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(3) Neue Antriebssysteme 

Daimler Truck und Daimler Buses 

• Einleitung: »Die Zukunft beginnt jetzt
• (2) Neue Wege gehen: »Daimler stellt Lösungswege vor
• (3) Neue Antriebssysteme: »Hybridantriebe, Downsizing,Brennstoffzellenantrieb
• (4) Alternative Kraftstoffe: »BTL, Biogas, Brennstoffzelle = Zero Emission Vehicle

 Daimler Trucks und Daimler Buses

• Größte Lkw- und Omnibusflotte der Welt mit Hybridantrieb
• Weltpremieren für Mercedes-Benz Atego BlueTec Hybrid und Citaro G BlueTec Hybrid

Rund 3 000 Lkw und Omnibusse von Daimler Trucks und Daimler Buses sind  täglich auf den Straßen der Welt mit alternativem Antrieb unterwegs. Ob mit Hybridantrieb die  Stadtlinienbusse von Orion und Lkw von Freightliner in Nordamerika, ob der Leicht-Lkw Mitsubishi Fuso Canter Eco Hybrid und der Stadtlinienbus Aero Star Eco Hybrid in Japan oder Omnibusse mit Brennstoffzellenantrieb in Europa, Australien und Asien – sie alle haben ihre technische Reifeprüfung erfolgreich bestanden. Kein Hersteller der Welt hat mehr Nutzfahrzeuge mit Alternativantrieb produziert.

Weltpremieren für neue Hybridfahrzeuge

Und doch ist dies erst der Anfang: Ihre Weltpremiere feiern jetzt der Mercedes-Benz Atego BlueTec Hybrid und der Citaro G BlueTec Hybrid. Der Canter Eco Hybrid startet in der Kundenerprobung in Großbritannien, Freightliner legt eine Serie von 1 500 Hybrid-Lkw auf. Sie alle stehen für die herausragende Kompetenz von Daimler Trucks und Daimler Buses bei alternativen Antrieben und sind wesentliche Schritte auf dem Weg zum ambitionierten Ziel namens Zero Emission Vehicle.

Orion ist mit 1 500 Stadtlinienbussen der weltweit führende Hersteller von Hybridbussen. Mehr als zwei Dutzend „Step-in-Vans“ von Freightliner fahren in Nordamerika, bald werden es 100 sein. Fuso hat mit dem Mitsubishi Fuso Canter Eco Hybrid bereits mehr als 200 Einheiten des saubersten Leicht-Lkw der Welt hergestellt, Mercedes-Benz hat erfolgreich eine Flotte von 36 Brennstoffzellen-Omnibussen (z.B. bei der Olympiade in Peking im nächste Jahr) auf drei Kontinenten erprobt und blickt auf fast 40 Jahre Hybriderfahrung mit Nutzfahrzeugen zurück. Dies ist nur ein Ausschnitt der eindrucksvollen Bilanz von Daimler Trucks und Daimler Buses bei der Entwicklung alternativer Antriebe.

Alle Fahrzeuge bewähren sich im täglichen Kundeneinsatz

Zu den wesentlichen Faktoren zählt dabei, dass es sich nicht jeweils um isolierte Versuchsfahrzeuge in klinischen Tests handelt, sondern dass diese und weitere Fahrzeuge alle im realen Einsatz von Kunden betrieben werden und damit ihre Alltagstauglichkeit beweisen. Die weltweit unübertroffene Kompetenz der einzelnen Marken ist gebündelt: So hat etwa Mitsubishi Fuso innerhalb von Daimler Trucks weltweit die Rolle des Kompetenzzentrums für Hybridantrieb bei leichten Lkw inne.

Trucks mit Parallelhybrid, Omnibusse mit seriellem Hybrid

Daraus und aus den praktischen Erfahrungen über Kontinente hinweg sind gemeinsame Entwicklungen entstanden. So haben sich die Ingenieure von Daimler Trucks, ungeachtet verschiedener Aggregate für verschiedene Fahrzeuggrößen und Fahrzeugmarken, für eine gemeinsame Architektur des Hybridantriebs entschieden. Mit Blick auf Kosten, Effizienz, Zuverlässigkeit und die technischen Rahmenbedingungen konzentriert sich Daimler Trucks in allen Fahrzeugen auf einen parallelen Hybridantrieb. Die Konfiguration ist so gestaltet, dass der zusätzliche Elektromotor hinter Motor und Kupplung, aber vor dem Getriebe angeordnet ist. Diese Zusammenstellung ermöglicht rein elektrisches Fahren und hat sich als bester Kompromiss von Bauaufwand, Abmessungen, Gewicht und Leistungsfähigkeit herausgestellt. Darüber hinaus bleibt der Lkw fahrfähig auch wenn der Hybridantrieb ausfällt. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des Fahrzeugs.

Die gänzlich anderen Gegebenheiten speziell bei Stadtomnibussen führten bei Daimler Buses zu einer Grundsatzentscheidung für einen seriellen Hybridantrieb sowohl in den USA als auch in Europa und Japan. Kennzeichen des seriellen Antriebs ist u. a. der Verzicht auf eine mechanische Verbindung zu den Antriebsachsen. Diese Technologie ermöglicht die sogenannte „Haltestellenfunktion“ welche das An- und Abfahren der Haltestelle ganz emissionsfrei und geräuscharm von Statten gehen lässt. Die Antriebsaggregate können weitgehend unabhängig voneinander im Fahrzeug untergebracht werden, ein Vorteil speziell bei den beengten Platzverhältnissen in einem Niederflur-Stadtomnibus.

Sowohl Daimler Trucks als auch Daimler Buses konzentrieren sich aufgrund der kritischeren Umweltbelastung sowie des typischen Einsatzprofils mit häufigen Stopps und Anfahren auf Alternativantriebe für den Nahverkehr. Mit Blick auf die Technik setzen Daimler Trucks und Daimler Buses beim Energiespeicher für Hybridfahrzeuge zunächst auf Lithium-Ionen-Batterien. Diese Batterietechnik zeichnet sich durch eine besonders hohe Energiedichte und ein hohes Entwicklungspotential aus. Auch haben Daimler Trucks und Daimler Buses das Ziel Zero Emission im Auge. Bei Hybridfahrzeugen wird dieses Ziel je nach Auslegung bereits auf kurzen Strecken erreicht.»{mospagebreak}

Weltpremiere: Mercedes-Benz Citaro G BlueTec Hybrid

Einen technologisch wegweisenden Hybridantrieb realisiert Daimler Buses beim Niederflur-Gelenkbus Citaro G BlueTec Hybrid, der seine Weltpremiere in Stuttgart erlebt. Er ermöglicht mit seinem seriellen dieselelektrischen Hybridantrieb abgasfreies Fahren im reinen Batteriebetrieb auf kurzen Strecken. Der Antrieb ist in dieser Kombination weltweit einzigartig.

Der Vierzylinder-Dieselmotor arbeitet im Citaro mit seriellem Hybrid nicht mehr als ständiges Antriebsaggregat, sondern dient als Generatorantrieb zu bedarfsweisen Stromerzeugung. Diesen Strom speichern wartungsfreie Lithium-Ionen-Batterien auf dem Dach des Citaro. Die Batterien werden nicht nur durch den Dieselgenerator, sondern durch die beim Bremsen zurück gewonnene Energie gespeist, die so genannte Rekuperation. Den eigentlichen Antrieb auf die Räder des Citaro G BlueTec Hybrid übernehmen vier elektrische Radnabenmotoren an Mittel- und Hinterachse des Gelenk-Omnibusses. Ihre Gesamtleistung von 320 kW ist für einen Gelenkbus selbst unter schweren Einsatzbedingungen großzügig bemessen. Der Antrieb auf zwei Achsen gewährleistet eine überlegene Traktion. Eine intelligente Betriebsstrategie sichert die sinnvolle Energieverteilung zwischen den verschiedenen Aggregaten.

Citaro BlueTec Hybrid soll etwa die Hälfte der Linie rein elektrisch fahren

Die beim Bremsen während des Heranfahrens an Haltestellen oder Ampeln gewonnene Energie wird sowohl zur Versorgung des Fahrzeugs im Stand als auch zum Anfahren genutzt. So kann der Hybridbus an Haltestellen, im Stand und beim Beschleunigen rein elektrisch und damit praktisch emissionsfrei agieren, einschließlich einer deutlichen Reduzierung des Geräuschs. Ziel ist es, dass der Citaro G BlueTec Hybrid auf einer anspruchsvollen Innenstadtlinie rund die Hälfte der Fahrtstrecke rein elektrisch ohne laufenden Dieselmotor zurücklegt.

Downsizing auch im LKW- Bus-Bereich

Downsizing ist einer der großen Vorteile des seriellen Hybrids im Citaro: Anstelle des üblicherweise im Gelenkbus verwendeten großvolumigen Reihensechszylindermotors mit zwölf Litern Hubraum kommt ein kompakter 4-Zylinder-Motor mit 4,8 Litern Hubraum und 160 kW (218 PS) zum Einsatz. Das Motorgewicht reduziert sich auf diesem Weg von etwa 1.000 kg auf nur noch rund 450 kg.

Da der Dieselmotor im Hybrid-Citaro nicht als Antriebsaggregat eingesetzt wird, muss er keine Spitzenleistung abgeben und kann deshalb sehr wirtschaftlich und umweltfreundlich nahe seines Bestpunkts in einem engen Drehzahlfeld operieren. Auf ein herkömmliches Automatikgetriebe kann der Bus verzichten, was den Wirkungsgrad verbessert und gleichzeitig das Gewicht verringert. Aufgrund des Downsizings der Aggregate liegt das Mehrgewicht des Citaro G BlueTec Hybrid – Prototyp nur bei  rund einer Tonne im Vergleich zu einem herkömmlichen dieselgetriebenen Gelenkbus, weitere Optimierungen erscheinen möglich.

Nebenaggregate wie Klimakompressor, Lenkhelfpumpe und Druckluftkompressor werden nicht mehr durch den Verbrennungsmotor sondern einzeln per Elektromotor angetrieben. Damit einher geht eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrads, da alle diese Aggregate nur bei Bedarf angetrieben werden. Dank ihres elektrischen Antriebs können die Nebenaggregate weitgehend frei positioniert werden, etwa auf dem Dach des Omnibusses. Mit dieser konsequenten Optimierung aller Einzelaggregate ist der Citaro BlueTec Hybridbus weltweit einzigartig.»{mospagebreak}

Bis zu 30 % weniger Verbrauch

Je nach Einsatz rechnen die Entwickler beim Citaro G BlueTec Hybrid mit einem Minderverbrauch von rund 20 bis 30 % gegenüber dem klassischen Dieselantrieb (in l/100 km). Trotz eines Mehrpreises für den Hybridantrieb in einer Größenordnung von rund einem Drittel soll sich der Citaro G BlueTec Hybrid innerhalb von etwa sechs Jahren amortisieren. Neben Umweltgesichtspunkten spielen deshalb bei der Entwicklung auch wirtschafliche Überlegungen eine große Rolle. Den Beweis dafür wird der Bus im kommenden Jahr antreten, dann geht er im Kundenversuch in den realen Linienbetrieb. Eine Serienfertigung ist für das Jahr 2009 geplant.

Hybridantrieb hat Tradition und jetzt mit Brennstoffzellentechnik

Der Citaro mit Hybridantrieb ist ein logischer Schritt auf dem Weg zum Stadtbus mit Brennstoffzellenantrieb. So verfügt er bereits heute über den adäquaten Elektroantrieb und Batterien als Energiespeicher, so dass nur der Dieselmotor durch Brennstoffzellen ersetzt werden müsste. Mit diesen vergleichsweise geringen Änderungen im Bauaufwand wäre ein praktisch emissionsfreier Antrieb in der Stadt erreicht – das Zero Emission Vehicle ohne Ausstoß an Partikeln, Stickoxiden, CO2 sowie  einem sehr geräuscharmen Antrieb. Der nächste Schritt auf diesem Weg ist damit bereits vorgezeichnet: der Citaro mit Brennstoffzellen-Hybridantrieb, – die Vision wird zur Realität.

Der neue Citaro G BlueTec Hybrid setzt eine große Tradition fort und nutzt das gewonnene Wissen aus fast 40 Jahren Erfahrung im Einsatz von alternativen Antrieben bei Omnibussen: Bereits 1969 präsentierte Mercedes-Benz mit dem OE 302 den ersten Hybridbus der Welt. Auf ihn folgten der OE 305, und Duobusse wie der OE 305 GTD und dessen Nachfolger OE 405 GTD. Von diesen Modellen lieferte Mercedes-Benz allein mehr als 200 Exemplare in die ekuadorianische Hauptstadt Quito. In Europa fuhren rund 50 Einheiten des O 405 GTD, zum Teil sind sie in Esslingen bei Stuttgart noch heute im Einsatz. Weitere Schritte auf dem Weg zum neuen Citaro BlueTec Hybrid waren der 0 405 NÜH, ein Niederflur-Überlandbus mit Radnabenantrieb, Dieselmotor und Traktionsbatterien sowie der dieselelektrisch angetriebene Mercedes-Benz Cito, der von 1999 bis 2003 in Serie gefertigt wurde.

Orion VII HybriDrive: Weltmarktführer unter den Hybridbussen

Über das Erprobungsstadium längst hinaus sind die Hybridbusse der amerikanischen Marke Orion. Mit dem Solo-Stadtlinienwagen Orion VII HybriDrive in Low-Entry-Bauweise gewann Orion seit dem Jahr 2003 Ausschreibungen in zahlreichen amerikanischen und kanadischen Städten von New York bis San Francisco. Inzwischen sind mehr als 1 000 Fahrzeuge im täglichen Einsatz, zusammen mit den vorliegenden Aufträgen sind es bald 1.500 Hybridbusse. Damit ist Orion Weltmarktführer in diesem Segment. Die gesamte im Einsatz befindliche Flotte der Hybridbusse von Orion legt im Jahr rund 50 Millionen Kilometer zurück.

Beim Orion VII HybriDrive handelt es sich um einen seriellen Hybridantrieb. Bei Orion ist der Dieselmotor ständig im Einsatz. Er überträgt seine Kraft auf einen Generator, der seinerseits den Elektro-Fahrmotor speist, der unmittelbar nach der Hinterachse angeordnet ist. Der Antrieb erfolgt auf eine konventionelle Antriebsachse mit Differenzial. Der quer im Heck eingebaute kompakte Dieselmotor leistet 191 kW (260 PS) aus 5,9 Litern Hubraum und verfügt über einen Partikelfilter. Die Leistung des Fahrmotors beläuft sich auf 184 kW (250 PS), kurzfristig sogar auf 235 kW (320 PS).

Im Vergleich zu dieselgetriebenen Stadtbussen erreicht der Orion VII HybriDrive je nach Einsatzprofil einen Minderverbrauch von rund 20 % bis 25 %. Die Partikelemissionen sinken gegenüber einem Dieselmotor ohne Partikelfilter um 90 %, die Emissionen an Stickoxiden um 40 % und an Kohlenmonoxiden um etwa 30 %. Auf seine gesamte Einsatzdauer von zwölf Jahren betrachtet, spart jeder Bus 75 000 Liter Dieselkraftstoff und vermeidet die Emission von vier Tonnen Stickoxiden und 195 000 Kilogramm CO2.

Bemerkenswert: Die Hybridbusse stellten sich in New York als zuverlässiger heraus als konventionelle Dieselbusse. Dank des elektrischen Antriebs beschleunigen sie schneller und weicher, Schaltrucke entfallen. Die Lebensdauer der Bremsen liegt doppelt so hoch, sowohl Diesel- als auch Elektromotor versprechen eine extrem lange Haltbarkeit.

Mitsubishi Fuso Aero Star Eco Hybrid: neuer Hybridbus

Auch die japanische Marke Mitsubishi Fuso des Konzerns setzt bei ihrem Stadtbus auf den Hybridantrieb. Bereits seit dem Jahr 2004 sind fünf Fahrzeuge des Typs Aero HEV erfolgreich in drei japanischen Städten im Einsatz. Sie haben jeweils rund 150 000 km ohne Probleme zurückgelegt.

Der technische Aufbau des seriellen Antriebs ähnelt in seiner Architektur dem nordamerikanischen Orion: Ein quer im Heck eingebauter Dieselmotor arbeitet in einem optimierten Kennfeld und treibt einen Generator an. Dieser versorgt zwei elektrische Fahrmotoren. Sie sind unmittelbar nach der Hinterachse angeordnet und leiten ihr Drehmoment über ein Summiergetriebe auf eine Portalachse mit einer Supersingle-Bereifung weiter. Bei den Batterien auf dem Dach handelt es sich um Lithium-Ionen-Akkus.

Die Entwicklung des Hybridbusses schreitet schnell voran: Ende September 2007 hat Mitsubishi Fuso unter der Bezeichnung Aero Star Eco Hybrid die zweite Generation vorgestellt. Die komplett überarbeitete Antriebstechnik basiert jetzt auf einem kompakten Vierzylinder-Dieselmotor mit nur 4,9 Liter Hubraum. Er leistet 132 kW (180 PS) und dient allein zur Stromerzeugung. Dieses Downsizing verringert Platzbedarf und Gewicht deutlich und reduziert darüber hinaus nochmals den Verbrauch. Der vom Diesel angetriebene, schnelllaufende Generator beliefert seinerseits zwei Elektromotoren mit jeweils 79 kW mit Strom.

Bei Ampelstopps und an Haltestellen schaltet sich der Dieselmotor des Low-Entry-Busses automatisch ab, Türen sowie Nebenaggregate wie die Pumpe der Servolenkung, Luftpresser und Klimaanlage werden deshalb jetzt durchweg rein elektrisch betrieben. Auch das Anfahren erfolgt elektrisch, der Dieselmotor schaltet sich erst ab mittleren Geschwindigkeiten zur Stromerzeugung zu. Beim Bremsen wird die kinetische in elektrische Energie umgewandelt und den Batterien zugeführt (Rekuperation).

Den Aero Star Eco Hybrid gibt es in einer Variante mit 4 800 mm Radstand als Stadtbus sowie mit 5 300 mm Radstand für den Verkehr in Vororten. Die Kapazität beläuft sich jeweils auf 65 Plätze.

Bereits im Jahr 1973 hat Mitsubishi Fuso einen ersten batteriebetriebenen Stadtbus vorgestellt. 1994 führte das Unternehmen ein System zur Rückgewinnung von Bremsenergie ein. Zu den umweltschonenden Fahrzeugen zählt auch der im Jahr 2000 eingeführte Citybus mit Erdgasantrieb.

Citaro mit Brennstoffzellenantrieb: zwei Millionen Kilometer

Der Hybridantrieb in Omnibussen ist ein logischer Zwischenschritt auf dem Weg vom Verbrennungsmotor zum Brennstoffzellenantrieb mit Wasserstoff, auf dem Weg zum Zero Emission Vehicle. Vor genau zehn Jahren hat Mercedes-Benz den „Nebus“ (New Electric Bus) vorgestellt, den ersten Omnibus der Welt mit Brennstoffzellenantrieb.

Auf dem UITP-Kongress 2003 in Madrid stellte Mercedes-Benz den ersten Brennstoffzellen-Citaro vor. Inzwischen liegen Erkenntnisse vor, die seine Praxistauglichkeit eindeutig beweisen. Im weltweit größten Praxistest mit Brennstoffzellen liefen 30 Fahrzeuge auf Basis des Citaro jeweils zwei Jahre unter verschiedensten Bedingungen bei Verkehrsbetrieben in ganz Europa. Drei weitere Busse waren ebenfalls zwei Jahre in Australien im Einsatz. Und ebenfalls drei Omnibusse mit Brennstoffzellenantrieb fahren in der chinesischen Hauptstadt Peking. Der europäische Versuch wurde in manchen Städten sogar um zwei Jahre verlängert, in Hamburg fahren deshalb zurzeit gleich neun der Busse, in Amsterdam weitere drei.

Alle Fahrzeuge zusammen haben inzwischen eine Gesamtstrecke von mehr als zwei Millionen Kilometern zurückgelegt und eine Zahl von 125 000 Betriebsstunden erreicht. Mit einer Verfügbarkeit von 90 bis 95 % haben die Omnibusse ihre Eignung eindrucksvoll bewiesen. In einem nächsten Schritt auf dem eingeschlagenen Weg wird der neu vorgestellte Citaro G BlueTec Hybrid zu einem Citaro G Brennstoffzellenhybrid weiterentwickelt. Die Infrastruktur des elektrischen Antriebs kann erhalten bleiben, Dieselmotor und Generator werden durch Brennstoffzellenstacks ersetzt. Anstelle von Tanks für Diesel und Ad-Blue treten Wasserstofftanks auf dem Dach des Fahrzeugs.

Die Fakten sprechen für den Brennstoffzellenantrieb als Antrieb der Zukunft: Mit ihm wird das Zero Emission Vehicle Wirklichkeit, der Bus fährt frei von schädlichen Abgasen und extrem leise, der Antrieb hat einen extrem hohen Wirkungsgrad. Wasserstoff kann auf unterschiedlichste Art erzeugt werden. Der Antrieb hat seine Effizienz und Zuverlässigkeit im Alltag bewiesen.

Weltpremiere: Mercedes-Benz Atego (7,5 t) mit Hybridantrieb

Ebenso führend wie Daimler Buses im Segment der Omnibusse mit Hybridantrieb ist Daimler Trucks im Bereich Lkw. Kein Hersteller hat ein größeres Angebot, bei keinem Hersteller sind bisher mehr Fahrzeuge in Kundenhand im täglichen Einsatz unterwegs. Und es werden fortlaufend mehr: So feiert jetzt in Stuttgart der Mercedes-Benz Atego BlueTec Hybrid seine Weltpremiere. Er wird in Kürze in der Kundenerprobung seine Praxistauglichkeit beweisen.

Der Atego BlueTec Hybrid profitiert von der weltweiten Vernetzung von Daimler Trucks und einer hervorragenden Zusammenarbeit der Ingenieure in Stuttgart und Kawasaki (JP), wo bereits rund 200 leichte Lkw in Serie produziert worden sind.

Generell setzt Daimler Trucks auf eine Architektur mit einem parallelen Hybrid. Er passt am besten zum technischen Aufbau des Antriebstrangs in einem Lkw und bietet zudem deutliche Kostenvorteile bei der Anschaffung. Diese fallen bei einem Stadtbus aufgrund des generell höheren Preises und der langen Haltedauer in Erstbesitz weniger ins Gewicht. Ziel: Der Hybridantrieb muss sich auf jeden Fall für den Erstbesitzer eines Fahrzeugs amortisieren.

Downsizing spart Gewicht zugunsten der Nutzlast

Unter dem Blickwinkel eines optimalen Gewichtes heißt Downsizing die Überschrift für den Mercedes-Benz Atego, ist er doch speziell mit 7,5 t zulässigem Gesamtgewicht in einer Nutzlastempfindlichen Kategorie angesiedelt. Deshalb gilt es, beim Hybridantrieb z.B., durch kleinere Dieselmotoren das Mehrgewicht durch den zweiten Antrieb in Grenzen zu halten und gleichzeitig die gewohnten Fahrleistungen zu erhalten. Der kompakte und leichte Vierzylinder-Dieselmotor mit 3,0 l Hubraum leistet 92 kW (125 PS) und erreicht ein maximales Drehmoment von 294 Nm. Hinzu kommt der wassergekühlte Elektromotor mit einer Spitzenleistung von 35 kW und 200 Nm Drehmoment. Er ist zwischen der Kupplung und dem automatisierten Getriebe angesiedelt. Vor allem bei niedrigen und mittleren Drehzahlen unterstützt der Elektromotor den Dieselmotor. Rollt der Lkw nach dem Beschleunigungsvorgang dahin, fährt er sparsam allein mit dem Dieselmotor. Anfahren erfolgt rein elektrisch.

Der Elektromotor erhält seine Energie aus Lithium-Ionen-Batterien. Sie sind in einem Behälter auf der linken Seite des Rahmens befestigt. Der Batteriesatz wiegt 87,5 kg und verfügt über eine Kapazität von 1,9 kWh. Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Wasserkühler des Hybridantriebs montiert. Die Batterien werden durch zurück gewonnene Bremsenergie gespeist. Die Entwickler erwarten in der Kundenerprobung im Verteilerverkehr eine Kraftstoffeinsparung von bis 20 %.♦