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Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb VEL-WAGON Versatile Efficient and Longer Wagon for European Transportation Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy

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Page 1: Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb VEL-WAGON Versatile Efficient and Longer Wagon for European Transportation Dipl.-Ing. A

Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb

Technische Universität BerlinSchienenfahrwege und Bahnbetrieb

Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb

VEL-WAGONVersatile Efficient and Longer Wagon for European Transportation

Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy

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Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb

EC FP7-SST-2010-RTD-1Collaborative Project, Nr. 265610Duration: 25 M (01.12.2010-31.12.2012)

4 Partners: TUB: SFWBB (Prof. Siegmann) und SFZ (Prof. Hecht) UNIZA: Departments Railway Transportation, Transportation Networks and Machines TVP: Tatravagonka (Slowakia) KTH: Railway Group (Prof. Nelldal)

Advisory Board (SNCB, UIC, DB, Green Cargo, HPA, UIRR, DUSS, ECT, ERS and Private Consultants)

Total budget: ~ 1Mio EUR (EC Fund: 831.687 EUR)

Official Information

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 | 2

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Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb

Longer loading surfaces without interruption, as well as more capable platforms with higher axle loads and with lower loading heights to increase the capacity of the freight railway transportation

Project Idea

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 | 3

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Scientific Objectives

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 | 4

Present and future road-rail transport market

Present and future wagonload transportation market in Europe

Infrastructure limitations, technical and economical, to extended wagon lengths, axle loads and loading gauges

Wagon enlargement possibilities, especially when it comes to length between bogie pivots, length between pivots and couplers, loading height and loading gauge for ITUs (also semitrailers) and conventional units, tare weight, heavy stresses on frame as well as dynamic and static characteristics of such wagons

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Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

110%

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

1990

# wagons

t-km 2010c.a. 400 Mrd. t-km

2010c.a. 650.000 wagons

Data source: Eurostat and UIC 2011

Background freight railways

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 | 5

Drop in t-km transported by railways after 1990 and slightly decreasing during last two decades

Severe drop in number of wagons employed in rail freight transportation More efficient utilization of wagons, especially intermodal wagons Longer distances of transport

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Supply Chain

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INPUT TRANSPORTRaw materials

Heavy transportsWhat counts: Price

PRODUCTIONIndustries

Technology,sophistication, specialization

OUTPUT TRANSPORTFinished and semi-finished

products Light transports, long distances

What counts: Price and quality

Micro Logistics

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Road transport

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 | 7

80% of road transports Volume oriented 20% of road transport Weight oriented

Data source: Eurostat 2011

Data source: Eurostat 2011

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Road transport

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 | 8

Lighter goods tend to travel longer distances than heavy goods

Data source: Ministerio de Fomento 2011

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Rail freight transport

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Freight rail evolution in Germany

Total

Wagonload

CTTrainload

SWL

0

20

40

60

80

100

120

140

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Mrd

. T

km

Averaged values for German trains

Single wagon load

Unit trains Heavy unit trains

Intermodal trains

Total

Gross weight (t) 1.094 1.087 2.007 1.046 1.140Net weight (t) 531 479 1.055 384 523Distance of transport (km) 255 419 336 646 374Train length (m) 453 383 513 502 457net/gross weight in % 49% 44% 53% 37% 46%

Data source: Destatis, Eurostat, DB AG Wettbewerbsbericht 2010.

Data source: Schienenwege des Bundes November 2010, Federal Ministry of Transport, Building and Urban Development Germany.

114 (2011)

40 (2011)

74 (2011)

Lorry 2+3 axles

321817016,556%

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Container Transportation

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 | 10

Data source: Ci-Census 2003 (own calculations to interpret 2010 share)

Rotterdam Port TEU/Container

1989 1,451994 1,521999 1,592004 1,622010 1,652020 ? (>1,65)

New York 2009 1,72Los Angeles 2009 1,80

Averaged gross weight of a loaded container in Europe:

~12,5 t/TEU

Data source: Rotterdam Port, New York, Los Angeles and Long Beach Ports

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Container Transportation(2)

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 11

Source data: 2011 Eurogate and Euromax terminals, Antwerp Port statistics and Eurostat.

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Continental Transport

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Data source: Combination of data from Eurostat, Destatis and UIRR statistics; validated with the data of a big intermodal operator, arrows indicate trend. (It does not include 20 and 40 ft sea containers)

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Wagon fleet

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 13

Intermodal wagons in Europe

Source data: Diomis report “Intermodal rolling stock in Europe”

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VEL-Wagon Concepts

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 14

80 ft (with and without pocket)

85 ft (with and without pocket)

90 ft (with and without pocket)

90 ft (Double pocket)

Wagons to be compared

106 ft TWIN (with pocket)

60 ft (with and without pocket)

80 ft (without pocket)

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Scenarios on Container Traffic

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 15

Probability 60 ft 80 ft art VEL-80 ft

Mix 1234 Import 6,6% J 15% 11,9 11,5 15,3

Mix 123 Import 6,3% J 16% 11,4 11,1 14,8

Mix 1234 Export 5,9% J 12% 14,4 13,4 18,2

Mix 124 Import 5,6% J 15% 10,5 10,8 14,4

Mix 123 Export 5,3% J 16% 13,0 12,8 17,3

Mix 12 Import 5,2% J 16% 9,7 10,1 13,2

Mix 134 Import 5,1% J 18% 11,5 10,8 14,4

Mix 13 Import 4,7% J 16% 10,4 10,2 13,4

Mix 124 Export 4,5% J 12% 12,1 12,3 16,6

Mix 234 Export 4,1% L -3% 18,2 16,0 22,2

Mix 14 Import 4,0% J 15% 9,1 9,5 12,3

Mix 12 Export 4,0% J 17% 10,7 11,5 15,3

Mix 134 Export 3,7% J 14% 14,5 13,4 18,2

Only 1 Import 3,6% J 16% 8,2 8,5 10,9

Mix 23 Export 3,5% J 18% 17,0 15,3 21,1

Mix 13 Export 3,1% J 15% 12,8 11,8 15,8

Mix 234 Import 3,0% K 0% 18,3 16,3 22,6

Mix 24 Export 2,8% K 1% 15,1 15,3 21,0

Mix 23 Import 2,7% K 0% 17,1 15,7 21,6

Mix 14 Export 2,3% J 14% 11,2 11,0 14,6

Only 2 Export 2,2% J 17% 12,6 13,7 18,7

Mix 24 Import 2,0% K 0% 16,5 15,3 21,1

Mix 34 Export 1,9% L -16% 23,1 21,4 30,2

Only 1 Export 1,8% J 14% 8,2 8,5 10,9

Only 2 Import 1,6% J 14% 13,6 13,7 18,7

Mix 34 Import 1,5% L -16% 17,2 17,0 17,4

Only 3 Export 1,3% L -32% 22,5 19,1 26,7

Only 3 Import 1,1% L -32% 22,5 19,1 26,7

Only 4 Export 0,6% L -8% 27,8 23,8 33,8

Only 4 Import 0,4% L -6% 27,8 23,8 33,8

All Import 53,1% J 6% 12,2 11,8 15,6

All Export 46,9% J 5% 14,4 13,7 18,7

All All 100% J 11% 13,2 12,7 12,72,79 t/m 2,89 t/m 2,74 t/m

Case VEL effectivenessAxle load (t)

meter load -->

Operators could spare one full train in 9

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Intermodal transport

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Articulated wagon

80 ft

4 m of loading length per axle

Short wagon

60 ft

4,6 m of loading length per axle

Articulated wagon

106 ft

5,6 m of loading length per axle

VEL wagon

80 ft

6 m of loading length per axle

Hinterland transport

12,6 t/axle 13,1 t/axle Normally not used 16,1 t/axle

Continental transport Normally not used 13,5 t/axle 15,2 t/axle 16,6 t/axle

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Advantages

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 17

Aerodynamics KRolling LGradient LAcceleration LCurve K

Aerodynamics JRolling JGradient JAcceleration JCurve K

* Source data: VEL-wagon study, 100km track Würzburg–Nürnberg, 500 m long train, different loading schemas.

• More TEUs/ m• More payload /

m

• More TEUs/ m• Less payload / m• ~15% less

consumption / TEU*

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Not new

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ITLength : 25,8 mCapacity: 4 TEUsPayload: 58 t (14,5 t/TEU)Loading height 1170 mm

BE & CHLength : 23,13 mCapacity: 3,6 TEUsPayload: 67,3 t (18,6 t/TEU)Loading height 1100 mm

PLLength : 25,9 mCapacity: 4 TEUsPayload: 66 t (16,5 t/TEU)Loading height 1155 mm

EU NON-EUUS Length : 27,1 mCapacity: 4,3 TEUsPayload: 100 t (24 t/TEU)

UKR Length : 25,6 mCapacity: 4 TEUsPayload: 71,2 t (17,8 t/TEU)

US Length : 28,3 mCapacity: 4,5 TEUsPayload: 78 t (17,3 t/TEU)

Source: TRW

Source: Ignazio Messina

Source:"TABOR" M. Dybowski S.J.

Source: Greenbrier

Source: : Hekmat GmbH.

Source: Greenbrier

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Challenges

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 19

Hi-Cube 2,9 m tall

~ ?1155 mm

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Concept

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 20

VEL-WagonLength : 80’ (to 90’)Capacity: 4 (to 4,5) TEUsTare < 22 tPayload (22,5): 68 t (17 t/TEU)Loading height: 1090mm (whole length) Speed 120 km/h (loaded)Gauges (GA, GB, GC)Different configurations on multipurpose function

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VEL-Wagon

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 | 21

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Business case shuttle Rotterdam-Milano

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 | 22

Turnaround costs

Locomotive Wagon Access Energy Personnel Overall

Reference 6.647,32 € 2.122,62 € 8.508,81 € 6.047,26 € 2.209,34 € 25.535,35 €

VEL-Wagon 6.647,32 € 1.828,82 € 8.294,01 € 5.238,08 € 2.209,34 € 24.217,57 €

Change 0,00% -13,84% -2,52% -13,38% 0,00% -5,16%

Costs per turnaround

The rail operator could save up to a half million Euros a year if using VEL-Wagon instead of using the typical rolling stock.

Train energy consumption in kWh per km

Train length

Train g. weight

Train tare

Train payload

No. wagons

No. axles

Axle

load

Total (100%)

Rolling (33%)

Aero (32%)

Potential (27%)

Rest (8%)

Reference 520 m 1385 t 635 t 750 t 20 114 12,15 t 26,00 8,58 8,32 7,02 2,08

VEL-Wagon 520 m 1253 t 503 t 750 t 19 80 15,66 t 22,52 7,19 6,90 6,35 2,08

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Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb

Model and a version to real implementation

VEL-Wagon Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy 17.10.2012 | 23

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Technische Universität BerlinSchienenfahrwege und Bahnbetrieb

Technische Universität Berlin Schienenfahrwege und Bahnbetrieb

www.vel-wagon.eu

Dipl.-Ing. A. Carrillo Zanuy