Internationales Verkehrswesen (71) 1 | 2019 38 NGT Logistics Terminal Ein Güterumschlagkonzept für die intermodale Vernetzung von Schiene und Straße Güterumschlag, Automatisierung, intermodal, Zukunft, Schiene, Straße Die steigende Transportnachfrage von eilbedürftigen, aufkommensvolatilen Sendungen wird aus ökonomischen und flexiblen Gründen zunehmend auf der Straße abgewickelt. Ein-effizienter Güterumschlag ist ein Schlüsselelement für eine Güterverlagerung auf die Schiene, die ökologische Vorteile bietet. Dieser Beitrag beschreibt die durchgehend elektrische Lieferkette des DLR-Logistikkonzepts von Next Generation Train und Car sowie das vollautomatische Umschlagterminal zur Verknüpfung dieser Fahrzeugkonzepte. Mathias Böhm, Gregor Malzacher, Marco Münster, Joachim Winter U nter dem Einfluss eines sich zunehmend beschleunigenden Klimawandels gerät auch der Transportsektor als einer der größten, globalen Emittenten von Treibhausgasen vermehrt in den Fokus [1]. Auf den gesamten Transportsektor in Europa entfielen im Jahr 2016 etwa 1,23 Gt CO 2 , was etwa 24,4 % der gesamten Treibhausgasemissionen ausmacht [2]. Es ist zu erwarten, dass sowohl der intraals auch der interkontinentale Personen- und Güterverkehr weiter zunehmen werden. Dies führt ohne eine Umstellung auf effizientere elektrifizierte Transportmodi und eine dekarbonisierte Energieerzeugung nicht zum Erreichen der Pariser Klimaschutzziele [3]. Status Quo und Limitationen des Schienengüterverkehrs Obwohl die Schiene deutliche ökologische Vorteile bieten kann [4, 5, 6], wird aktuell nur ein geringer Teil der Güter auf diese Weise transportiert: in der EU 412 Mrd. tkm im Jahr 2016 (11,2 % gegenüber 1804 Mrd. tkm, entsprechend 49,3 %, auf der Straße) [7]. Trotz entsprechender europäischer Zielvereinbarungen und Absichtserklärungen [8, 9] kann eine Verkehrsverlagerung auf die Schiene zumindest in Europa bisher nicht beobachtet werden. Ein Hauptgrund hierfür liegt in der historisch gewachsenen Angebotsstruktur der Eisenbahnen, welche auf langfristig planbare große Transportmengen ausgelegt ist. Bis auf wenige Ausnahmen gibt es auf der Schiene kein konkurrenzfähiges Angebot für kleine, flexible, eilbedürftige und aufkommensvolatile Sendungen [10]. Diese Sendungen fallen in der Regel in die Gruppe der Low Density High Value (LDHV)-Güter. Dies wiegt umso schwerer, als das Wachstum im Güterverkehr hauptsächlich durch diese Gutgruppe generiert werden wird, während die Transportmengen der klassisch bahnaffinen (Massen-)Güter aufgrund des Güterstruktureffekts abnehmen [11]. Bei LDHV-Gütern kommt ein weiterer Nachteil des Gütertransports auf der Schiene zur Geltung. Die Empfänger dieser Sendungen können selten direkt auf der Schiene beliefert werden, da sie überwiegend im urbanen Raum dezentral angesiedelt sind und über keinen eigenen Gleisanschluss mehr verfügen. Unabhängig vom Transportmittel werden LDHV- Sendungen in der Regel für den Hauptlauf gebündelt LOGISTIK Wissenschaft Bild 1: NGT Logistics Terminal Internationales Verkehrswesen (71) 1 | 2019 39 Wissenschaft LOGISTIK und mit großen Fahrzeugen transportiert, während die Feinverteilung mit kleinen Fahrzeugen durchgeführt wird. Der Umschlag, die Sortierung und Lagerung der Sendungen findet in Logistikzentren statt. Da aktuell meistens sowohl der Hauptlauf als auch die Feinverteilung auf der Straße stattfinden, stellt für große Logistikzentren in der Regel eine gute Anbindung an das Straßennetz das entscheidende Standortkriterium dar. Logistikzentren, wie beispielsweise das von Zalando im Güterverkehrszentrum Erfurt (100 000 m 2 , 10 000 Pakete/ Tag), verfügen häufig nicht über einen Gleisanschluss, da das verhältnismäßig geringe Aufkommen und die geringe Flexibilität des Schienengüterverkehrs ein Hemmnis für Onlineversandhändler darstellt [12]. Für das dezentrale und volatile LHDV-Aufkommen bedarf es daher einer hersteller-/ händlerübergreifenden Bündelung sowie einer leistungsfähigen Straßen-/ Schienenumschlaginfrastruktur. Vernetzung von Schiene und Straße Um den Marktanteil der Schiene beim Transport von LDHV-Gütern signifikant steigern zu können, ist eine Vernetzung mit weiteren Verkehrsträgern zur Feinverteilung zwingend notwendig [13]. Dies bedingt neben einem Ausbau einer leistungsfähigen Infrastruktur die Errichtung von Logistikzentren mit Gleisanschluss, welche einen effizienten intermodalen Umschlag der Sendungen ermöglichen. Um den Ausstoß an Klimagasen zu reduzieren, liegt ein besonderer Fokus dabei auf einer Lieferkette mit ausschließlich elektrischen Fahrzeugen [14, 15]. Als zusätzlichen Effekt können durchgehend elektrische Lieferketten eine katalysatorische Wirkung für die Durchsetzung der E-Mobilität in Innenstädten entwickeln [16]. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) erforscht im Bereich Verkehr zukunftsweisende Schienenfahrzeugkonzepte. Um den Marktanteil der Schiene im Güterverkehr zu erhöhen, entwickelt das DLR mit dem Next Generation Train CARGO (NGT) ein umfassendes Fahrzeug- und Logistikkonzept, was einen sowohl ökologischen als auch ökonomischen konkurrenzfähigen Transport auf der Schiene ermöglicht. Die Feinverteilung der Güter im urbanen Bereich wird am DLR komplementär im Rahmen des Projektes Next Generation Car (NGC) an elektrischen Lieferfahrzeugen für den Gütertransport im städtischen Bereich erforscht. Im Rahmen des Artikels werden die benannten Konzepte vorgestellt und die elementare Schnittstelle eines Umschlag-Knotenbahnhofes NGT Logistics Terminal (Bild-1) zwischen Straße und Schiene beschrieben. NGT CARGO Mit dem Ziel eines sowohl ökonomisch konkurrenzfähigen als auch ökologisch überzeugenden Konzepts entwickelt das DLR mit dem Schienenfahrzeug als zentrales Forschungsobjekt das durchgehende NGT CARGO Logistikkonzept. Dieses flexible Logistikkonzept soll vor allem im Wachstumsmarkt der LDHV-Gutgruppen und bei Just-in-Time-Sendungen aktiv zu einer Verkehrsverlagerung von der Straße auf die Schiene beitragen. Den Kern des Konzepts stellen die autonom fahrfähigen NGT CARGO Einzelwagen dar. Dank des integrierten Energiespeichers können diese Wagen autonom und energieautark direkt Gleisanschlüsse bedienen. Im derzeitigen Auslegungszustand verfügt der Einzelwagen über eine Batteriekapazität von 42 kWh für eine maximale Reichweite von 25 km. Für Kunden, welche über keinen eigenen Gleisanschluss verfügen, erfolgt der Umschlag auf andere Transportmittel in nachfolgend beschriebenen NGT Terminals oder in sogenannten NGT Sidings [17]. Die Einzelwagen verfügen über zwei Ladeebenen mit großzügig dimensionierten Türen. Als Ladungsträger ist der NGT für die weit verbreiteten und etablierten Systeme Europalette und die hauptsächlich in der Luftfahrt verwendeten Unit Load Devices (ULD), in unterschiedlichen Varianten und Größen, ausgelegt - der Transport von See-Containern wird explizit ausgeschlossen. Betrieblich koppeln sich NGT CARGO Einzelwagen mit (teil-)identischem Laufweg autonom zu Triebwagenzügen. Für den Betrieb auf Hochgeschwindigkeitsstrecken werden die Triebwagenzüge mit Triebköpfen komplettiert, welche die zusätzlich benötigte Traktionsleistung zur Verfügung stellen. Auf Hochgeschwindigkeitsstrecken besteht die Möglichkeit, NGT CARGO Einheiten virtuell mit anderen Zügen, nicht nur der NGT Familie, zu koppeln. Diese Einheiten werden dann betrieblich als eine Einheit betrachtet und erhöhen dementsprechend den Streckendurchsatz [18] (Bild 2). Neben dem Einsatz im innereuropäischen Verkehr bietet das Konzept auch die Möglichkeit des Einsatzes im wachsenden transkontinentalen Verkehr zwischen Europa und Asien [19]. Next Generation Car Neben dem DLR-Metaprojekt NGT werden im Rahmen des NGC-Projekts neue innovative Straßenfahrzeugkon- Bild 2: NGT CARGO-Triebwagenzug (Triebkopf und Einzelwagen) Internationales Verkehrswesen (71) 1 | 2019 40 LOGISTIK Wissenschaft zepte entwickelt und neuartige Technologien aus verschiedenen NGC-Forschungsfeldern integriert und demonstriert. Diese werden systemisch an den Schnittstellen von Schienen- und Straßenverkehr zusammengeführt, wie am Beispiel des hier vorgestellten Güterumschlagkonzepts. Ein wichtiger Bestandteil der NGC-Familie neuartiger Straßenfahrzeugkonzepte ist das Urban Modular Vehicle (UMV). Die Entwicklung dieses Konzepts berücksichtigt vor allem Trends der zunehmenden Urbanisierung, der Modularisierung, der Elektrifizierung sowie der Einführung hoher Automatisierungslevel. Das UMV verdeutlicht die Wandelbarkeit von herkömmlich individuell gefahrenen Straßenfahrzeugen bis hin zum komplett autonomen Straßenfahrzeug auf einer Plattform. Das NGC-UMV bietet dies durch ein intelligentes modulares Plattformkonzept in der Karosseriestruktur, im Antriebsstrang und den unterschiedlichen Levels von Automatisierungsgraden. Die Flexibilität der Plattform bietet die Möglichkeit, unterschiedlichste Elektrofahrzeugderivate für Personen und Güter zu realisieren, für Güterverkehrsanwendungen sind dies der UMV 2 + Cargo, ein Lieferwagen, sowie der UMV Cargomover, ein vollautonomer Lieferwagen (siehe Bild 3). Der UMV 2 + Cargo ist ein kleiner Lieferwagen für die Stadt mit Längen zwischen 3700 mm oder 4100 mm, mit einem Ladevolumen von 2700 l bis 3800 l. Dieses Fahrzeug ist mit einem oder zwei Sitzplätzen ausgestattet und kann sowohl individuell gefahren, als auch voll autonom bewegt werden. Die Reichweite des batterieelektrischen Fahrzeuges beträgt bis zu 400 km. Die Beladung erfolgt seitlich durch eine Schiebetür an der rechten Fahrzeugseite oder durch die geteilte Heckklappe. Der vollautonome Lieferwagen, UMV Cargomover, besitzt keinen Fahrerarbeitsplatz. Das maximale Ladevolumen der kurzen Variante beträgt ca. 3800 l. Die Ladungsträger wie beispielsweise Europaletten oder Pakete können beim Cargomover über seitliche Schiebetüren oder die Heck-/ Frontklappe zugeladen werden, Rolltore in der Seitenwand sind ebenfalls denkbar. Die maximale Zuladung der Cargo-Varianten liegt zwischen 450 und 800-kg. In der Fortführung des NGC-Projekts wird die Fahrzeugfamilie um ein weiteres Fahrzeugkonzept für den Transport von Personen und Gütern erweitert. Mit der autonomen, modularen, U-förmigen Mover-Plattform können Ladungsträger-Module direkt aufgeladen und durch ein automatisches Verriegelungssystem arretiert werden. In der ganzheitlichen Konzeption des Fahrzeugkonzepts werden die Schnittstellen der Cargo-Ladungsträger und das Güterumschlagterminal systemisch mit berücksichtigt. NGT Logistics Terminal Beim intermodalen Transport werden Güter in ein und derselben Ladeeinheit unter Nutzung von mindestens zwei verschiedenen Verkehrsträgern transportiert. Der Umschlag auf einen anderen Verkehrsträger erfolgt dabei durch einen Wechsel der Ladeeinheit und nicht durch einen Umschlag der Güter. Das Logistics Terminal (siehe Bild 1), ein Güterumschlagbahnhof, bildet die Schnittstelle zwischen dem NGT CARGO und dem lokalen Güterverkehr für die Nahstrecke auf der Straße. Vor- und Nachlauf erfolgen mit dem UMV Cargomover oder UMV 2 + Cargo. Das Herzstück des Terminals bilden vollautomatisch bediente Hochregallager (wie sie in der Indoor-Logistik bekannt sind), welche beidseitig parallel zu den Gleisen verlaufen. Die Hochregale dienen als Lagerflächen in direkter Gleisnähe, in dem die Güter bzw. Transportgefäße wagenweise für den anschließenden Beladungsvorgang vorkommissioniert werden. In den unteren zwei Regalebenen werden diejenigen Transportgefäße vorgehalten, die vollständig in die beiden Ladeebenen des NGT CARGO-Wagens geladen werden. Die höher gelegenen Regalebenen dienen als zusätzliche Zwischenlagerflächen für nachfolgende Züge. An den Regalenden sind zudem Paternostergüteraufzüge integriert, welche die Transportgefäße in die nächste Regalebene befördern. Die Paternoster schaffen zusätzlich horizontale und vertikale Transportpfade zwischen verschiedenen Gleisen und Terminalebenen. Die Be- und Entladung verschiedener Einzelwagen- Verbände bzw. Ganzzüge erfolgt auf Parallelgleisen oder in unterschiedlichen Terminalebenen. Die zu verladenden Güter werden vollautomatisch über Rollenböden längst und über Kugelrollenböden vor die Ladeöffnungen des jeweiligen Einzelwagens geführt. Für eine hohe Leistungsfähigkeit wird jedes Regalelement einem Einzelwagen zugeordnet und durch ein automatisches Regalbediengerät abgefertigt. Dieses übernimmt nicht nur die Vorsortierung und dynamische Lagerhaltung, sondern ebenfalls die Zuführung, Auslagerung und die Übergabe der Ladeeinheiten und Paletten an die nachgelagerten UMV Cargomover oder UMV 2 + Cargo (siehe Bild 4). Die Fahrzeugbodenkonstruktion der NGT CARGO- Einzelwagen orientiert sich an umgesetzten Rollenbodenvarianten in Luftfracht-Flugzeugen. Im Eingangsbereich wurde ein Kugelboden vorgesehen, damit die Transportgefäße sowohl in Längsals auch in Querrichtung verschoben werden können. Der Vorschub der Transportgefäße wird über angetriebene Rollensysteme realisiert. Zusätz- Bild 3: NGC UMV Cargomover und UMV 2 + Cargo Bild 4: Detailausschnitt NGT Logistics Terminal Internationales Verkehrswesen (71) 1 | 2019 41 Wissenschaft LOGISTIK lich sind automatische Verschlusssysteme zur Ladungssicherung im Fahrzeugboden integriert. Um den Be- und Entladeprozess weiter zu beschleunigen, erfolgen Be- und Entladung simultan auf den entgegengesetzten Seiten der Einzelwagen parallel für den ganzen Güterzug (Bild 5; blau: Beladung, rot: Entladung der Transportgefäße). Die Logistics Terminals befinden sich in urbanen Räumen, wobei sich City-Standorte ggf. auch mit Personenbahnhöfen verknüpfen lassen. Obwohl das Terminal für die Transportkette Schiene-Straße konzipiert wurde, ist eine Anbindung der Schnittstelle Schiene/ Luft über weitere schnittstellenangepasste Umschlaginfrastrukturen mit dedizierten Sicherheits- , Kommissionier-, Lager- und Rollenfördersystemen denkbar. Zusammenfassung und Ausblick Um im multimodalen Vergleich eine Verkehrsverlagerung für den wachsenden Marktanteil von LDHV-Gutgruppen auf die Schiene zu erreichen, müssen neben modernem Rollmaterial auch neue intermodale Logistikkonzepte für eine durchgängige elektrische Lieferkette betrachtet werden. Die Vernetzung der Fern- und der Nahstrecke für die Feinverteilung in wachsende Ballungsgebiete ist hierfür unabdingbar, wofür die jeweiligen Vorteile von Schiene und Straße gleichermaßen Beachtung finden müssen. Das derzeit im DLR erarbeitete NGT Logistics Terminal- und Logistik-Konzept zeigt eine Möglichkeit, wie der intermodale Güterumschlag vom Hochgeschwindigkeitsgüterzug NGT CARGO auf lokale Verteilfahrzeuge realisiert werden kann. Durch den vollautomatischen Umschlag der Transportgefäße Europalette und ULD von Schiene zu Straße geht der Geschwindigkeitsgewinn der Nutzung eines Hochgeschwindigkeitsgüterzugs auf der Fernstrecke nicht verloren. Damit solch ein Konzept auch ökonomisch tragfähig sein kann, sind die Ausarbeitung neuer Geschäftsmodelle sowie die Einbeziehung von unterschiedlichen Akteuren in der Logistikkette als Investoren oder Betreiber der kompletten Lieferkette aus Lager-/ Umschlaginfrastruktur und Transport notwendig. Das vorgestellte Güterumschlagterminal wird im zukünftigen Projektverlauf weiterentwickelt und detailliert: etwa durch ein konkretes Standortbeispiel sowie Flusssimulationen und Umschlagkapazitätsberechnungen. ■ LITERATUR  [1] Hendricks, J. et al.: Quantifying the climate impact of emissions from land-based transport in Germany, Transport Research Part D (2017)  [2] International Energy Agency: CO 2 Emissions from Fuel Combustion. https: / / www.iea.org/ statistics/ co2emissions/ 2018  [3] Sims, R. et al.: Transport. In: Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. 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Wissenschaftlicher Mitarbeiter, DLR Institut für Fahrzeugkonzepte, Forschungsfeld Technologiebewertung und Systemanalyse, Berlin mathias.boehm@dlr.de