigung von unterschiedlichen geographischen Gegebenheiten Widerstände des Streckenbaus: Bevölkerungsdichte, Geländeverlauf, Gewässer Einfluss der Baukosten
Reibwert-Karte
Next Generation Train
Zug der Zukunft Betriebskonzept: HSL Paris - Wien
Transparency 30
16.12.2011
Heutige Situation
Szenario mit 6 Halten
Szenario mit existierenden Bahnstrecken
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 31
Zusammenfassung
Doppelstock-Hochgeschwindigkeitszug „Zug der Zukunft“ leicht energieeffizient leise fahrgastfreundlich verschleißarm im Rad/Schiene-Kontakt
Zug der Zukunft – technische Designstudie
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 33
Unterdeck / 2. Klasse / Durchgang
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 34
Unterdeck / 1. Klasse
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 35
Oberdeck / 1. Klasse
Dr. Joachim Winter – Neuartiges HGV Zugkonzept – Folie 36
Next Generation Train
Transparency 37
16.12.2011
Next Step
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