Siemens Mobility / Innovationen Bahntechnik
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Fertigungsprozesse
Gemeinsam Zukunft gestalten –
Siemens @ TU Dresden 2008
Siemens Mobility /
Innovationen Bahntechnik
Thomas Gerhard, Industry Sector, Mobility Division
Leiter I MO Technology and Innovation
Dresden, 09. Juli 2008
Copyright © Siemens AG 2008.
© Siemens
All rights
AGreserved.
2008
Seite 1 Juli 2008 Mobility
Thomas Gerhard – Beruflicher Werdegang
Thomas Gerhard, geb. am 11. Juli 1950
1975 Abschluss Dipl.-Ing. Maschinenbau
FH Niederrhein
Wagonfabrik Uerdingen / DUEWAG AG
1976 Konstruktionsingenieur
1979 Forschungsgemeinschaft
Projekt Rad / Schiene in Mannheim
1981 Gruppenleiter Konstruktion
1986 Leitung ICE 1 Mittelwagen
1991 Leitung Technischer Vertrieb Vollbahnen
Siemens AG, Transportation Systems
1994 Leitung Projekt ICE 2 Mittelwagen
1996 Leitung Projekt ICE 3
1997 Leiter Engineering Trains – Mechanisch
1999 Leiter Engineering Trains – Gesamt
2006 Leitung Group Technology
2006 Ernennung zum Top-Innovator
2007 Ernennung zum CTO für den Bereich
Rolling Stock bei TS
© Siemens AG 2008
Seite 2 Juli 2008 Mobility
Themen
1 Siemens Mobility
2 Hochgeschwindigkeitsverkehr
3 Simulationstechniken
4 Beispiele für Innovationen
5 Picture of the Future
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Seite 3 Juli 2008 Mobility
„Complete Mobility“ – für ein perfektes
Zusammenspiel aller Verkehrssysteme
Mit „Complete Mobility“ schafft Siemens nachhaltige Mobilitätslösungen, um die
verschiedenen Verkehrssysteme miteinander zu vernetzen und Menschen sowie Güter
effizient, sicher und umweltverträglich zu transportieren.
Siemens hat dafür in der neuen Mobility Division alle Kompetenzen gebündelt –
von Betriebsführungssystemen für Bahn- und Straßenverkehrstechnik, der Bahn-
stromversorgung sowie Schienenfahrzeugen für den Nah-, Regional- und Fernverkehr
bis hin zur Flughafenlogistik und Postautomatisierung.
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Seite 4 Juli 2008 Mobility
Mobility Division: integrierte Verkehrs- und
Logistiklösungen aus einer Hand
Dr. Hans-Jörg Grundmann (CEO) Michael Schulz-Drost (CFO)
Rolling Stock Traffic Solutions
Locomotives & Integrated Modification
Public Transit Traffic Solutions
Components Services Combino
Infrastructure Networks Infrastructure Logistics Turnkey Systems
Postal Airport
Rail Automation Electrification Turnkey Systems
Automation Logistics
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Seite 5 Juli 2008 Mobility
Mobility Division:
Daten & Fakten
Nashik
Entwicklungs-, Test- und Fertigungsstandorte
Uerdingen Berlin
Wegberg-Wildenrath Braunschweig
Erlangen (Headquarters) Konstanz
Nürnberg München
Offenbach Augsburg
Columbus
Ashby De La Zouch Xian (SSCX)
Sacramento Prag (SKV)
Poole
Arlington/Irving Nanjing (SREN)
Brüssel (ADB) Wien
Austin Paris Shanghai (SMEC)
Graz
Wallisellen Maribor Zhuzhou (STEZ)
Nashik
Umsatz weltweit: 6,2 Mrd. Euro*
Mitarbeiter weltweit: ca. 25.000*
* kumulierte Werte, Stand 30. September 2007 © Siemens AG 2008
Seite 6 Juli 2008 Mobility
Die Trends der Elektrotechnik und Elektronik
bestimmen maßgeblich auch Bahnsysteme
Software ersetzt Hardware
Steigende Komplexität der Systeme erfordert Simulation
Dezentralisierung der Intelligenz
Integration von Fertigungsprozessen
Miniaturisierung
Virtualisierung
Modularisierung
Standardisierung
Nachhaltigkeit
Kompetenz: interdisziplinäre Forschung und Wissensmanagement
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Seite 7 Juli 2008 Mobility
HGV-Verkehr weltweit als Ergebnis langjähriger
Forschung und Entwicklung
Derzeit forschen acht Doktoranden zzgl. Diplom- und Studienarbeiter
gemeinsam an folgenden Themen:
Optimierung von Bahn-Gesamtsystemen
Lastfluss- und Leistungsbilanz in
umrichtergespeisten Netzen
Hilfsbetriebemanagement auf
elektrischen Triebfahrzeugen
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Seite 8 Juli 2008 Mobility
Hochgeschwindigkeitsverkehr
HGV - Projekte weltweit
Russland
England
Belgien
1991 Niederlande
1964
USA Deutschland
Frankreich Japan
1981
Italien 2006 China
Portugal
1981 Taiwan
1992 Türkei
Korea 2007
Spanien
Indien 2004
Argentinien
in Betrieb
geplant
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Seite 9 Juli 2008 Mobility
Hochgeschwindigkeitsverkehr
Strecken in Europa, Ausbaustand bis 2025
Quelle: UIC
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Seite 10 Juli 2008 MobilityHochgeschwindigkeitsverkehr
Verkehrsleistung in Europa
Quelle: UIC
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Seite 11 Juli 2008 MobilityHochgeschwindigkeitsverkehr
Generierung zusätzlichen Verkehrs durch HGV
2020
1999
Jahr
Quelle: UIC
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Seite 12 Juli 2008 MobilityHochgeschwindigkeitsverkehr
HGV in Deutschland, Entwicklung der Fahrzeuge
Technology Locomotive Push-Pull-train-evolution Revolution EMU-Evolution
hauled (i.e. ThyristorÆ GTO) PPÆ EMU (i.e. 350 km/h, TSI compliance,
trains GTOÆ IGBT, ETCS)
Distributed
Traction
(EMU) Velaro E
ICE 3 Mehrsystem
ICE 3 Einsystem
Velaro RUS
Velaro CN
Push-Pull
(PP)
ICE 2 ICE S, ICE D
ICE 1
ICE V
1985 1991 1995 2000 2005
Year
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Seite 13 Juli 2008 MobilityHochgeschwindigkeitsverkehr
HGV in Deutschland
Dänemark
ICE TD
Betrieb seit: 1991
Netzlänge: 6.865 km
Linien: Netz
Spurweite: 1.435 mm
Niederlande Stromversorgung: 1 AC 15 kV, 16,7 Hz
ICE 3M I
Anzahl Züge: 237
Neubaustrecken für 300 km/h
Neubaustrecken für mind. 250 km/h
Belgien Ausbaustrecken für 200 km/h oder 230 km/h
ICE 3M I Altbaustrecken, für 160 km/h ausgebaut
Frankreich
ICE 3M F
Österreich
ICE T
Schweiz Schweiz Österreich
ICE 3 E ICE T ICE 1
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Seite 14 Juli 2008 MobilityHochgeschwindigkeitsverkehr
HGV in Spanien
national
Talgo 350
vmax = 330 km/h
AVE 100 (TGV-Atlantique)
Madrid vmax = 300km/h
Barcelona
Velaro E
vmax = 350 km/h
Sevilla
Lanzaderas AVE (Pendolino)
vmax = 250 km/h
Betrieb seit: 1992 Alvia 120 Talgo 250
vmax = 250km/h vmax = 250 km/h
Netzlänge: 1.106 km
Linien: 3
Spurweite: 1.435 mm
Stromversorgung: 1 AC 25 kV, 50 Hz
Anzahl Züge: 96
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Seite 15 Juli 2008 MobilityHochgeschwindigkeitsverkehr
HGV in China
national
In Betrieb seit 2006
CRH-2 (E2-1000)
vmax = 250 km/h 60 Züge
Quelle: UIC, 2005 CRH-3 (Velaro CN) Betrieb ab 2008
vmax = 300 km/h (Olympiade)
Netzlänge: 12.800 km
60 Züge
Spurweite: 1.435 mm
Stromversorgung: 25 kV, 50 Hz
Anzahl Züge: > 500
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Seite 16 Juli 2008 MobilityHochgeschwindigkeitsverkehr
Hochgeschwindigkeitsstrecke Beijing - Tianjin
Erste Strecke eines 5000 km umfassenden
Hochgeschwindigkeitsnetzes, das in China bis 2010
gebaut werden soll.
Mit dieser Strecke setzt Siemens Systemstandards
z.B. mit dem Zugbeeinflussungssystem ETCS Level 1
und CTCS.
Siemens-Lieferanteil:
Projektmanagement
Systemintegration
Projekt-Information Signaltechnik
Telekommunikation
Streckenlänge 115 km Oberleitung
Anzahl der Bahnhöfe 5 Bahnstromversorgung
Geschwindigkeit (max.) 300 km/h
Zugfolge 3 Minuten
Züge/p.h/Richtung 20
Reisezeit 30 Minuten
Fertigstellung August 2008
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Seite 17 Juli 2008 MobilityHochgeschwindigkeitsverkehr
HGV in Russland
Velaro RUS
vmax = 250km/h
St. Petersburg
Moscow
national
In Betrieb ab 2010
Spurweite: 1.520 mm
Stromversorgung: 25 kV, 50 Hz und DC 3 kV
Anzahl Züge: 8
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Seite 18 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Gesamtsystem, Zusammenwirken OL - Panto
Simulation aller
dynamischen Vorgänge
bei Hochgeschwindigkeit
zwischen Fahrleitung und
Pantograph.
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Seite 19 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Interaktion zwischen Fahrzeugen
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Seite 20 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Ergebnis einer Stabilitätsuntersuchung
Wechselwirkung zwischen unterschiedlichen Fahrzeugen im Netz - Stabilitätsgrenze
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Seite 21 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Lauftechnische Auslegung am Fahrzeugmodell
Ausgangsituation: nichtlinearer Kontakt lineare Ersatzgeometrie lineares Methoden der
allgemein nichtlineares Fahrzeugmodel linearen
Fahrzeugmodell l Systemanalyse
Stabilität:
x& = A ⋅ x + B ⋅ u - Eigenwerte
(sin-Lauf 3Hz)
y = C⋅ x + D⋅u
- Wurzelortskurve
- minimale Dämpf.
- …
Annahme: Störgrößenverh.
Bewegung entspricht A A - Frequenzgang
einer harmonischen - Spektren,
Schwingung, wobei - …
sich der Kontaktpunkt
im Bereich „A“ bewegt.
nicht-
lineares Beschrei- Analyse
Realität lineares
Modell bung
Modell
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Seite 22 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Typische lauftechnische Auslegung
• Quasi-Statik
• Störgrößenverhalten nichtlinear
• Störgrößenverhalten linear
• Stabilität nichtlinear
• Stabilität linear
• Verschleißkennwerte
• Antreiben und Bremsen
(Längsschlupf)
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Seite 23 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Fahrkomfort
Determined comfort level by
computer based models of ...
c: Passenger
perception
b: Vehicle response
Spectrum of track
irregularities © Siemens AG 2008
Seite 24 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Fahrkomfort, Strukturdynamik
Beschleunigung Messstellen:
(Messung / Gefühl)
- über Drehgestell
Strukturantwort - Wagenkasten-Mitte
- außermittig
Aero Kraftanregung
(direkt)
Krafteinleitung in die
Struktur
Übertragungsfunktion:
Drehgestell mit Primär-
und Sekundärstufe
Anregung
(indirekt)
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Seite 25 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Fahrkomfort, Strukturdynamik
¾ Strukturschwingungen (Dachboden)
¾ Beeinflussung der Nick- und Wankpole des
Wagenkastens
¾ Optimale Auslegung der Schlingerdämpfer
¾ Optimale Anbindung schwerer Unterflurgeräte
als Schwingungs-Tilger
1.18
Vertikalbiegung u. lokale E2
bezogener ISO RMS-Wert [ ]
1.16
1.14 Bodenausbeulung: f > 10MHz
E1
1.12
1.10
1.08
1.06
1.04
1.02
1.00
0.98
8 9 10 11 12
Tilgerfrequenz [Hz]
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Seite 26 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Aerodynamik
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Seite 27 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Seitenwindstabilität / Windkennkurve
Seitenwind vwind und Fahrgeschwindigkeit vx
führen zu seitlicher Anströmung mit dem
Winkel β mit unsymmetrischer Druckverteilung. vx
β vwind
Radentlastung aus Quasistatik-Simulation vres
a) seitliche Windkräfte und Momente
drücken das Fahrzeug zur Seite.
Wind
Vwind [m/s ]
Entlastung
b) Berücksichtigung von Fliehkraft und
Gleisüberhöhung in Kurven
Darstellung als Windkennkurve vx,Fahrzeug [km/h]
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Seite 28 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Crashszenarien nach TSI
Crash Scenario Relative Speed Criteria
10 m/sec
= 36 km/h Cab not damaged
worth mentioning
10 MJ
10 m/sec Limited cab
deformation,
= 36 km/h survival area not
deformed
3,3 MJ
30,5 m/sec Limited cab
deformation,
= 110 km/h
survival area not
6,7 MJ deformed
Additional Requirements
• Absorbed energy at front end 75% of 6 MJ energy absorption capability
• Average deformation force of crash elements 1500 kN lower than structural
strength of passenger areas
• Climbing of cars shall be avoided
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Seite 29 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Berechnung am Mehrmassenmodell
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Seite 30 Juli 2008 MobilitySimulationstechniken
Hardware in the Loop
Reale Regelungstechnik mit Modell des Fahrzeugs mit Wechselwirkungen simuliert
Fahrerpult Steuergeräte Stromrichter Motorsteuerung Antriebstrang Fahrzeug, Umgebung
el. Moment .
Msoll iist Mist
ZSG, ASG, Starkstrom
ωreal
BSG, SIP,…
Impulsfolge
Sensor
in HW in HW (dunkel) Simulation der Regelstrecke (hell)
und zwar in Echtzeit = HiL,
bei dieser Systemgröße ein
Steuergeräte Labortest Labortest
Alleinstellungsmerkmal
Aufgaben:
Aufgaben: Stateflow Dynamik : Regelung
Anteil:
Anteil: 90% 10%
Anwendung:
Anwendung: - Logik, - Rattern,
- Ablaufsteuerung,
Ablaufsteuerung, - Gruppenschwingung,
Gruppenschwingung,
- … - Zugkraftausnutzung,
Zugkraftausnutzung,
- Gleitschutzregelung
Gleitschutzregelung
- Störströme
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Seite 31 Juli 2008 MobilityFertigungsprozesse
IT-Kette von der Entwicklung zur Fertigung
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Seite 32 Juli 2008 MobilityFertigungsprozesse
Jeder Schritt der Entwicklung ist analysiert
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Seite 33 Juli 2008 MobilityFertigungsprozesse
Planung der Geräteanbauten in 3D
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Seite 34 Juli 2008 MobilityFertigungsprozesse
Virtual Reality in 3D
Virtual Reality
Ein leistungsfähiges Simulations-
tool zur Optimierung und Auto-
matisierung der Konstruktions-
und Produktionsprozesse in
punkto Qualität, Zeit und Kosten
Erhöhte Projekttransparenz und
-flexibilität durch effiziente
Unterstützung der Gesamtprojekte
durch Arbeit mit 3D-Objekten in
Echtzeit
Optimierung von Einbau- und
Konstruktions-Lösungen,
Fertigung und Montage sowie
Kundenpräsentationen
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Seite 35 Juli 2008 MobilityFertigungsprozesse
Ergonomie- und Designstudien
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Seite 36 Juli 2008 MobilityFertigungsprozesse
Montageanleitung in IT durchgängig bis ins Werk
© Siemens AG 2008
Seite 37 Juli 2008 MobilityBeispiele für Innovationen
Fahrerlose U-Bahn Nürnberg
Flexibilität
Höhere Leistungsfähigkeit der Leittechnik
und der Fahrzeuge
Flexiblerer Zugeinsatz auch in Spitzenzeiten
Sicherheit
ZusätzlicheSicherheitsausrüstung
Bahnsteigsicherungssystem für Fahrgäste
Reduzierung der Betriebskosten
Energieeinsparung (energieoptimales Fahren)
Weniger Fahrzeuge
Attraktivität / Service
Dichterer Takt (Zugfolgezeiten 100 s)
Fahrerloser Betrieb gewährleistet hohe Effizienz,
Sicherheit und Kosteneinsparungen
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Seite 38 Juli 2008 MobilityBeispiele für Innovationen
Vollautomatischer Metro-Betrieb
Paris, Linie 14,
Linie 1 & Ouragan
Budapest, Linie M4
Barcelona, Linie 9
Paris, CDGVAL
Sao Paulo, Linie 4
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Seite 39 Juli 2008 MobilityBeispiele für Innovationen
Cityval / Airval – vollautomatisch und hochflexibel
Angepasst an Bedürfnisse
schnell wachsender Megacities
Hoher Fahrgastkomfort, modular
aufgebaut, flexibel an
Fahrgastaufkommen anpassbar
Mit Cityval and Airval Kapazität
von 1.000 bis 30.000 Fahrgäste
pro Stunde,
Energieeffizienz und THG-
Reduktion sind integraler
Bestandteil des Produkt-Designs
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Seite 40 Juli 2008 MobilityBeispiele für Innovationen
Stationäre und mobile Energiespeicher
Energiespeicher ermöglichen
Nutzung der Bremsenergie und
oberleitungslosen Betrieb
Innovative Doppelschicht-
Kondensatoren besonders geeignet
für stationäre und mobile
Energiespeicher im Schienenverkehr
Nutzung der Bremsenergie Ö
Einsparung von bis zu 30% der zum
Fahren benötigten Energie
Damit Beitrag zur Senkung der CO2-
Emissionen
Oberleitungsfreies Fahren im Dienste
von Infrastruktur und Ästhetik in der
Stadt
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Seite 41 Juli 2008 MobilityBeispiele für Innovationen
Syntegra – Drehgestell mit Direktantrieb
Nachfrage nach höherer
Effizienz und Senkung der
- Lebenszykluskosten
- Kosten des
Energieverbrauchs
- Kosten zu Lasten der
Umwelt
Syntegra ein integrierter
Ansatz zu einem
mechatronischen System
Hauptmerkmale:
- permanent erregter
Synchronantrieb
- Gewichtsparendes
Triebdrehgestell
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Seite 42 Juli 2008 MobilityBeispiele für Innovationen
Desiro ML für die Belgische Staatsbahn SNCB
Technische Daten
Typ Desiro ML
Baujahr ab 2009
Anzahl der Wagen 3
Netzspannung 3 kV DC / 25 kV AC
Höchst-
Neue Plattform für Regionaltriebzüge
geschwindigkeit 160 km/h
von Siemens
Mehr Flexibilität für die Betreiber dank Spurweite 1435 mm
modularen Aufbaus
Sitzplätze 280
Wahlmöglichkeit zwischen
verschiedenen Innenausstattungen Anzahl der Züge 305
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Seite 43 Juli 2008 MobilityBeispiele für Innovationen
Environmental Traffic Management
Berechnung von Fahrzeug-
Emissionen auf der Basis von
aktuellen oder prognostizierten
Verkehrsdaten aus Siemens
Verkehrsmanagement-Zentralen
Meteorologische Daten (Temperatur,
Wind, Inversionslagen) werden
ebenso berücksichtigt, wie andere
Verschmutzungsquellen
Die Verteilung aller Emissionen
entlang der Straßen und zwischen
Gebäuden wird in real-time als
Modell dargestellt
Resultat: Ein Bild des Grades der
Luftverschmutzung im Stadtgebiet –
in real-time und mit Vorhersage
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Seite 44 Juli 2008 MobilityBeispiele für Innovationen
Abbildung der Feinstaubentwicklung
Modelle der
Luftqualität
geben einen
detaillierten,
gebietsweiten
Überblick zur
Immissions-
entwicklung
Auswirkungen
von Stoßzeiten,
Hot-spots und
Urbanisierung
werden deutlich
sichtbar
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Seite 45 Juli 2008 MobilityBeispiele für Innovationen
Metropolregion Ruhr - Verkehrsknoten in Europa
Das Ruhrgebiet - Deutschlands Verkehrsaufkommen
größter Ballungsraum 1,1 Mio. Pendler täglich, ohne Umland
Wirtschaftsstandort 480 PKW pro 1.000 Einwohner
Lebensraum für 5,3 Millionen Menschen 20 % Zuwachs im Personenverkehr*
Kultur- und Freizeit 60 % Zuwachs im Güterverkehr*
Technologieregion
Messestandorte * Prognose für die kommenden 10Jahre, laut Bundesverkehrswegeplan
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Seite 46 Juli 2008 MobilityPicture of the Future: Langfristige Prognose zu
Verkehrsbedürfnissen und Entwicklungstrends
Ausblick und Business Opportunities
bis 2025 in fünf Hauptregionen Trendsetting mobility
Picture of the Future
Î 2010: Marktreife für neue Telematik-
Lösungen; dynamische Zugbildung
Î 2015: Zugbeeinflussung über Satellit
Î intelligentes intermodales
Verkehrsmanagement
Î 2025: verschleißfreie Energieübertragung
Î Hochgeschwindigkeits-Metros
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Seite 47 Juli 2008 MobilityFertigungsprozesse
Gemeinsam Zukunft gestalten –
Siemens @ TU Dresden 2008
Siemens Mobility /
Innovationen Bahntechnik
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Leiter I MO Technology and Innovation
Dresden, 09. Juli 2008
© Siemens AG 2008
Seite 48 Juli 2008 MobilitySie können auch lesen
