Projekte zu Hybridantrieben

Hessen hybrid

von Fabian Rohmann, 15. Januar 2018, Technik

Sind Hybridmotoren die Zukunft des Straßenverkehrs? Neue Innovationen und Technologien bieten ungeahnte Möglichkeiten. Auch in Mittelhessen wird fleißig am Fortschritt der Technik gearbeitet – für effizientere und umweltfreundlichere Fahrzeuge.

Das Aufheulen des Motors unterbricht jedes Gespräch. Der silberne Ford Focus kommt langsam auf Touren – und bewegt sich doch nicht von der Stelle. Im Labor für Kraftfahrzeugtechnik und Verbrennungsmotoren der THM überwacht Prof. Dr.-Ing. Klaus Herzog das Geschehen. Er ist Laborleiter am Institut für Fahrzeugsystemtechnik und Kolbenmaschinen am THM-Campus Gießen. „Wir befassen uns mit Projekten zu verschiedenen Schwerpunkten – unter anderem auch Hybridsysteme“, erzählt Herzog.

Die Welt der Antriebe

Hybridantriebe sind eine Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotor, für die es verschiedene Anwendungs-Modelle gibt. Bei seriellen Systemen treibt der Verbrennungsmotor nicht mehr das Fahrwerk an, sondern nur noch einen Generator zur Stromerzeugung. Die damit gewonnene Energie wird an einen Elektromotor geleitet, der das Fahrzeug in Bewegung setzt. Eine Batterie speichert die überschüssige Energie, die bei Bedarf abgerufen werden kann. Somit muss der Elektromotor nur die nötige Leistung zum Antrieb aufbringen. In parallelen Systemen sind beide Motorentypen mit dem Antriebsstrang verbunden. Da sich die Leistung beider Motoren addiert, eignen sich auch kleinere Motoren. Das spart Gewicht, Platz und Kosten. Zudem gibt es noch die sogenannten Mischhybride, eine Kombination aus seriellen und parallelen Antrieben. Je nach Bedarf, kann der Verbrennungsmotor das Fahrwerk für die Fortbewegung oder den Generator zur Stromerzeugung antreiben, sodass der Elektromotor teilweise oder vollständig für die Leistung zuständig ist.

Von der Theorie in die Praxis

Weiterhin lassen sich Hybridantriebe nach dem Anteil der elektrischen Leistung unterteilen. Mikrohybride Fahrzeuge haben eine Stopp-Start-Automatik und nutzen Bremsenergie zum Laden der Starterbatterie. Den Antrieb übernimmt jedoch allein der Verbrennungsmotor. Mildhybride unterstützen den Verbrennungsmotor und steigern durch den zusätzlichen Elektromotor die Leistung des Fahrzeugs. Rein elektronisch betrieben fahren jedoch nur Vollhybride.

Der Mischhybridantrieb eines Toyota Prius II

Allen Systemen gemein ist die Nutzung der Bremsenergie, auch Rekuperation genannt. An der THM betreut Prof. Herzog ein Projekt zu diesem Thema: „Wir testen ein neuartiges Konzept zur Energierückgewinnung bei Verzögerungsvorgängen. Das System wird direkt in die Radbaugruppen integriert und nutzt die Energie der Geschwindigkeitsänderungen.“ Durch die Antriebsbewegung gerät eine Schwungmasse in den Bremsscheiben während der Fahrt in Schwingung und behält diese dank eines Planetengetriebes bei Bremsvorgängen bei. Bei der nächsten Beschleunigung überträgt sich diese Energie dann wieder und wird genutzt. „Mit diesem System erreichen wir einen Verbrauchsvorteil von über 7 Prozent. Ein bemerkenswerter Erfolg für eine so kleine Erweiterung“, sagt Herzog.

Bahn frei für den eHighway

Auch Siemens möchte den Straßenverkehr effizienter machen, aber auf einem noch höheren Level. Mit dem Projekt eHighway will der Technologiekonzern Lkw auf der Autobahn buchstäblich unter Strom setzen – mit Oberleitungen. Holger Sommer, Leiter des Forschungsprojekts bei Siemens, erklärt: „Die Trucks fahren wie jeder andere Lkw auch auf der Straße. Der einzige Unterschied ist, dass unsere Fahrzeuge auf einer elektrifizierten Autobahn unterwegs sind und mit speziellen Stromabnehmern Fahrstrom aus einer Oberleitung beziehen.“ Die Test-Lkw sind mit einem seriellen Hybridantrieb ausgestattet. Das Konzept eignet sich aber auch für andere Antriebssysteme, etwa eine parallele Anordnung. Der Fahrer kann die Stromabnehmer jederzeit ein- oder ausfahren, sodass die Fahrzeuge sicher weiterhin frei auf ‚normalen’ Straßen bewegen können.

Die ersten Erkenntnisse hat Siemens bereits aus den Daten einer öffentlichen Teststrecke in Schweden gewonnen. Nun wird die Technik erstmals auf Deutschlands Autobahnen installiert – genauer gesagt auf der A5 zwischen Frankfurt Zeppelinheim und Darmstadt Weiterstadt. Das Land Hessen leitet das Projekt unter dem Namen „Elektrifizierter, innovativer Schwerlastverkehr auf Autobahnen“, oder kurz ELISA. Laut Siemens ist der eHighway im Vergleich zum Verbrennungsmotor doppelt so effizient, senkt den Energieverbrauch und verringert zudem die lokale Luftverschmutzung. „Bei gut 1.700 Mess- und Testfahrten, darunter etliche mit Anhänger und 40 Tonnen Gesamtgewicht, haben sich Konzept und Technik bestens bewährt“, sagt Sommer. Ob die Tests bestätigt werden können, wird die Zukunft zeigen. Doch fest steht: In Hessen wird fleißig an einer umweltfreundlichen Mobilität gearbeitet, im Großen wie im Kleinen.

Zeit für Geschichte

Die ersten Hybridantriebe für Fahrzeuge wurden bereits 1899 gebaut. Die Unternehmen La Cuadra aus Barcelona und Pieper in Lüttich entwickelten unabhängig voneinander serielle Hybridsysteme, bei denen ein Benzinmotor einen Dynamo antrieb bzw. die Batterien des Elektromotors auflud. Kurze Zeit später entwickelte auch Ferdinand Porsche gemeinsam mit Ludwig Lohner ein Fahrzeug mit Hybridantrieb, den sogenannten Mixte-Wagen. Doch keines der Modelle konnte sich durchsetzen; sie scheiterten an zu hohen Kosten und zu geringer Reichweite.


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