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LKWs am Tropf

Oberleitung versorgt schwere Nutzfahrzeuge mit Strom

| Autor: Thomas Kuther

(Bild: Siemens)

Im Rahmen des Forschungsprojektes ENUBA hat Siemens ein Konzept für den elektrischen Betrieb schwerer Nutzfahrzeuge über Oberleitungen entwickelt und die technische Realisierbarkeit auf einer Teststrecke erprobt.

Um die Ziele zur CO2-Reduktion im Verkehrssektor zu erreichen, kann auch der Güterverkehr einen Beitrag leisten. Dies ist umso wichtiger, da für die Verkehrsleistungen im Güterverkehr eine erhebliche Zunahme prognostiziert wird. Hinzu kommt, dass gerade in Ballungsräumen durch schwere Nutzfahrzeuge erhebliche lokale Belastungen wie Stickoxide, Feinstaub oder Lärm verursacht werden. Die Verbesserung der Effizienz der Verbrennungsmotoren, die Verlagerung auf die Schiene oder der Einsatz von Biokraftstoffen wird zukünftig nicht ausreichen, um die Emissionen im notwendigen Maße zu reduzieren.

Hybrid-LKWs auf der Teststrecke

Ziel des vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit geförderten Projektes ENUBA „Elektromobilität bei schweren Nutzfahrzeugen zur Umweltentlastung von Ballungsräumen“ war es daher, zu untersuchen, wie sich LKW-Verkehr energieeffizienter und umweltfreundlicher gestalten lässt. Im Rahmen dieses Projekts hat Siemens ein ganzheitliches Konzept für den elektrischen, fahrdrahtgebundenen Betrieb schwerer Nutzfahrzeuge entwickelt und die technische Realisierbarkeit auf einer eigens dafür errichteten Teststrecke nördlich von Berlin erprobt.

Oberleitungsgespeiste LKWs sind umweltfreundlich

Insgesamt konnte auf der Teststrecke die technische Machbarkeit des gewählten Systems zur Elektrifizierung des Straßengüterverkehrs nachgewiesen werden. Begleitende ökologische Analysen, in denen verschiedene Faktoren wie zum Beispiel die Anteile elektrischer und „verbrennungsmotorischer“ Fahrleistungen betrachtet wurden, belegen die Umweltentlastungspotenziale eines fahrdrahtgebundenen Güterverkehrs.

Effizientere LKWs sind gefragt

Roland Edel: „Die Herausforderung war, den Güterverkehr emissionsärmer, effizienter und auch sicherer zu machen. Damit ist es unumgänglich, LKW zu elektrifizieren.“
Roland Edel: „Die Herausforderung war, den Güterverkehr emissionsärmer, effizienter und auch sicherer zu machen. Damit ist es unumgänglich, LKW zu elektrifizieren.“ (Bild: Siemens)

„Die Herausforderung war, den Güterverkehr emissionsärmer, effizienter und auch sicherer zu machen. Damit ist es unumgänglich, LKW zu elektrifizieren“, betont Roland Edel, CTO Mobilität und Logistik bei Siemens. „Das ist sinnvoll, weil Elektromotoren einen höheren Wirkungsgrad haben und praktisch CO2-frei arbeiten. Als Pionier der Eisenbahntechnik war es daher für uns naheliegend, das dort verwendete Prinzip der Stromversorgung auch für die Straße zu untersuchen. Bei der Beurteilung im Hinblick auf Kosten, Sicherheit und Migrationsfähigkeit des Systems hat sich ein Oberleitungssystem mit Diesel-Hybrid-Fahrzeugen – ausgestattet mit intelligenten Stromabnehmern – als die beste Lösung erwiesen.“

Vorhandene Komponenten wurden neu kombiniert

Durch die Weiterentwicklung und das innovative Zusammenführen verschiedener im Siemens-Unternehmen vorhandener Komponenten hat das Unternehmen ein intelligentes System zur Bewältigung des Schwerlastverkehrs konzipiert: erdacht, entwickelt und erprobt.

Dieselelektrischer Antrieb bietet Vorteile

Wie aber genau könnte so ein eHighway-LKW aussehen? Genau wie herkömmliche LKWs verfügt auch der im eHighway-System als Prototyp getestete LKW über einen Verbrennungsmotor. Im Dieselbetrieb wird dessen Leistung an einen Generator übertragen, der wiederum den nachgeschalteten Elektromotor und damit die Kardanwelle antreibt. Im Gegensatz zum herkömmlichen LKW können eHighway-Fahrzeuge auch elektrisch angetrieben werden. Zu diesem Zweck überprüft ein Scanner kontinuierlich, ob die Fahrbahn über eine Oberleitung verfügt. Sobald eine Oberleitung per Scan erfasst ist, wird der Stromabnehmer des eHighway-LKW automatisch für das Anbügeln vorbereitet. Der Stromabnehmer ist beweglich und richtet sich unter der Oberleitung aus. Der eigentliche Anbügelvorgang wird entweder automatisch oder vom Fahrer manuell eingeleitet.

Zweipoliges Oberleitungssystem

Die Fahrleitungsanlagen sorgen für die zuverlässige Stromversorgung der eHighway-LKWs. Sie werden als zweipoliges System ausgeführt. Damit ist die Hin- und Rückführung des Stroms gewährleistet. Die Oberleitung wird von einem Container-Unterwerk kontinuierlich mit elektrischer Energie versorgt. Über den Stromabnehmer wird die Energie in den Elektromotor übertragen.

Neues Konzept muss integrierbar sein

Holger Sommer: „Bei der Entwicklung war es für uns besonders wichtig, das Konzept in bestehende Verkehrslösungen zu integrieren um damit neben der technischen auch die wirtschaftliche Machbarkeit des Systems nachzuweisen.“
Holger Sommer: „Bei der Entwicklung war es für uns besonders wichtig, das Konzept in bestehende Verkehrslösungen zu integrieren um damit neben der technischen auch die wirtschaftliche Machbarkeit des Systems nachzuweisen.“ (Bild: Siemens)

„Bei der Entwicklung war es für uns besonders wichtig, das Konzept in bestehende Verkehrslösungen zu integrieren um damit neben der technischen auch die wirtschaftliche Machbarkeit des Systems nachzuweisen“, erklärt Holger Sommer, Programm Manager eHighway. „Es muss möglich sein, dass konventionelle LKWs gefahrlos die elektrifizierte Spur nutzen. Ebenso müssen Hybrid-LKWs auch abseits der elektrifizierten Spur fahren können. Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, haben wir einen völlig neuartigen Stromabnehmer mit einer hochintelligenten Steuerung entwickelt. Diese erkennt die relative Lage des Fahrdrahts zum Stromabnehmer und steuert und überwacht den automatischen Anbügelvorgang.

Auch das Abbügeln geschieht automatisch, zum Beispiel beim Überholen, beim plötzlichen Ausweichen oder bei einer Autobahnausfahrt. Seitliche Bewegungen des LKW innerhalb seiner Fahrspur werden ebenfalls von der Steuerung ausgeglichen, und zwar durch eine aktive horizontale Nachführung des Stromabnehmers. Die sorgt für eine sichere und zuverlässige Stromübertragung. All dies bedeutet für den LKW-Fahrer, dass durch den elektrischen Betrieb praktisch keine zusätzlichen Anforderungen auf ihn zukommen.“

Der Hybrid-LKW beherrscht auch Extremsituationen

Auf der Teststrecke hat sich erwiesen, dass der eHighway-LKW in allen denkbaren Verkehrssituationen gleich beherrschbar ist. Durch die Möglichkeit des eHighway-LKW, nahtlos vom Dieselbetrieb in der elektrischen Betrieb zu wechseln, sind alltägliche Fahrsituationen wie Einfädeln oder Überholen ebenso umzusetzen wie mit konventionellen LKWs. Jedoch ist auch in extremeren Situationen die Verkehrssicherheit gegeben: Ausweichen, Schlingern und Vollbremsung funktionieren einwandfrei.

Nahtloser Übergang zwischen Elektro- und dieselelektrischem Betrieb

Jürgen Fetzer: „Dank seines Hybridantriebs fährt der eHighway-LKW an der Oberleitung rein elektrisch und dort wo es nötig ist ohne Oberleitung dieselelektrisch. Der Fahrer merkt dabei keinen Übergang.“
Jürgen Fetzer: „Dank seines Hybridantriebs fährt der eHighway-LKW an der Oberleitung rein elektrisch und dort wo es nötig ist ohne Oberleitung dieselelektrisch. Der Fahrer merkt dabei keinen Übergang.“ (Bild: Siemens)

„Dank seines Hybridantriebs fährt dieser LKW an der Oberleitung rein elektrisch und dort wo es nötig ist ohne Oberleitung dieselelektrisch. Der Fahrer merkt dabei keinen Übergang“, erläutert Jürgen Fetzer, Sales Manager Hybrid Drives. Der große Vorteil des Hybridantriebes ist seine hohe Energieeffizienz. Diese LKWs werden immer von Elektromotoren angetrieben. Diese zeichnen sich durch einen sehr hohen Wirkungsgrad schon bei niedrigsten Drehzahlen aus.

Bremst der LKW, so arbeitet der Elektromotor als Generator und speist die sonst ungenutzte Bremsenergie zurück ins Netz. Diese Energie kann dann sinnvoll von anderen LKWs wieder genutzt werden. Fährt der LKW dieselelektrisch, wird er von einem Dieselgeneratorsatz mit elektrischer Energie versorgt. Der Dieselmotor arbeitet dann in seinem verbrauchsgünstigsten Bereich. Das Hybridantriebssystem dieses LKWs ist also ein sehr sparsames und extrem umweltfreundliches System.“

Zwei denkbare Einsatzgebiete

Siemens sieht vor allem zwei Einsatzgebiete, bei denen das ENUBA-Konzept ökologisch und ökonomisch besonders punkten könnte: Auf LKW-Pendelstrecken ohne Bahnanschluss über kurze und mittlere Entfernungen beispielsweise zwischen Güterverkehrszentren und Häfen oder bei der Anbindung von Gruben und Minen an zentrale Lager- und Umladestellen.

Der eHighway rechnet sich bereits heute

„Mit dem Verlauf des eHighway-Projekts sind wir sehr zufrieden“, freut sich Roland Edel. „Neben der technischen Machbarkeit konnten wir zeigen, dass das System erhebliche ökologische Verbesserungen erzielen kann. Darüber hinaus ist es die erste elektromobile Anwendung, die sich bereits heute ökonomisch rechnet. In der nächsten Phase gilt es, die Technik in Richtung Serie zu entwickeln, gemeinsam mit LKW-Herstellern die Fahrzeugintegration anzugehen und darüber hinaus Automatisierungs- und Steuerungsmechanismen für das Gesamtsystem aufzubauen. Damit ist eHighway mehr als ein Zukuftsszenario. Mittelfristig hat es bereits das Potenzial den Güterverkehr maßgeblich zu verbessern.“

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