Daher war es ein absolutes Muss, den gesamten elektrischen Antriebsstrang zusätzlich in das Unterflurgestell zu integrieren. Gefragt waren also ein elektrischer Antrieb sowie eine Leistungselektronik in kompakter Bauform und mit hoher Leistungsdichte. Außerdem sollte es der Wirkungsgrad erlauben, den Zug rein elektrisch in einen Bahnhof ein- und wieder ausfahren zu lassen. Überdies musste sich die neue Technologie so umsetzen lassen, dass die Betreiber der Schienenfahrzeuge deren Wirtschaftlichkeit steigern können.

Es besteht aus je zwei permanenterregten E-Maschinen mit vergrabenen Magneten und je zwei Traktionsumrichtern mit CAN-Bus-Anbindung an die MTU-eigene Steuerung des Antriebsstranges. Die E-Maschine verfügt über ein mechanisches Nenndrehmoment von 150 Nm, ein kurzzeitiges maximales Drehmoment von über 300 Nm sowie eine spezifizierte maximale Betriebsdrehzahl von 10.000 Umin^-1. Die mechanische Nennleistung liegt dann bei 200 kW – sowohl motorisch als auch generatorisch.

Während der Fahrt dient die elektrische Maschine als Energiewandler. Im motorischen Betrieb, etwa zum Beschleunigen des Fahrzeugs, wandelt sie elektrische Energie aus dem Energiespeicher in mechanische um. Im generatorischen Betrieb, zum Abbremsen des Fahrzeugs, wandelt sie mechanische Energie in elektrische Energie um und lädt damit den Energiespeicher. Der Traktionsumrichter mit einem Nennstrom von 240 A, der den notwendigen Drehstrom für die E-Maschine liefert, stellt in einem überlast-geschützten Spannungsbereich von 610 bis 730 VDC die volle elektrische Dauerleistung von 185 kVA zur Verfügung. Kommunikationstechnisch ist er mit einer CAN-Bus-Anbindung gemäß Standard J1939 ausgestattet.

Der Verbrennungsmotor erzeugt die mechanische Energie zum Antrieb des Fahrzeugs. Eine elektrisch geschaltete Trennkupplung entkoppelt beide Antriebssysteme und ermöglicht das rein elektrische und lokal emissionsfreie Fahren.

Die Antriebssteuerung ist für das Leistungs- und Energiemanagement im Antriebssystem verantwortlich. Sie setzt die per Fahrhebel gewählten Traktions- und Bremsanforderung möglichst energieeffizient um. Sie entscheidet, wann der Dieselmotor zu- oder abgeschaltet wird, wann die elektrische Maschine Leistung freigibt und wie z. B. die Aufteilung des Bremsmomentes zwischen Retarder und elektrischer Maschine während des Bremsvorgangs erfolgt. Darüber hinaus versorgt die Leistungselektronik auch diverse elektrische Nebenaggregate. Die Energiespeicher im Hybrid PowerPack – mehrere Batteriemodule, die auf dem Dach, im Innenraum und im Unterflurbereich montiert sind – speichern die beim Bremsen rekuperierte Energie und stellen sie dem E-Antriebsstrang zur Verfügung.

Im praxisnahen Erprobungsbetrieb hat MTU den Nachweis erbracht, dass dem Bahnhybridantrieb die Zukunft gehört. Gegenüber der Dieselreferenzfahrt konnten eindeutige Vorteile gemessen werden: Bis zu 25 Prozent Kraftstoffeinsparung und entsprechend weniger CO₂-Ausstoß, 20 Prozent weniger NOx-Emissionen sowie das abgas- und weitgehend lärmfreie Fahren in Bahnhöfen sprechen eine deutliche Sprache. Auf den gesamten Lebenszyklus betrachtet amortisieren sich die Anschaffungskosten eines Hybrid-PowerPacks zunächst über die gesparten Kraftstoffkosten. Und auch beim Wartungsaufwand hat die Hybridtechnik gegenüber rein dieselbetriebenen Antriebsaggregaten die Nase vorne. Die Service-Intervalle verlängern sich, da sich durch den elektrischen Teilbetrieb die Betriebsstunden des Dieselaggregates reduzieren. Darüber hinaus vermindert die Generatorfunktion der E-Maschine bei der Rekuperation den Bremsenverschleiß.

Konstruktiver Dialog macht erfolgreich
Bei dem Projekt arbeiteten verschiedene Fachabteilungen von MTU und WITTENSTEIN eng und im offenen Austausch zusammen. Insgesamt waren knapp 40 Personen aus entwicklungs- und fertigungsnahen Fachabteilungen involviert. Daraus bildete sich ein Kernteam von etwa acht Personen, die intensiv miteinander verzahnt waren. Neben der antriebs- und steuerungstechnischen Expertise von WITTENSTEIN war es für MTU entscheidend, dass wir auch die Umsetzungsverantwortung übernommen haben. Dadurch wurde von Anfang an die fertigungsgerechte Auslegung des kompletten elektrischen Antriebssystems berücksichtigt.