Hybride Antriebstechnik für Schienenfahrzeuge

Weniger Kraftstoffverbrauch, weniger Emissionen, weniger Lärm, weniger Kosten – all das verspricht die hybride Antriebstechnik, welche die MTU Friedrichshafen GmbH für dieselbetriebene Schienenfahrzeuge gemeinsam mit WITTENSTEIN entwickelt und zur Marktreife gebracht hat. Von WITTENSTEIN cyber motor kommen die elektrischen Antriebe und die Leistungselektronik des Hybrid-PowerPacks.

Eine Lösung mit Zukunftspotenzial

Zwei elektrische Maschinen mit ihren rund 200 kW Dauerleistung bilden zusammen mit den bis zu 390 kW starken Dieselmotoren einen sogenannten Parallel-Hybrid. Die Fahrzeuge können nur mit Diesel angetrieben werden, sie können temporär rein elektrisch fahren, und beide Aggregate können zur Leistungssteigerung auch zusammengeschaltet werden. Das Hybrid-PowerPack reduziert den Dieselverbrauch um bis zu 25 Prozent und senkt NOx-Emissionen um bis zu 20 Prozent. Im Bahnhof vermindern Lokomotiven mit Hybridantrieb den Lärmpegel – verglichen mit Diesel-Zügen – um bis zu 21 Dezibel. Und schließlich erlaubt es die Hybridtechnik, nicht elektrifizierte Nebenstrecken kostengünstiger zu betreiben und stillgelegte Strecken bei Bedarf ohne hohen Elektrifizierungsaufwand wieder in Betrieb zu nehmen. All das eröffnet der hybriden Antriebstechnik ein großes Zukunftspotenzial.

MTU Friedrichshafen: Pioniere der PowerPack-Technologie

Die MTU Friedrichshafen GmbH zählt zu den weltweit führenden Herstellern von Großdieselmotoren und kompletten Antriebssystemen. Eingesetzt werden diese z. B. in der Schifffahrt, der Energieversorgung, in Schwerfahrzeugen und in Eisenbahnen. Mit dem Rail-PowerPack brachte das Unternehmen im Jahr 1996 ein Antriebsmodul auf den Markt, bei dem alle Komponenten eines Dieselantriebes in ein standardisiertes Unterflurgestell integriert sind. Dies hat die Erstausrüstung der Fahrzeuge wie auch die Wartung und das Retrofit deutlich vereinfacht und kostengünstiger gestaltet. Aktuell treiben Diesel-PowerPacks von MTU etwa 6.000 Niederflurfahrzeuge verschiedener Hersteller an.

Auf den richtigen Entwicklungspartner kommt es an
Das Projekt eines hybriden, dieselelektrischen Antriebes verfolgte MTU seit etwa 10 Jahren. Der Gedanke, die elektrische Maschine sowie die Leistungselektronik selbst zu entwickeln, wich der Idee einer Entwicklungspartnerschaft mit einem darauf spezialisierten Unternehmen. WITTENSTEIN konnte nicht nur mit seinem Know-how in Sachen Entwicklungskompetenz und Projektmanagement überzeugen, sondern bot auch die fertigungstechnischen Möglichkeiten für die spätere Serienproduktion. Im Jahr 2014 wurde zunächst eine Konzeptstudie vereinbart. Diese mündete in einen Entwicklungsauftrag, aus dem 2016 der erste seriennahe Prototyp hervorging. Parallel dazu hat MTU die hybride Antriebstechnik in mehreren Pilottests eingesetzt und die zuvor nur simulierten Vorteile hinsichtlich Dieseleinsparung, Emissionsreduzierung und Lärmvermeidung auch praktisch nachgewiesen.

DIE ANFORDERUNGEN: LEISTUNGSDICHTE, WIRKUNGSGRAD, WIRTSCHAFTLICHKEIT

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PowerPacks von MTU sind eine Standardkomponente bei der Fertigung von Neufahrzeugen – mit definierten Maßen und mechanischen sowie elektrischen Schnittstellen.

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EIN ANTRIEBSSYSTEM, DAS MAßSTÄBE SETZT

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Auf der Basis des gemeinsam erstellten Pflichtenheftes hat WITTENSTEIN das elektrische Antriebssystem einschließlich der Regelungstechnik komplett neu entwickelt.

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AUSGEKLÜGELTES LEISTUNGS- UND ENERGIEMANAGEMENT

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Die E-Maschine, die durch ein schrägverzahntes Getriebe mit der zentralen Welle verbunden ist, und die Leistungselektronik des Traktionsumrichters gehören wie das Dieselaggregat zu den Kernkomponenten des Hybrid-PowerPacks.

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KLARE ÖKOLOGISCHE UND ÖKONOMISCHE VORTEILE

Auf Strecken mit vielen Haltepunkten ist der Hybridantrieb besonders wirtschaftlich. Dementsprechend erfolgt die Amortisation schon nach wenigen Jahren.

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