1© C. Schindler, KIMA 2005
6. Deutscher Nahverkehrstag, Koblenz
Wege zu kostengünstigen Fahrzeugen
im SPNV - aus technischer Sicht
von
Professor Dr.-Ing Christian Schindler
Lehrstuhl für Konstruktion im Maschinen- und Apparatebau
der Technischen Universität Kaiserslautern
Koblenz, 15. September 2005
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Inhalt:
1. Kosten und wie sie beeinflußt werden
2. Die Konzeptsicht
3. Die Anforderungssicht
4. Zusammenfassung und Ausblick
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Einteilung der Kosten
Herstellkosten
Selbstkosten
Life-Cycle-Cost (LCC)
Quelle: Ehrlenspiel/Kiewert/Lindemann
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Hersteller Nutzer
Einflussmöglichkeiten
auf Lebenszykluskosten
(Hersteller und Nutzer)
Einflussmöglichkeiten
auf Betriebskosten
(Nutzer)
Entsorgungskosten
Betriebskosten
Instandhaltungskosten
Selbst-kosten
Investitions-kosten
Lebenslaufkosten(Life-Cycle-Costs)
Zeit
kum
ulie
rte
Ko
sten
Planung Entwick-
lung Fertigung Nutzung
Entsor-gung
Gewinn
Kosten über der Produktlebensdauer
nach Ehrlenspiel/Kiewert/Lindemann
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Selbstkosten
Selbstkosten sind
• Herstellkosten+
• Entwicklungs- und Konstruktionskosten+
• Vertiebs- und Verwaltungskosten
Sie hängen - mit Ausnahme der Herstellkosten -
hauptsächlich von der internen Aufbau- und
Ablauforganisation des Herstellers ab.
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Einflüsse auf die Herstell- und Betriebskosten
Vorgaben durch N,z.B. geschweißter Rohbau
N:„Sammel-bestellung“
vs. kleine LoseH: Standardisierung
u. Modularisierung
H+N
H+N H+N
H+N
(H+)N+GH(+N)
H – HerstellerN – Nutzer (Betreiber)G - Gesetzgeber
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Stückzahleinfluss auf die Herstellungskosten
Allgemeine „Faustregel“:doppelte Stückzahlsenkt die Kosten um 20%
Quelle: Ehrlenspiel/Kiewert/Lindemann
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Haupteinflüsse auf die Herstellkosten
H+N
H+N H+N
H+N
(H+)N+GH(+N)
Vorgaben durch N,z.B. geschweißter Rohbau
N:„Sammel-bestellung“
vs. kleine LoseH: Standardisierung
u. Modularisierung
N bestimmt Fahrzeuggröße und Anforderungen,
H das eingesetzteMaterialvolumen
N hat hier den größten Einfluß (Anforderungsleichtbau = Anforderungssparbau)G: Vorschriftenlage
-> Gewicht, Funktion -> Energiekosten, Wartungs- u. Reperaturkosten
Bauvolumen x Werkstoff ist Gewicht
N gibt oft Werkstoff vor (Alu, Stahl)
Einflüsse auf die Herstell- und Betriebskosten
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Inhalt:
1. Kosten und wie sie beeinflußt werden
2. Die Konzeptsicht
3. Die Anforderungssicht
4. Zusammenfassung und Ausblick
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Einfluß des Fahrzeugkonzeptes
Konzeptleichtbau = Konzeptsparbau
man sagt auch salopp
"Leichtbau durch weglassen"
Was nicht da ist, kostet nichts!
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Einsatz von Jakobs-Drehgestellen
Quelle: Schwanhäuser
Quelle:Lurz, D.
Laufdrehgestell
ET 420
ET 423
Gewicht-seinsparung
23 %
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Intelligenter Einsatz von Einzelachsfahrwerken
Regio-Sprinter Quelle: DUEWAG
Regio-Shuttle RS3 Quelle: ABB
Gewichts-vorteil
gegen ET 423
ca. 20 %
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Weniger Antrieb - aber hochausgenutzt
Gelenktriebwagen GTW 2/6 Quelle: Stadler
Power-Pack plus Einzel-Laufachsen
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Größere Nutzfläche durch verringerten Fahrwerkabstand
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Breite 3600 mm statt 3000 mm Quelle: Ahrens, LHB
9850 7500
S-Bahn-Gliederzug für Kopenhagen
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Kein Scheitern wegen Schwächen des
Fahrzeugkonzeptes!
sondern z.B.:
Klimatisierung
geringe Längsdruckprüfkraft
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Inhalt:
1. Kosten und wie sie beeinflußt werden
2. Die Konzeptsicht
3. Die Anforderungssicht
4. Zusammenfassung und Ausblick
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Statische Längsdruckprüfkraft nach DIN EN 12663
Kategorie P-I (Wagen- und Lokomotiven): FL ≥ 2000 kN
Kategorie P-II (Triebzugeinheiten): FL ≥ 1500 kN
Kategorie P-III (U- und S-Bahnfahrzeuge): FL ≥ 800 kN
Kategorie P-IV (leichte U- und Stadtbahnfzge.):FL ≥ 400 kN
Kategorie P-V (Straßenbahnfahrzeuge): FL ≥ 200 kN
FL FL
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Bemessungsszenarien für LTW nach DIN 5560
Aufprall auf einen Referenzstoßpartner mit starrer Masse von 80 t,der in Längsrichtung verschiebbar ist mit
• Aufprallgeschwindigkeit 8 km/h (Szenario 1)• Aufprallgeschwindigkeit 36 km/h, wenn LTW mit EBO-Bremse
Aufprallgeschwindigkeit 25 km/h, wenn LTW mit BOStrab-Bremse
(Szenario 2)
80 t
µ=0
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Anpassen der Einstiegs- an die Bahnsteighöhe oder umgekehrt?
Schubblech, Verstärkungen => Gewicht!
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Übertragung von Schubkräften
Kraftflußgerechte Seitenwandkonstruktion
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Fensterausschnitte
Weniger Fensterfläche
Kleinere Fenster mit abgerundeten
Ecken
erhöhen die Steifigkeit,
verringern das Gewicht,
lassen weniger Erwärmung zu,
erfordern weniger Heiz-/Kühlleistung,
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Inhalt:
1. Kosten und wie sie beeinflußt werden
2. Die Konzeptsicht
3. Die Anforderungssicht
4. Zusammenfassung und Ausblick
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Technisch beeinflußbar sind Herstellungs- und Betriebskosten
Größter Hebel: Konzept und technische Anforderungen
Beispiele:
Konzept: JakobsdrehgestelleEinzel- statt DoppelfahrwerkAntriebskonzentration
Anforderungen:„Niederflurtechnik“ nicht um jeden PreisWeniger Fensterfläche hilft Kosten senken.
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Ausblick
• Das Einzelfahrwerk ist mehrfach erfolgreich realisiertund steht zur Verfügung.
• Konzentration der Antriebstechnik ist möglich.Herausforderungen: Zuverlässigkeit, Ausfallszenarien
• DIN EN 12663 befindet sich in Überarbeitung"Crash"-Szenario statt statische Prüfkraft
• Niederflurtechnik – Ziel: Durchgehender Fußboden mit"standardisierter" Höhe (-> Direktantrieb)
• Attraktives Design mit kleineren, abgerundeten FensternUmdenken bei den Betreibern