Grüne Busse

Antriebtechnik

OmniBusse – Der Anteil der Busse mit Dieselmotoren wird kleiner werden. Im Nahverkehr gewinnt der Hybridbus richtig an Fahrt. Welche elektrische Antriebsvariante am Ende das Rennen macht, bleibt jedoch offen. von Michael Mack

11. April 2012

Bei Stadtbussen ist der Siegeszug der Elektroantriebe bereits voll im Gange. Mit dieser Erkenntnis fuhren letztes Jahr die Besucher der Veranstaltung Mobilitytech 2011 aus Mailand nach Hause. Die zweitägige Fachschau am 24. und 25. Oktober hatte als Fokus die Thematik »Nachhaltige Stadt« gewählt. Außer um Elektrofahrzeuge wie etwa »grüne« Stadtbusse ging es um neue Entwicklungen wie zum Beispiel alternative Kraftstoffe, IT-Technologien von heute und morgen, Sicherheit im Straßenverkehr oder städtische Infrastrukturen.

Das zentrale Thema »Eine bessere Umwelt für unsere Städte mit elektrischen Stadtbussen« greift auch Siemens auf. Nach Konzernangaben ist der Hybridbus im öffentlichen Personennahverkehr schon in vielen Städten Realität, und der Anteil des Verbrennungsmotors am Antrieb von Stadtbussen wird mit der stetigen Verbesserung von Antriebs- und Speichertechnologien stetig sinken. Jürgen Fetzer, Vertriebsmanager für Antriebe in Stadtbussen bei Siemens, empfiehlt hier den Blick nach China: »Viele chinesische Städte setzen schon heute auf batteriebetriebene, emissionsfreie Busse.« Das sei auch eine Folge großer politischer Unterstützung.

Für emissionsfreie Städte

»Bei einem Stadtbus ist Hybridtechnik besonders sinnvoll«, ist Fetzer überzeugt. Der Grund: Ein Stadtbus ist nicht nur den ganzen Tag über im Einsatz, er verbringt auch 25 bis 40 Prozent seiner Einsatzzeit im Stehen – an Haltestellen oder Ampeln. Er muss also immer wieder bremsen und starten. Bei einem Hybridbus arbeiten die elektrischen Fahrmotoren beim Bremsen als Generator. Die freiwerdende Bremsenergie kann so etwa in einer Batterie oder in Hochleistungskondensatoren, sogenannten Ultracaps, zwischengespeichert und dann zum Anfahren und Beschleunigen genutzt werden.

Siemens hat mit dem modularen Elfa-Antriebssystem dafür eine Lösung. Der Antrieb mit Elfa ist nach dem Prinzip des Serienhybrids aufgebaut. So lässt sich einerseits der Serienhybrid standardisieren, und damit ein und dasselbe elektrische Antriebssystem sowohl in einem Dieselhybrid als auch in einem Brennstoffzellenhybrid oder einem Batteriefahrzeug einsetzen. Ein Serienhybrid lässt sich deshalb problemlos an Neuentwicklungen bei Verbrennungsmotoren, Energiespeichern und der Brennstoffzellentechnologie anpassen.

Andererseits ist beim Serienhybrid der Fahrantrieb vom Verbrennungsmotor komplett entkoppelt. Der Dieselmotor ist somit drehmomentfrei in das Fahrzeug einbaubar und muss nicht das Antriebsmoment ins Fahrzeugchassis abstützen. Das mindert signifikant Vibrationen ebenso wie die Geräuschentwicklung und sorgt für deutlich mehr Komfort. Zudem bietet diese Lösung mehr Spielraum beim Design des Antriebssystems sowie mehr Flexibilität, weil lediglich der Generator vom ausgewählten Dieselmotor abhängig ist.

Darüber hinaus verspricht der Serienhybrid für den Stadtverkehr die höchsten Einsparpotenziale, da hier die komplette Antriebsleistung durch die elektrischen Fahrmotoren erbracht wird. Somit sind die Motoren entsprechend groß dimensioniert, um die maximale Bremsenergie umzuwandeln.

Baukasten mit Freiheitsgraden

Bei Elfa kommen standardmäßig flüssigkeitsgekühlte Asynchronmotoren mit Leistungen von 65 bis 180 Kilowatt mit Reduktionsgetrieben zum Einsatz. Ebenso möglich ist der Betrieb mit elektrischen Achslösungen. Die Motoren sind gekennzeichnet durch hohe Zuverlässigkeit, hohe Wirkungsgraden sowie eine hohe Leistungsdichte bezogen auf Maße und Gewichte.

Jüngste Entwicklung im Baukasten ist der permanentmagneterregte Synchron-Fahrmotor als Direktantrieb. Er zeichnet sich aus durch einen nochmals erhöhten Wirkungsgrad im unteren Drehzahlbereich, zudem entfällt hier das Untersetzungsgetriebe. Auch die Generatoren sind in Permanentmagnettechnik ausgeführt. Beim Design der elektrischen Maschinen ist das Ziel, diese in den Raum des anderenfalls installierten Automatgetriebes zu integrieren. Fahrzeughersteller können so ihr Chassis beim Umstieg auf die Hybridtechnik weitgehend beibehalten.

Eine Schlüsselrolle beim Antriebssystem spielen die Umrichter im wassergekühlten Aluminiumgehäuse, die die Fahrmotoren, Generatoren und Hilfsbetriebssysteme steuern. Die jüngste Umrichtergeneration bietet den Schutzgrad 6K9K und erlaubt einen alternativen Betrieb an 12-Volt- und 24-Volt-Bordnetzen ohne Modifikation.

Auf der Mailänder Fachschau Mobilitytech 2011 setzte sich Fetzer auch mit der Frage auseinander, in welchen technischen Varianten Hybridbusse gebaut werden können, und beschrieb dabei emissionsarme und emissionsfreie Lösungen, deren Gemeinsamkeit der elektrische Antrieb ist. Das ist beispielsweise der Hybridbus mit einer Kombination aus Elektro- und Dieselmotor, wobei der Dieselmotor außerhalb städtischer Umweltzonen zum Aufladen der Batterie beziehungsweise zur Reichweitenvergrößerung dient. So hat beispielsweise die Stadt London die Elfa-Antriebstechnik für neue Doppeldeckerbusse geordert, die künftig auf den Straßen in der Metropole des Königreichs unterwegs sein sollen. Inzwischen fahren Elfa-Hybridbusse aber auch in Spanien, Belgien, Niederlande, Italien, Türkei sowie in USA und Brasilien.

Die Politik ist gefordert

Letztendlich bilden derartige Hybridbusse aber nur einen Zwischenschritt zu den komplett emissionsfreien Bussen. Diese fahren entweder als rein batteriebetriebene Fahrzeuge mit einem Stromspeicher, der an Endstationen oder im Depot aufgeladen wird, oder als Hybridbusse, die sowohl die Batterien als auch Brennstoffzellen für den Antrieb nutzen. Die Brennstoffzelle dient dann dazu, die Batterie an Bord während des Fahrbetriebs zu laden.

Welche Antriebe wann und wo künftig zum Einsatz kommen, bleibt derzeit noch offen. Fetzer ist aber überzeugt, dass Stadtbusse in Zukunft einen Hybridantrieb oder einen reinen Elektroantrieb besitzen und damit ihren Beitrag zu lebenswerten Städte leisten. »Entsprechende Emissionsgrenzen für Innenstädte und gezielte Förderpolitik für Betreiber werden den Einsatz von emissionsfreien Bussen beschleunigen.«

Erschienen in Ausgabe: 01/2012