Ein Beispiel für die komponentenbasierte Leichtbauweise ist insbesondere die Verwendung von Aluminium oder Verbundmaterialien, durch die das Fahrzeuggewicht um bis zu 30 Prozent gesenkt werden kann [Smax08]. Eine Bauweise unter Verwendung von Aluminium-Strangpressprofilen etwa vermindert den Energieverbrauch des leichten Regionaltriebwagens FLIRT von Stadler. Eine Aluminiumkonstruktion kam auch beim ICE 3 zum Einsatz, wurde jedoch im ICE 4 wieder durch Stahlbau ersetzt, da sich dieser bei Beschädigungen leichter ausbessern lässt [Welt11]. Im Falle des siebenteiligen Neigezuges ICE-T wurde anders als bei älteren ICE-Baureihen die Optik des durchgehenden Fensterbandes durch eine Lackierung nachgeahmt und dadurch Masse eingespart. Die FICAS-Technologie (Fully Integrated Carbody Assembly System) ermöglicht ferner eine modulare Sandwich-Bauweise, bei der Edelstahlbleche mit einem mittigen starren Schaumkern verklebt werden. Diese Vorgehensweise basiert auf Konstruktionstechniken, die bisher im Schiffs- und Flugzeugbau erfolgreich eingesetzt worden sind. Mit Hilfe der neuen Konstruktionsmethode lassen sich Seitenwände um bis zu 12 cm dünner gestalten, wodurch einerseits mehr Nutzfläche geschaffen und zugleich das Fahrzeuggewicht um mehrere Tonnen reduziert werden kann. Diese Maßnahmen beschränken sich allerdings auf Neufahrzeuge. Bei bestehenden Fahrzeugflotten sind Gewichtsreduktionspotenziale insbesondere durch eine Erneuerung der Innenausstattung zu erschließen (wie z. B. dem ICE 1- und ICE 2-Redesign). Die DB ermöglicht mit den neuen ICE 4 einen verminderten Energieverbrauch pro Sitz um knapp 22%. Dies ist auf die Erhöhung der Sitzplätze in Kombination mit einer Senkung des Eigengewichts und auf ein besseres aerodynamisches Design der Laufdrehgestelle zurückzuführen [ElVo16]. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) forscht ebenfalls an der Leichtbauweise für den Zugverkehr. Durch die Multi-Material-Bauweise wird angestrebt, für jedes einzelne Zugelement das Gewicht durch Leichtbauweise möglichst gering zu halten. Dieses Baukastenprinzip besteht, wie in Abbildung 3 dargestellt, aus tragenden Elementen und daran aufgehängten Zwischenelementen in Rippenstruktur und in Leichtbauweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff [WINT12a].

Den Drehgestellen kommt eine zentrale Bedeutung bei der Reduktion des Fahrwiderstands zu. Sei es, wie bereits geschildert, aufgrund ihres Anteils am Fahrzeuggewicht oder ihrer Auswirkungen auf die Aerodynamik des Zuges (siehe unten). Darüber hinaus bestimmt sich der jeweilige Fahrwiderstandswert jedoch auch aus den gegebenen Radlaufeigenschaften auf der Schiene, die maßgeblich durch die eingesetzten Drehgestelle beeinflusst werden.

Ein deutsch-schweizerisches Konsortium unter Beteiligung der Technischen Universität Berlin und der Josef Meyer Waggon AG (Rheinfelden) entwickelte und erprobte vor diesem Hintergrund z. B. das "Leichte und lärmarme Drehgestell" (LEILA-DG). Durch die über Kreuzanker vermittelte Radialeinstellung der Achsen im Bogen können Lärmemissionen, Energieverbrauch und Verschleiß bei Bogenfahrt verringert werden. Der fahrwiderstandsinduzierte Energieverbrauch verringert sich pro Wagen je nach Streckenführung um 3 bis 25 Prozent (Luft- und Steigungswiderstand bleiben bei dieser Berechnung unberücksichtigt) [HeKe06]. Zusätzliche energetische Vorteile ergeben sich aus der realisierten baugruppenspezifischen Gewichtsreduktion. Im Rahmen der Konstruktion wurden geeignete Möglichkeiten berücksichtigt, um vorhandene Wagenparks nachträglich mit LEILA-DG ausrüsten zu können.

Der Hersteller Bombardier Transportation hat im Rahmen seines Umweltprogramms ECO4 ebenfalls Fahrwerke entwickelt, die einen nennenswerten Gewichtsvorteil von circa 30 Prozent gegenüber konventionellen Drehgestellen aufweisen (Abbildung 5). Zudem ist es hier gelungen, aufgrund einer kompakteren Bauform auftretende aerodynamische Widerstände zu verringern [Bomb09a, Sief10].

Die Aerodynamik eines Zuges wird von mehreren Faktoren beeinflusst wie z.B. Luftwiderstand, Seitenwindstabilität und Windschatten. Außerdem muss zwischen der Aerodynamik innerhalb und außerhalb von Tunneln unterschieden werden. Moderne Tunneldesigns können durch optimierte Luftströme Luftwiderstände reduzieren [WINT12] und [HERB14]. Außerhalb der Tunne erhöht sich mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit der korrespondierende Luftwiderstand quadratisch. Daher kommt Aspekten der Aerodynamik insbesondere im stark wachsenden Hochgeschwindigkeitssegment eine entscheidende Rolle bei der Energieeffizienzsteigerung von Schienenfahrzeugen zu. Ein Problem bei der Optimierung der Aerodynamik ist, dass Abweichungen zwischen den Ergebnissen der verfügbaren mathematischen Methoden und den Tests der Modelle im Windtunnel bestehen. Demnach besteht die Herausforderung darin, beide Analysewerkzeuge anzugleichen [WINT12a].

Der Luftwiderstand wird von zwei wesentlichen Faktoren bestimmt: der Fahrzeuggeometrie und dessen Oberflächenbeschaffenheit. Mit Blick auf den Luftwiderstand lässt sich eine differenzierte Beitragsbetrachtung verschiedener Fahrzeugelemente vornehmen (Abbildung 6).