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technikforum
Gesellschaft und Technik in Nordbaden-Pfalz/Kurpfalz
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E
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• E-Mobility
I N ord
• MINT 2016 • VD
Nr. 3 / 2016
2 technikforum Nr. 3 / 2016
Aus dem Inhalt:
Editorial
Editorial 2
E-Mobility
Überblick E-Mobility 3
Ohne Strom fährt nichts 6
Liebe Mitglieder, sehr geehrte Damen und Herren, Starthilfe von Freudenberg 7
das Thema E-Mobility charakterisiert diese Ausgabe des technikforum. Elektroautos für Polizei 7
Das Redaktionsteam hat dieses Schwerpunktthema gewählt, da es sich E-Mobility in der Landwirtschaft 8
durch Aktualität auszeichnet und zugleich einen Blick in die Vergangenheit Masterstudiengang Elektromobilität 8
und die Zukunft bietet.
E-Busse im Praxiseinatz 9
Mai 2008: Eine Gruppe von Mitgliedern des VDE Kurpfalz und VDI Nord- Elektro-Hybridbusse 10
baden-Pfalz bereist Vietnam. Auf dem Fach-Programm steht unter anderem eHighway 11
der Besuch einer Fabrik für Elektrofahrräder und -motorroller. Die Eigen- Zukunft Turbolader 12
tümer führten die Mitglieder durch die Fabrikation, stellten die Modelle Solarflug um den Globus 15
vor und wollten wissen, ob es dafür Interesse auf dem deutschen Markt
Freie Fahrt für autonome Fahrzeuge 16
gäbe. Zwar waren die VDE- und VDI-Mitglieder sehr an der Idee interessiert
und probierten die E-Roller auch mit Vergnügen aus. Unsicher war man Tesla 18
jedoch in der Einschätzung, inwieweit es Nachfrage danach in Europa gibt. Historische Genese der E-Mobilität 20
Die Antwort darauf hat das Statistische Bundesamt in einer Veröffentli- Arbeitsmarkt Ingenieure 21
chung vom 30. August diesen Jahres: Inzwischen besitzen knapp zwei
Sicherheit durch Digitalisierung 22
Millionen Haushalte in Deutschland mindestens ein Elektrofahrrad.
1 Urbane Mobilität 24
Mai 2016: Wieder ist eine Gruppe von Mitgliedern des VDE Kurpfalz und Verkehr und Umwelt im Wandel 25
VDI Nordbaden-Pfalz gemeinsam auf Reisen, dieses Mal in Japan. Man steht Blickpunkt Elektromobilität 26
in der abendlichen Rushhour an einer Fußgängerampel auf Tokios Haupt- Statistische Daten 26
einkaufsstraße, der Ginza, und überlegt, was anders ist, als in deutschen
Großstädten. Es fehlt das Geräusch von Autos im Leerlauf, beim Bremsen Vermischtes
sowie beim Beschleunigen. Die Antwort, warum dies auffiel, zeigte sich Neuer VDE-Präsident 26
bei einem Besuch bei Toyota: Die überwiegende Mehrzahl der produzierten VDE Kongress 2016 27
Autos sind entweder Hybridfahrzeuge oder reine E-Mobile. Man war VDE-VDI-Video-Projekt 28
überrascht über das große Angebot von Typen, die auf dem europäischen
VDE-VDI-MINT-Tage 30
Markt gar nicht bekannt sind.
VDE Auszeichnungen 33
Wir hoffen, dass das Schwerpunktthema auch für Sie, sehr geehrte Leserin, 20 Jahre technikforum 34
sehr geehrter Leser, in den vorgestellten Facetten von Interesse ist – 10 Jahre Graduate School 35
ebenso wie beispielsweise der Bericht über die MINT-Tage 2016, Forschungen VDI Fortbildungen 2017 36
an den Hochschulen und die verschiedenen Aktivitäten unser beiden
VDIni Pirmasens 37
Bezirksvereine.
TU KL: Benzinalternative 38
Ihnen einen guten Jahresausklang und einen angenehmen Start Labor für intelligente Stromnetze 39
in das Jahr 2017! VDE Digital Summerschool 40
HS Mhm: Forschungsexzellenz 41
Mit freundlichen Grüßen 200 Jahre 2-Räder 42
Formel 1 in der Schule 43
VDI-Mitgliederversammlung 44
Kurpfalz
Nordbadisch-Pfälzischer VDE-Mitgliederversammlung 44
Bezirksverein Impressum 44
Sie finden das aktuelle
Cover: technik
Foto 1: „Autoflüsterer“; Foto: Picture of the future sowie vorangegangene Aus-
Foto 2: Elektrisch unterstützter Turbolader; Foto: Pankl APC gaben auf den Homepages:
Foto 3: Smart Power Generator; Foto: John Deere www.vdi-nordbaden-pfalz.de
Foto 4: Spannendes Experiment am VDE-VDI-MINT-Tag 2016; Foto: Kunkel www.vde-kurpfalz.de
Foto 5: Akteure des VDE-VDI-Video-Projektes; Foto: Kunkel
technikforum Nr. 3 / 2016 Schwerpunktthema
3
Elektrische Energieversorgungssysteme,
Stecker, Ladesysteme, Ladestationen –
Antworten auf Fragen
Um einen Überblick über das Japan. Deutschland rangiert mit Ist also ein Hybridfahrzeug eine
weite Feld der Elektromobilität knapp 50.000 Fahrzeugen am Ende gute Lösung? Görges führte aus, wo-
zu bekommen, konnte das der Skala hinter Frankreich, Holland, rin die wesentlichen Unterschiede
technikforum auf einen fundier- Norwegen und Großbritannien. liegen. So haben EVs einen Energie-
ten Vortrag von Juniorprofessor wandler und einen Energiespeicher,
Dr.-Ing. Daniel Görges zurückgreifen. Vorteile der E-Mobilität? sprich einen Elektromotor und in
Der Inhaber der Juniorprofessur Die Bundesregierung setzt sich ver- der Regel eine Batterie. Hybridfahr-
für Elektromobilität an der Tech- stärkt für E-Mobilität ein und gibt zeuge dagegen haben, einfach ge-
nischen Universität Kaiserslautern Prämien beim Kauf eines EVs. Es gibt sagt, zwei Energiespeicher und
referierte zu diesem Thema im zahlreiche Argumente dafür, vor zwei Energiewandler. Als Energie-
Rahmen der VDE-Mitgliederver- allem vor dem Hintergrund der in speicher sind beispielsweise Kraft-
sammlung im Mai dieses Jahres. Rede stehenden Energiewende. stoffe, Batterien, Kondensatoren,
Als die wichtigsten führte Görges Schwungräder oder Druckspeicher
Was ist ein Elektrofahrzeug? an: Geringer Verbrauch aufgrund verwendbar. Als Energiewandler
Mit einer Definition, um ein Elektro- des hohen Systemwirkungsgrads und können Verbrennungsmotoren, Elek-
fahrzeug von einem Fahrzeug mit Ver- der Bremsenergierückgewinnung; tromotoren oder fluidische Aktoren
brennungsmotor zu unterscheiden, keine lokalen Schadstoff- und Lärm- genutzt werden. Am gängigsten ist
startete Görges seinen viel beachteten emissionen; keine Emissionen von die Kombination aus Verbrennungs-
Vortrag. Danach ist ein Elektrofahrzeug Treibhausgasen bei regenerativer Ver- motor und Batterie gepufferten
ein Fahrzeug mit mindestens einem sorgung; Nutzbarkeit verschiedener E-Motor/Generator.
Elektromotor und einem elektrischen Energiequellen. Auch die Umwelt- In seinem Vortrag lud Görges die
Energieversorgungssystem für den bilanz fällt grundsätzlich positiv aus. Zuhörer ein, im Geist einigen
Antrieb des Fahrzeugs. Im englischen Hybridfahrzeugen, die in den letzten
Sprachgebrauch wird es als Electric Hybridfahrzeuge? Jahren von den Herstellern als
Vehicle bezeichnet, kurz EV. Dennoch gibt es auch Argumente, Prototypen vorgestellt wurden, unter
Nach verschiedenen Statistiken die derzeit noch gegen die Anschaf- die Motorhaube zu schauen. Bei-
wurden im Jahr 2015 global knapp fung eines E-Mobils sprechen. Dazu spielsweise einem Hybridauto eines
1,3 Millionen E-Fahrzeuge verzeich- gehören die geringe Reichweite, bekannten Fahrzeugbauers aus
net. Die USA liegen mit einem Fahr- noch zu lange Ladezeiten und auch Zuffenhausen: Deren Hybrid-Sport-
zeugbestand von gut 400.00 Fahr- last but not least vergleichsweise wagen hat einen Ottomotor und
zeugen vorne, es folgen China und hohe Anschaffungskosten. einen Elektromotor, der über ein
Schwungrad mit
Energie versorgt wird.
Ein französischer
Autobauer, gemeint
ist der mit dem Löwen
als Emblem, hat fol-
gende Variante für
den Antrieb vorge-
schlagen: Einen Otto-
motor, einen Hydrau-
likmotor und einen
pneumatischen Spei-
cher. Wenn man einen
Blick in ein E-Fahr-
zeug eines Herstellers
aus Ingolstadt wirft,
kann man folgende
Komponenten sehen:
Einen Benzin-Wankel-
motor und einen
Elektromotor, der über
eine Batterie mit
Energie versorgt wird.
4 Schwerpunktthema technikforum Nr. 3 / 2016
Stecker gleich Stecker?
Bei Elektromobilen
dienen Batterien als fahr-
zeuginterne Energie-
speicher. Bei Personen-
kraftwagen werden sie
durch Anschluss an eine
Steckdose geladen. Dass
es aber auch andere
Möglichkeiten gibt, zeigte
Görges auf. Zum einen
nannte er die fahrzeug-
externe konduktive Ener-
gieversorgung wie sie
beispielsweise Siemens im
eHighway System unter-
sucht. Ein anderes Bei-
spiel, das von Bombardier
entwickelte PRIMOVE
System, weist dagegen
eine fahrzeugexterne
induktive Energieversor-
gung auf.
Zum Anschluss an eine
Steckdose einer Ladestation sind Auch für Gleichstrom gibt es pas- weite angeführt. Bei einer Batterie-
besondere Stecker notwendig. Im sende Komponenten. Görges nannte kapazität von 20 kWh, was einer
Moment seien namentlich zwei ver- drei Beispiele: Den Tesla-Stecker, Reichweite von gut 150 Kilometern
schiedene Versionen auf dem Markt, den japanischen CHAdeMO-Stecker entspricht, beträgt die Ladezeit
sagte der Juniorprofessor. In den USA und den CCS-Stecker, der auch mit beispielweise mit dem Typ-2-Stecker
und Japan ist der Typ-1-Stecker ver- Wechselstrom eingesetzt werden 5,4 Stunden bei 3,7 kW und mit
breitet. Er überträgt Wechselstrom kann. dem CHAdeMO-Stecker eine halbe
(AC), einphasig und bis 7,4 kW / 32 A. Stunde bei 50 kW (auf 80 Prozent
In Deutschland und der EU kommt Ladesysteme und Ladezeiten? der Batteriekapazität).
der Typ-2-Stecker für Wechsel- bezie- Immer wieder wird als Hindernis Laut Görges ist beim Thema Reich-
hungsweise Drehstrom zum Einsatz. für eine größere Nutzung von weite noch Einiges zu tun. An der
Er ist ein/dreiphasig bis 43,5 kW / 63 A. E-Fahrzeugen die geringe Reich- Juniorprofessur für Elektromobili-
tät wird beispiels-
weise an verbrauchs-
orientierten Fahrer-
assistenzsystemen
geforscht. Solche
Systeme unterstüt-
zen den Fahrer bei
einer verbrauchs-
günstigen Fahr-
weise und können
die Reichweite
merklich erhöhen.
Untersucht werden
zudem verlässli-
che Reichweiten-
anzeigen gegen
die „Reichweiten-
angst“.
Es gibt verschie-
dene Systeme, die
für die Übergabe
der Elektrizität an
die Batterie benutzt
werden, sagte
Görges.
technikforum Nr. 3 / 2016 Schwerpunktthema
5
Mit Anschaffungskosten
im Bereich von 500 bis 3.000
Euro ist die sogenannte Wall-
box, bei der ein bis zwei
Ladepunkte möglich sind,
am günstigsten. Sie ist ins-
besondere für private Gara-
gen und Carports sowie
öffentliche Parkhäuser ge-
eignet, wird an der Wand
montiert und hat eine
Ladeleistung von bis zu
22 kW.
Zum anderen gibt es
Ladesäulen zur frei stehen-
den Montage, die meist
im halböffentlichen oder
öffentlichen Bereich zum
Einsatz kommen. Die Lade-
leistung für zwei bis vier
Ladepunkte kann dabei
auch höher als 22 kW sein.
Die Anschaffungskosten
betragen ca. 4.000 bis 8.000
Euro für AC-Ladung. Um die
20.000 Euro kostet die DC-Version. Ladestationen? liefern. Schwankungen erneuer-
Ist man mit einem E-Auto unter- barer Energiequellen können durch
wegs und muss die Batterie „nach- koordiniertes Laden und gegebe-
Zur Person laden“, so finden sich derzeit zahl- nenfalls Entladen der Batterien
reiche Abrechnungs- und Zugangs- in den Fahrzeugen wirksam verrin-
systeme. Anzuteffen sind die SMS- gert werden. Ebenfalls ist die Be-
Autorisierung per Handy und die reitsstellung weiterer Netzdienst-
RFID-Autorisierung per Kunden- leistungen zur Frequenz- und Span-
karte, aber auch Lösungen mit Münz- nungshaltung sowie zur Kompen-
einwurf und in Kombinationen mit sation von Oberschwingungen
Parkautomaten. und Unsymmetrien mit geregelten
Wie viele Ladestationen gibt es Ladesystemen denkbar.
schätzungsweise momentan in Aus mehreren Studien geht her-
Deutschland? Die meisten Ladestatio- vor, dass die Netzbelastung durch
Prof. Dr.-Ing. Daniel Görges nen, 23 Prozent, befänden sich in das Laden von Elektrofahrzeugen
Deutschland derzeit in Parkhäusern, vergleichsweise gering ist. Netz-
Daniel Görges studierte Infor-
wusste Görges. Über zehn Prozent überlastungen sind daher aller Vor-
mationstechnik mit Vertiefungs-
seien in Unternehmen zu finden, aussicht nach nicht zu erwarten.
richtung Automatisierungstechnik
knapp über neun Prozent beim Han-
an der Technischen Universität Ladestationen
del, ca. fünf Prozent im öffentlichen
Kaiserslautern und promovierte • www.plugfinder.de
Bereich. Nur 1,7 Prozent der Ladesta-
dort am Lehrstuhl für Regelungs- • www.lemnet.org
tionen befinden sich an Tankstellen.
systeme im Jahr 2011 auf dem • www.goingelectric.de
Gebiet der hybriden Systeme. Seit • www.smarttanken.de
Elektromobilität im • www.e-stations.de
dem Jahr 2013 ist er Juniorprofes-
Elektroenergiesystem? • www.ladenetz.de
sor für Elektromobilität im Fach-
Das technikforum fragte Pro- • www.chargemap.com
bereich Elektrotechnik und Infor-
fessor Görges, ob für die von der
mationstechnik an der Technischen Ladeinfrastruktur
Politik gewünschte, zunehmende • www.mennekes.de
Universität Kaiserslautern. Seine
E-Mobilität genügend Ressourcen • www.phoenixcontact.com
Forschungsschwerpunkte liegen
zur Verfügung stehen. Und wichtig • www.chademo.com
im assistierten und automatisierten
auch: Welche Rolle wird Elektro- • www.hectronic.com
Fahren, dem Energiemanagement
mobilität im Elektroenergiesystem • www.ladenetz.de
in Hybridfahrzeugen, der Netzin-
spielen? • www.intercharge.eu
tegration von Elektrofahrzeugen
Elektrofahrzeuge können als
und den zugehörigen regelungs- Sybille Breunig / Daniel Görges
mobile Energiespeicher einen wich-
theoretischen Grundlagen. Abb.: Görges
tigen Beitrag zur Energiewende
6 Schwerpunktthema technikforum Nr. 3 / 2016
E-Mobility – ohne Strom fährt nichts
Es ist eine alt bekannte Binsen-
weisheit: Der Strom kommt aus
der Steckdose! „Aber wer erzeugt
ihn?“ wird gerne anschließend
gefragt und gerade in Zeiten, in
denen Elektromobilität gefördert
werden soll, stellt sich eine weitere
Frage: Reicht der zur Verfügung
stehende Strom aus, um die von
der Politik gewünschte verstärkte
E-Mobilität möglich zu machen?
Eine konkrete Überlegung des
Redaktionsteams war: Nehmen
wir an, in unserer Region wer-
den irgendwann 50.000 PKW mit
E-Antrieb unterwegs sein, und die
Hälfte davon hängt abends an
der Ladestation. Steht zur Ladung
dieser PKW ausreichend Strom zur
Verfügung?
Genügend Strom für E-Mobilität
in der Region
Für die Ladung der Akkus von
Elektrofahrzeugen gibt es derzeit
unterschiedliche Systeme. Dabei vari-
ieren die Arten und die Höhe der
elektrischen Spannung sowie die der-
zeit auf dem Markt befindlichen
Blick ins Maschinenhaus von Block 9
Steckkontakte. Ein weiterer wesent-
licher Punkt für die Höhe der Lade- der Region mit Strom aus dem GKM umformer mit einer installierten
leistung sind Art und Größe des Akkus aufgeladen werden, auch abends Leistung von insgesamt 310 MW
selbst. Daher beträgt die herkömm- und nachts, wenn keine Sonne betrieben.
liche Ladeleistung derzeit zwischen scheint und kein Wind weht. „Und Während der „Haushaltsstrom“
2 kW bis 10 kW und bei einer Schnell- dies mit Strom, der hocheffizient eine Frequenz von 50 Hz hat, fährt
ladung bis zu 50 kW. und klimaschonend erzeugt wurde. die Bahn mit einer Frequenz von
Die Grosskraftwerk Mannheim AG So setzt insbesondere Block 9 als 16,7 Hz, mit dem elektrische Haus-
(GKM) sieht sich dem Strombedarf, einer der modernsten Steinkohle- haltsgeräte wie Staubsauger oder
der mit zunehmender E-Mobility blöcke mit hoher Kraft-Wärme-Aus- Waschmaschine nicht funktionieren
einher gehen wird, gewachsen: kopplung und einem Brennstoff- würden.
Sie betreibt in Mannheim mit rund nutzungsgrad von bis zu 70 Prozent Der Unterschied ist historisch
2.150 MW Leistung den größten neue Maßstäbe“, betont das Mann- bedingt, da die in Deutschland von
Kraftwerksstandort in Baden-Würt- heimer Unternehmen. der Bahn eingesetzten Elektro-
temberg. Wenn von 50.000 Elektro- motoren statt mit 50 Hz mit einer
fahrzeugen ausgegangen wird, Strom für die Bahn Wechselstromfrequenz von 16,7 Hz
die zeitgleich mit durchschnittlich Nicht nur E-Mobile wollen mit betrieben werden mussten. Damit
10 kW geladen werden, ergäbe Strom versorgt werden – auch die erfordert das Bahnstromsystem bis
sich daraus eine erforderlich Ge- Bahn. Das GKM erzeugt Drehstrom heute eine eigene „Stromwelt“,
samtleistung von 500 MW. Im Ver- (Dreiphasenwechselstrom) für die vom Kraftwerk mit eigenen
gleich hierzu: Allein der neue Haushalte, Industrie, Gewerbe und Generatoren über ein separates
Block 9 hat eine Bruttoleistung von als einer der größten Erzeuger für Hochspannungs-Verteilungsnetz bis
911 MW. Einphasenwechselstrom in Deutsch- zu den Umspannstationen exklusiv
Dies bedeutet für den Verbraucher land auch rund 15 Prozent des für diese Frequenz konzipiert ist.
zu Hause: Kein Problem. Denn zu- Strombedarfs der Deutschen Bahn.
sätzlich zu der „normalen“ Strom- Dazu werden drei spezielle Bahn- Grosskraftwerk Mannheim AG
und Wärmebereitstellung des GKM stromgeneratoren und in Verbindung Thomas Schmidt
könnten auch die Elektroautos in Foto: GKM
mit Block 9 ein spezieller Frequenz-
technikforum Nr. 3 / 2016 Schwerpunktthema
7
Starthilfe von Freudenberg für E-Mobile
Elektrofahrzeuge deuten eine denberg New Technologies und
neue Ära der Automobilbranche an. weiteren Freudenberg-Gesellschaf-
Mehr als das: Sie leisten einen ten gestaltete.
Beitrag zu einem zukunftsfähigen Das Ziel: Gemeinsam und frühzei-
Energiekonzept. Für die nächsten tig diesen Zukunftsmarkt bearbei-
Entwicklungsschritte stehen die ten und die passgenauen Lösungen
Hersteller vor der Herausforderung, präsent haben, wenn E-Mobilität
die Funktionalität und das Leis- als Geschäftsfeld durchstartet.
tungsvermögen der Fahrzeuge stetig
zu verbessern. Effiziente Elektrotechnik
Eine Anwendung, die hinsicht- Schmiermittel von Klüber Lubrication, ein
Unternehmen der Freudenberg Gruppe,
Die Freudenberg Gruppe verfügt lich Effizienz bei E-Mobilität beson- erhöhen die Effizienz von Elektromotoren.
über ein überaus vielfältiges Leis- ders im Fokus steht, ist die Lager-
tungsspektrum für den Bereich schmierung von Elektromotoren, der Branche unterwegs, wenn es
E-Mobilität. Das kann beim Kunden dem Herzstück von Elektrofahrzeu- darum geht, Herausforderungen zu
überzeugen, wie das Gemein- gen. Und im Bereich Elektrotechnik erkennen und dafür tribologische
schaftsprojekt „TechDay bei BMW“ sind die Fahrzeughersteller noch Lösungen zu finden. Dabei geht es
belegt, den Klüber Lubrication zu- nicht immer sattelfest und haben unter anderem darum, die poten-
sammen mit Vibracoustic, Freuden- durchaus Bedarf an Beratung. ziell schädlichen Lagerströme zu
berg Sealing Technologies, Freuden- „Dabei geht es vor allem um Lö- reduzieren und damit die Lager-
berg Performance Materials, Freu- sungen, die komplexe kinematische lebensdauer zu verlängern – ein di-
und tribologische Zusammenhänge rekter Mehrwert für die Kunden.
FREUDENBERG GROUP berücksichtigen wie variable Dreh-
zahlen oder Temperaturen von Geschäftspotenzial der Zukunft
Das Portfolio der Freudenberg
– 40 bis +150 Grad Celsius. Außerdem Dieses Wissen und passgenaue
Gruppe für das Marktsegment
legen wir bei unseren Ansätzen Lösungen und Services werden künf-
E-Mobilität umfasst Innovationen
die steigenden Anforderungen be- tig nicht nur in der Kfz-Sparte,
in den Produktgruppen Hochvolt-
züglich der Laufzeiterwartung, Dreh- sondern auch in der Schiff- und Luft-
speicher und Peripherie, Elektro-
zahlkennwerte bis hin zur Lebens- fahrt relevant sein.
motor und Antriebsstrang.
dauerschmierung der Bauteile
Ebenso kommen Produkte in den
zugrunde“, weiß Dieter Schuster, FREUDENBERG GROUP
Bereichen Brennstoffzelle und Klüber Lubrication
Manager Application Engineering
Wasserstofftechnologie zum Ein- Jan Görner
bei Klüber Lubrication. Er ist regel-
satz. Foto: Klüber Lubrication / Freudenberg
mäßig als E-Mobility-Experte in
Elektroautos für Polizei in Baden-Württemberg –
Stromsparen ohne Blaulicht
Mitte August ging eine interes- Es gebe nirgendwo außer in verzichtet, da diese zu viel Strom
sante Meldung durch die regionale Sachsen so viele Elektrofahrzeuge wie benötigen.
Presse – passend zum Schwerpunkt- bei der baden-württembergischen Verkehrsminister Winfried Her-
Thema dieses technikforum: Die Polizei, bemerkte Innenminister mann (Grüne) hofft, dass sich auch
Fahrzeugflotte der Landespolizei in Thomas Strobl (CDU) bei der Über- einige Bürger ein Beispiel am Land
Baden-Württemberg könne nun auf gabe. Die rein batteriebetriebenen nehmen. „Wenn die Polizei sich auf
29 weitere Elektroautos zurückgrei- Fahrzeuge ersetzen 29 Dieselfahr- Elektrofahrzeuge verlässt, dann ist
fen, womit die Klimaschutzziele der zeuge. Die neuen Leasingverträge das ein Vertrauensbeweis in diese
Landesregierung unterstützt würden. laufen drei Jahre. Technologie.“ Das Ziel sei, bis 2020
Auf Grund der noch zu geringen den Kohlenstoffdioxid-Ausstoß
Die Landespolizei in Baden- Reichweite von 150 bis 200 Kilo- in Baden-Württemberg um 20 Pro-
Württemberg wolle nicht nur die metern werden die Elektroautos zent zu verringern. Ein flächen-
Bürger schützen, sondern auch das hauptsächlich im Transport- und deckender Austausch aller rund
Klima, hieß es in der Meldung. Nach- Logistikverkehr sowie im Ermittlungs- 5.200 Fahrzeuge bei der Polizei ist
dem die Stuttgarter Polizei über dienst eingesetzt und nicht im nicht geplant.
fünf Jahre hinweg zwei Elektroautos Streifendienst. Bei den Fahrzeugen
getestet hat, kommt es nun zum hat man auch auf Blaulicht, Mar- Sybille Breunig
landesweiten Einsatz. tinshorn und eine Klimaanlage Quelle: SWR, 16.08.2016
8 Schwerpunktthema technikforum Nr. 3 / 2016
E-Mobility: Auch im landwirtschaftlichen Fuhrpark?
E-Automobile, E-Bikes, E-Motor- technische Lösungen vor allem im schon sehr früh damit begonnen,
roller, E-Busse – das sind zurzeit die Bereich der Batterie, die den Kunden- die dafür notwendige elektrische
gängigen Fortbewegungsmittel anforderungen genügen würden, Energie integriert im Traktor zu er-
mit elektrischem Antrieb. Die Viel- war zu erfahren. zeugen. Mit dem 7530 E-Premium
falt und Variationen werden zu- „Wären E-Traktoren teurer als die und dem 6210RE haben wir Trakto-
nehmen, sagen Experten. Wird mit Kraftstoff betriebenen Modelle?“ ren in den Markt gebracht, die
E-Mobility auch im landwirtschaft- wollte das technikforum wissen. elektrische Antriebe von Anbauge-
lichen Betrieb Einzug halten oder Knickel bejaht dies und erklärt, räten auch während der Fahrt mit
sogar schon genutzt? dass der zusätzliche Nutzen einer bis zu 20 kW elektrischer Energie
elektrifizierten Landtechnik bislang versorgen können.“
Wen könnte man zu diesem noch mit höheren Kosten einher- Auf der „Agritechnica“ in Hanno-
Thema besser befragen, als einen gehe. Man erwartet aber, dass sich ver hat John Deere im letzten Jahr
der größten Hersteller von Land- die Kosten durch größere Stück- einen mit dem Traktor steuerungs-
maschinen, der seinen Sitz in Mann- zahlen im Automobilbau noch deut- technisch integrierten Generator
heim, gegenüber der VDE-VDI- lich reduzieren werden. vorgestellt, der bis zu 100 kW elek-
Geschäftsstelle, hat? Das technik- trische Leistung zur Verfügung
forum hat John Deere befragt und Elektrifizierte Anbaugeräte stellt.
interessante Antworten erhalten. Es gibt jedoch bereits so genann-
te Anbaugeräte von John Deere, Sybille Breunig
Quelle: Dr. Volker Knickel, John Deere
Sind E-Traktoren auf dem Markt? die elektrifiziert sind: „Wir haben
Das war die erste Frage, die das
technikforum John Deere stellte.
Derzeit würden keine Traktoren
zum Kauf angeboten, die nur mit
elektrischer Energie betrieben
werden, sagt Dr. Volker Knickel,
Global Director Mid Tractor Product
Line. Aber, ergänzt er, John Deere
forsche auf diesem Gebiet, da An-
sätze zur stärkeren Elektrifizierung
der Landtechnik immer populärer
werden.
Für einen ausschließlich elektrisch
betriebenen Traktor fehlen bislang Smart Power Generator Foto: John Deere
Berufsbegleitender Masterstudiengang
Elektromobilität
Seit dem Wintersemester 2013/ Schaden bringen dürfen. Dieser An- weise unterschiedliche Simulations-
2014 gibt es in Baden-Württemberg satz der nachhaltigen Entwicklung werkzeuge zur Modellbildung
die Möglichkeit eines berufsbeglei- fordert Strategien, die insbeson- eingesetzt. Ein Schwerpunkt liegt
tenden Masterstudiums „Elektro- dere die Automobilbranche vor neue zudem auf Leichtbaukonstruktio-
mobilität“ mit Abschluss M. Eng. Herausforderungen stellt. Inno- nen und der damit verbundenen
Angeboten wird der viersemestrige vative Mobilitätskonzepte, die die Werkstoffauswahl. Übergreifendes
Masterstudiengang gemeinsam Umweltverträglichkeit in den Ziel sei es, so HfSW, „die Studieren-
von den staatlichen Hochschulen Mittelpunkt stellen und dem Pro- den zu befähigen, in verschiedenen
der Hochschulföderation SüdWest blem der Ressourcenknappheit Disziplinen die Energieeffizienz
(HfSW). beikommen, werden die Basis zu- zu steigern und ökologische Strate-
künftiger Entwicklungsprojekte gien zu entwickeln.“
Um welche Inhalte geht es? Dazu bilden.“
gibt die Homepage der HfSW Aus- Das Konzept des Masterstudien- Weitere Informationen:
kunft: „Die gegenwärtigen Bedürf- gangs Elektromobilität sei speziell http://www.hfsw.de/master-elektro-
nisse der Menschheit erfordern auf diese Fragestellungen ausge- mobilitaet.html
technische Lösungen, die vor allem richtet, sagt die HfSW. Während des
Sybille Breunig
zukünftigen Generationen keinen Studienganges werden beispiels-
technikforum Nr. 3 / 2016 Schwerpunktthema
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E-Busse im Praxiseinsatz – Mannheimer Projekt
der Rhein-Neckar-Verkehr GmbH
Die Rhein-Neckar-Verkehr GmbH Mannheimer Buslinie 63. Sie führt Wendezeit an Endhaltestellen, zum
(rnv) bezeichnet „rnv Primove“ als mit einer Linienlänge von 9,4 Kilo- anderen auf der Strecke während
„Leuchtturmprojekt“. Im Rahmen metern vom Hauptbahnhof zum des Ein- und Ausstieges. Deshalb sei
der VDE-Mitgliederversammlung Pfalzplatz. Wichtig für die Entschei- eine hohe Ladeleistung bei gleich-
im Mai stellte Sebastian Menges, dung sei neben der Länge ein be- zeitig geringer Entladetiefe der
dem die Projektleitung obliegt, vor, triebshofnaher Verlauf gewesen, so Batterie erforderlich.
was sich hinter der Bezeichnung Menges. Ziel des Projektes war ein Für das Projekt galt es, zunächst
verbirgt: Der Einsatz von zwei Jahr Dauerbetrieb. eine geeignete Ladeinfrastruktur
induktionsgeladenen Elektrobussen Beteiligt am Projekt sind Bombar- aufzubauen. Menges nannte vier
auf der Mannheimer Buslinie 63. dier Transportation (BT), die als Komponenten: Die Ladeeinheit selbst
Technologielieferant fungieren. Die ist in die Fahrbahn eingelassen. Die
Das Gebiet, für das die Rhein- wissenschaftliche Begleitung kommt Versorgungseinheit befindet sich
Neckar-Verkehr GmbH verantwort- vom Lehrstuhl für Bahnsystem- im Gehwegbereich, die Kühleinheit
lich ist, umfasst 73.700 Hektar und technik des Karlsruher Instituts für im Haltestellenbereich. Etwas ver-
zählt 772.300 Einwohner. Grob Technologie (KIT). setzt steht der Übergabeschrank für
gesehen ist es ein Dreieck mit den die Energieversorgung.
Eckpunkten Bad Dürkheim – Wein- Elektrobusse im täglichen Einsatz
heim – Leimen. Um dieses Gebiet Bei den Bussen handelt es sich Bewährung im Betriebsalltag
verkehrsmäßig bedienen zu können, um 12-m-Busse der Firma HESS, die Wie sieht die Bewertung des
hatte die rnv im Geschäftsjahr 2014 Ladetechnik kommt von Bombardier. Projektes aus, war eine der Fragen,
insgesamt 353 Fahrzeuge im Ein- Die induktive Nachladung erfolgt die an Menges gestellt wurden.
satz. an den Haltestellen. Die Busse sind Durchaus positiv, war die Antwort,
Es gibt 170 Busse, davon 168 Diesel- mit einer 60 kWh Batterie ausge- auch wenn es natürlich nicht
fahrzeuge und derzeit zwei Elek- stattet, die Ladeleistung wird mit ohne „Kinderkrankheiten“ ging.
trobusse. Der Stadtbahnbetrieb ist 200 KW angegeben. So führte der Start des Projektes
traditionell elektrisch ausgelegt. Elektrobusse brauchen elektrische mit ausschließlich Elektrobussen
Mehr als zwei Drittel der Beförde- Energie, also galt es zunächst, die zunächst zu Verspätungen, da
rungsleistung werden elektromobil entsprechende Versorgung bereit- anfangs noch nicht alle Ladestatio-
erbracht. zustellen. Sechs Ladestationen auf nen in Betrieb waren und auch
Die Fahrgastzahlen haben sich in der Strecke und eine Ladestation auf an diesen die Ladeleistung noch
den letzten Jahren deutlich erhöht. dem Betriebshof stellen die Primove- gedrosselt war.
Im Jahr 2014 wurden 170,4 Millio- Ladeinfrastruktur dar. Inzwischen habe man die anfäng-
nen Personenfahrten ermittelt, so lichen Probleme gut im Griff, zeig-
die Statistik der rnv. Ladeinfrastruktur an der te sich Menges zufrieden. Die Busse
Haltestelle sind nicht nur beim Fahrpersonal
Projekt „rnv Primove“ Dass man als Betriebskonzept die beliebt. Die Ladezeiten an den
Eine der zahlreichen Strecken Gelegenheitsladung habe, sei das sogenannten „Unterwegsladesta-
diente in den vergangenen Mona- Besondere an dem Projekt, erklärte tionen“ sind sehr gering, auch wenn
ten als besondere Teststrecke für Menges und erläuterte: Die Ladung der Ladevorgang an sich für das
den Einsatz von Elektrobussen: Die erfolgt zum einen während der Fahrpersonal noch eher aufwändig
ist. Auch seitens der Fahrgäste gibt
es gute Beurteilungen. So werden
beispielsweise die Beschleunigung
und das Fahrverhalten der Busse als
sehr positiv beschrieben.
Was sind die nächsten Schritte,
wurde Menges gefragt. Seine Ant-
wort darauf: Umstellung auf reine
Elektrobuslinie, automatisches
Laden und insgesamt eine Konzept-
erstellung zur Ausweitung der
elektrischen Fahranteile im Bus-
bereich.
Sybille Breunig
E-Bus des rnv
Foto: rnv
10 Schwerpunktthema technikforum Nr. 3 / 2016
Elektro-Hybridbuslinie in Stockholm
mit Ladetechnik von Siemens
In der schwedischen Hauptstadt
Stockholm hat eine mit Elektro-
Hybridbussen betriebene Buslinie
des Betreibers Stockholm Public
Transport (SL) den Linienbetrieb auf-
genommen. Die Ladetechnik stammt
von Siemens und wurde zusammen
mit Vattenfall installiert.
Die Ladung der Busse erfolgt
jeweils an den Endstationen. Die
Schnellladestationen laden die
Lithium-Batterien der Busse in rund
sechs Minuten. Die Elektro-Hybrid-
busse bedienen die Linie 73 zwi-
schen Ropsten und Karolinksa Ins-
titut und können sieben Kilometer
rein elektrisch fahren. Dadurch
werden lokale Emissionen und Lärm
reduziert.
Kraftstoff der Zukunft
„Strom ist ein wichtiger Teil des
zukünftigen Verkehrs. Die Infra-
struktur trägt dazu bei, dass öffent-
licher Nahverkehr sauberer und
leiser wird. Vattenfall demonstriert Im Bild von links nach rechts: Magnus Åkerhielm, CEO Keolis (Betreiber); Håkan Agnevall,
mit diesem Projekt den Kraftstoff CEO Volvo Buses; Kristoffer Tamsons, Landrat für Verkehr der Region Stockholm und Vor-
der Zukunft auf einer kompletten stand der Stockholmer Verkehrsbetriebe; Ulf Troedsson, CEO Siemens Schweden
Busroute“, sagt Andreas Regnell,
Chief Strategy Officer Vattenfall Nach rund sechs Minuten ist er und Volvo eine Kooperationsverein-
Nordic Region. abgeschlossen. Ein vollständig gela- barung über die Lieferung elektri-
„Elektro-Hybridbusse und voll- dener Elektro-Hybridbus kann bis scher Stadtbussysteme unterzeichnet.
elektrische Busse sorgen dafür, dass zu sieben Kilometer rein elektrisch Bereits im Dezember 2014 hat in
die Busflotten im öffentlichen Nah- zurücklegen. Hamburg die erste Buslinie ihren Be-
verkehr immer umweltfreundlicher Im Januar 2015 haben Siemens trieb aufgenommen.
werden. Mit unserem Schnelllade-
system lassen sich die Busse schnell
und unkompliziert mit Energie
versorgen“, ergänzt Sandra Gott-
Karlbauer, CEO der Siemens Business
Unit Urban Transport.
Schnellladesystem
Die Linie 73 wird mit einem Volvo-
Bus vom Typ 7900 betrieben. Der
Elektromotor verfügt über eine
Leistung von 150 kW. Die Batterien
werden an Schnellladestationen,
die sich jeweils an den Endhaltestellen
befinden, aufgeladen. Um den
Ladevorgang zu starten, braucht
der Fahrer den Bus lediglich unter
der Station zu parken. Der Lade-
arm senkt sich herab, und der Lade-
vorgang startet vollautomatisch. Elektro-Hybridbuslinie mit Ladetechnik von Siemenstechnikforum Nr. 3 / 2016 Schwerpunktthema
11
Siemens testet eHighway-System in Kalifornien
Elektrifizierte Lastwagen sollen
die Luftverschmutzung in Kalifornien
verringern. Siemens installiert
hierfür ein Demonstrationsprojekt
zusammen mit der Volvo Group.
Siemens wird zu Test- und Demons-
trationszwecken in der Nähe der
größten US-Häfen Los Angeles und
Long Beach auf einer Strecke von
zwei Meilen ein Oberleitungssystem
für Elektrohybrid-LKW installieren.
Einen entsprechenden Auftrag
erhielt das Unternehmen von der
südkalifornischen Umweltbehörde Fahrszene auf der erweiterteren eHighway Teststrecke in Groß Dölln
für Luftreinhaltungspolitik, dem
South Coast Air Quality Management eHighway Auf Straßen ohne Oberleitungen
District (SCAQMD). Im Rahmen der Demonstration setzen die Fahrzeuge ein Hybrid-
des eHighway-Systems werden zwei system ein, das alternativ mit Diesel,
Emissionsfreie Lösung Fahrspuren auf der Alameda Street komprimiertem Erdgas oder über
Ziel ist es, lokale Emissionen wie in der Stadt Carson, Kalifornien, Batterie betrieben werden kann.
Stickoxide komplett zu eliminieren über ein Oberleitungssystem elektri- „Unsere -eHighway-Technologie
und den Verbrauch fossiler Kraft- fiziert. Mit Hybridantrieb und in- eliminiert lokale Emissionen und
stoffe sowie Betriebskosten der telligenten Stromabnehmern ausge- ist eine wirtschaftlich attraktive
LKW zu reduzieren. Die Testergeb- rüstete eHighway-LKW werden Lösung für den Gütertransport auf
nisse sollen im Jahr 2016 vorliegen sich während der Fahrt aus Ober- LKW-Pendlerstrecken“, sagt Matthias
und die Eignung des Systems für leitungen mit elektrischer Energie Schlelein, Leiter der Siemens Division
eine künftige kommerzielle Nut- versorgen und fahren damit lokal Mobility and Logistics in den USA.
zung aufzeigen. Die Häfen von emissionsfrei.
Los Angeles und Long Beach suchen Gemeinsam mit dem Fahrzeug- eFrachttransporte
eine emissionsfreie Lösung („Zero hersteller Volvo Group und dessen „Mit diesem Projekt können wir
Emission I-710 Project”) für ein Teil- Marke Mack sowie lokalen LKW-Um- die Machbarkeit eines emissions-
stück des Highway I-710 mit einem rüstern entwickelt Siemens bis zu freien Frachttransportsystems mit
großen Anteil an LKW-Pendelver- vier Vorführfahrzeuge. Der intelli- Oberleitung besser einschätzen“,
kehr. Auf 30 Kilometern verbindet gente Stromabnehmer ermöglicht so Barry Wallerstein, Leiter des
es die beiden Seehäfen und das Überholvorgänge und ein auto- SCAQMD. „Die Luftverschmutzung
Eisenbahn-Umschlagzentrum im matisches An- und Abdocken bis zu in Südkalifornien ist so gravierend,
Landesinneren. einer Geschwindigkeit von 90 km/h. dass unter anderem emissionsfreie
und emissionsarme Frachttransport-
systeme notwendig sind, um die
Umweltbestimmungen zu erfüllen.“
„Es freut mich zu sehen, dass die
Region Los Angeles an vorderster
Front steht, wenn es darum geht,
Spitzentechnologie für ein zuneh-
mend wichtiges wirtschaftliches
Zentrum bereitzustellen“, so Joe
Buscaino, Stadtrat für Los Angeles.
„Das Projekt eHighway zeigt, wie
Elektrizität zum Antrieb der Ver-
kehrssysteme dienen kann, während
sich die Bürger unserer Stadt gleich-
zeitig über sauberere Atemluft
freuen können.“
Siemens AG
Fotos: www.siemens.com/presse
LKW mit Hybridantriebstechnik für den Einsatz auf elektrifizierten Strecken
www.siemens.de/mobility12 Schwerpunktthema technikforum Nr. 3 / 2016
„Back to the Future – Zukunftswege der
Aufladung aus Sicht eines Turboladerherstellers“
Der Verbrennungsmotor und die vorangetrieben. Als Beispiel hierfür und gleichzeitig einen höheren
Turboaufladung können jeweils kann man den vermehrten Ein- Aufwand beim Wärmemanage-
auf eine über 100-jährige Entwick- satz von Abgasturboladern anfüh- ment des Aufladesystems. Prak-
lungsgeschichte zurückblicken. ren seit VW mit dem Golf 1 erst- tisch alle im Serieneinsatz be-
Schon früh wurde von den Pionieren mals einen Dieselmotor vorgestellt findlichen Abgasturbolader sind
der Motorenentwicklung erkannt, hat, der bezüglich Fahrdynamik, mit einer Wasserkühlung ausge-
dass speziell die Abgasturboauf- Gewicht und Verbrauch neue Maß- stattet, und die turbinenseitig
ladung große technische Vorteile für stäbe setzte. Danach war es die eingesetzten Werkstoffe weisen
den Verbrennungsmotor bietet. Direkteinspritzung bei Pkw-Diesel- einen sehr hohen Nickelanteil
motoren, die gemeinsam mit der auf. Beide Maßnahmen treiben
Allerdings muss man heute rück- variablen Turbinengeometrie (VTG) die Kosten stark in die Höhe.
blickend zur Kenntnis nehmen, dass ihren Siegeszug antrat. Und schließ-
2. Eine weitere Herausforderung
sich die Abgasturboaufladung über lich führten weitere Verbesserun-
stellt das verzögerte Ansprech-
einen langen Zeitraum sehr viel gen in der Gemischaufbereitung
verhalten eines turboaufgelade-
schwerer mit der Marktdurchdrin- durch Common-Rail-Systeme und
nen Motors dar. Dieser Nachteil
gung getan hat, als dies beim Ver- die Forderung nach immer höheren
tritt insbesondere beim quanti-
brennungsmotor der Fall war. Bis spezifischen Motorleistungen zum
tätsgeregelten Ottomotor zu
in die 70er Jahre des letzten Jahr- Einsatz von mehrstufigen Auflade-
Tage, da hier der Turbolader im
hunderts war die Turboaufladung systemen.
unteren Teillastgebiet mit sehr
praktisch nur bei großen Schiffs- Eine ähnliche Entwicklung kann
geringen Abgasmassenströmen
und Stationärmotoren großflächig man auch bei den Ottomotoren
und damit auf einem sehr nied-
im Einsatz. Danach fand sie Schritt erkennen (Abb. 1). Erst mit der Ein-
rigen Drehzahlniveau arbeitet.
für Schritt Einzug bei Nutzfahrzeug- führung der Benzineinspritzung
Beim Beschleunigen des Motors
Dieselmotoren, und erst in den 80er konnten die Vorteile der Abgas-
muss deshalb der Turbolader
Jahren hat sie sich dann auch bei den turboaufladung nach und nach um-
eine größere Drehzahlspanne
Pkw-Motoren langsam aber sicher gesetzt werden. Trotzdem schritt
durchlaufen als beim Dieselmotor,
durchgesetzt. die Verbreitung der Abgasturbo-
was zu einer Verlängerung des
aufladung langsamer voran, als dies
Hochlaufvorgangs führt.
Fortschritt der Turboaufladung beim Dieselmotor der Fall war.
Interessant hierbei ist festzustellen, Auch beim Ottomotor war es
Die Ursachen hierfür sind vielschich-
dass der Fortschritt der Turboauf- die Einführung der Benzindirekt-
tig, wobei zwei Gründe sicherlich
ladung immer eng mit der Weiter- einspritzung, die der Abgasturbo-
hervorzuheben sind:
entwicklung der Einspritzung ver- aufladung einen deutlichen Wachs-
bunden war. Beide Technologien 1. Die höhere Abgastemperatur tumsschub beschert hat. Durch die
haben sich gegenseitig ergänzt und des Ottomotors erfordert einer- Kombination von Direkteinsprit-
damit ihre gemeinsame Verbreitung seits höherwertigere Werkstoffe zung und Abgasturboaufladung
können Betriebsstrategien umge-
setzt werden, die die oben beschrie-
benen Nachteile der Abgasturbo-
aufladung deutlich verringern. Als
Beispiel hierfür kann die intensive
Spezifische Leistung / kW / L
Zylinderspülung im Low-End-Torque-
Bereich (Scavenging) genannt
werden.
Inzwischen hat die Abgasturbo-
aufladung nach den oben beschrie-
benen anfänglichen Verzögerun-
gen eine nahezu vollständige Markt-
durchdringung bei Dieselmotoren
erreicht. Bei den Ottomotoren ist
diese zwar noch wesentlich geringer,
aber es besteht kaum Zweifel da-
ran, dass sich in den kommenden
Jahren die Aufladung auch in
Jahr diesem Segment komplett durch-
Abb. 1: Entwicklung der Aufladetechnologie bei Pkw-Ottomotoren setzen wird.technikforum Nr. 3 / 2016 Schwerpunktthema
13
Abgasturboaufladung (ATL) –
zentraler Platz bei Fahrzeug-
motorisierung
Die Abgasturboaufladung nimmt
heute also einen zentralen Platz
bei der Fahrzeugmotorisierung ein,
denn ohne sie sind die gesetzlichen
Anforderungen hinsichtlich Ver-
brauch und Emissionen sowie ein dy-
namisches Fahrverhalten nicht
mehr darstellbar. Die Zukunft der
Aufladung ist allerdings eng mit
der Weiterentwicklung des Antriebs-
strangs und vor allem mit dessen
zunehmender Diversifizierung ver-
bunden. Somit ist die Wahl des Auf-
ladesystems zunehmend eine ganz- % / Normierte Zeit
heitliche Systemfrage.
Abb. 2: Potenzial zur Verbesserung des Beschleunigungsverhaltens mit elektrisch
Konventionelle Diesel- und Otto- unterstützter Aufladung
motoren werden in der Antriebs-
technik kurz- und mittelfristig Ihre das Beschleunigungsverhalten zu netze entweder nicht bereit stellen
dominierende Rolle beibehalten, verbessern. Diese sogenannten konnten oder hohe Zusatzkosten
wobei diese noch ein erhebliches e-Booster sind als Beschleunigungs- verursacht hätten.
Potenzial hinsichtlich Verbrauchsre- hilfe bzw. auch teilweise für den Mit der schrittweisen Einführung
duzierung haben. In der Fachwelt stationären Betrieb bei niedrigen von hybriden Antriebssträngen
ist man sich aber auch weitgehend Motordrehzahlen gedacht. Aller- ändert sich die Situation für die Auf-
einig darüber, dass die Elektrifizie- dings besitzen solche Systeme keine ladung nun grundlegend. Die nun
rung des Antriebsstrangs einen Abgasturbine und können deshalb realisierbaren Bordnetze (48 V, 120
immer größeren Stellenwert ein- auch keine generatorische Funk- bis 400 V) können zu einer Elektri-
nehmen wird, wobei das rein elek- tion wahrnehmen. fizierung des Aufladesystems und
trisch betriebene Fahrzeug sicherlich Trotz guter Resultate, die mit elek- den damit verbundenen Freiheits-
noch über längere Zeit auf bestimm- trisch unterstützen Systemen erzielt graden genutzt werden. Dies ist
te Einsatzgebiete beschränkt wurden, hat sich die Markteinfüh- insbesondere für die Auslegung der
bleibt. rung allerdings sehr lange hingezo- ATL-Konzepte von entscheidender
Bereits vor mehr als 15 Jahren wur- gen. Der Grund war die fehlende Bedeutung. So können bei hohen
de bei den ATL-Herstellern begon- oder zumindest leistungsmäßig Downsizing-Graden und entspre-
nen, ernsthaft an Technologien zu nicht ausreichende elektrische Infra- chend kleinen Hubräumen elektrisch
arbeiten, die unter Zuhilfenahme struktur in den Fahrzeugen. Um angetriebene Verdichter in Hybrid-
von elektrischer Energie das An- eine zufriedenstellende Performance fahrzeugen eingesetzt werden, die
sprechverhalten des Turboladers ver- dieser Systeme realisieren zu kön- das Ansprechverhalten und damit
bessern und damit das Turboloch nen, sind elektrische Leistungen die Fahrbarkeit im unteren Dreh-
verringern sollten. Die anfangs notwendig, die die Fahrzeugbord- zahlbereich deutlich verbessern.
beschrittenen Wege waren vielfäl-
tig, und man war mit erheblichen
Herausforderungen konfrontiert,
die vor allem beim Betrieb mit
hoch drehenden Elektromaschinen
Verdichter-Druckverhältnis
auftraten.
Besondere Turboladesysteme
für E-Motoren
Erschwerend für die Elektromoto-
ren kamen die hohen Temperaturen
hinzu, unter denen der Turbolader
betrieben wird. Einige Hersteller
haben sich deshalb auf zusätzliche
Aufladesysteme konzentriert, die
dem Abgasturbolader in Reihe ge-
schalten werden, mit dem Ziel, in
Betriebsbereichen, in denen nur wenig Verdichter-Volumenstrom
Abgasenergie zur Verfügung steht, Abb. 3: Mögliche Betriebszustände mit elektrisch unterstützter Aufladung14 Schwerpunktthema technikforum Nr. 3 / 2016
Motoren erfüllen und in Kombina-
tion mit Abgasenergierückgewin-
nung im generatorischen Betrieb den
Kraftstoffverbrauch weiter senken.
Normierte Motordrehzahl / %
Abb. 4: Potenzial zur Abgasenergierückgewinnung mit elektrisch unterstützter Aufladung
Abb. 6: Beispiele für elektrisch unterstützten
Turbolader von Pankl APC Turbosystems
Neben elektrisch angetriebenen
Verdichtern sind aber vor allem elek- Neben der CO2- und Schadstoff-
trisch unterstützte Abgasturbolader reduktion kann mit solchen Antriebs-
bzw. elektrische Turbocompound- und Aufladekonzepten auch eine
systeme von besonderem Interesse. sehr hohe Fahrdynamik realisiert
Hierbei kann der Ladedruck über werden, welche für die Kundenak-
ein Motor- / Generatorsystem gere- zeptanz eines Fahrzeugs unabding-
gelt werden. Solche Systeme ermög- bar ist. Gesamtenergieeffizienz bei
lichen sowohl das Boosten (Abb. 2), gleichzeitig attraktiven Fahrverhal-
als auch die Rekuperation von ten stehen im Vordergrund.
überschüssiger Abgasenergie, die Es ist klar abzusehen, dass sich die
über das Bordnetz in Form von Aufladetechnik sehr stark in Rich-
elektrischer Energie in die Batterie tung Elektrifizierung verändern wird,
gespeist werden kann (Abb. 3 + 4). genauso wie sich der Fahrzeugan-
triebsstrang schon dorthin verändert
Rennsport als technologischer hat. Einerseits wird die Komplexität
Abb. 5: Systemarchitektur mit elektrisch
Wegbereiter unterstützter Aufladung auf der elektrischen Seite steigen,
Der Rennsport geht hierbei als aber andererseits auf der mechani-
technologischer Wegbereiter in Elektrifizierung des schen Seite sinken. Diese Entwicklung
konsequenter Art und Weise voran. Turboladers – Einsatz im PKW wird auf mittlere Sicht kostenneutral
Sowohl das neue Regelwerk für die Für den Einsatz im Pkw im kom- ablaufen und langfristig die Gesamt-
Formel 1, als auch das Regelwerk merziellen Bereich ergeben sich kosten sogar senken.
für die FIA Langstrecken Weltmeis- daraus weitreichende Änderungen Rückblickend muss man feststellen,
terschaft, zu dem das traditions- für das Aufladesystem. Durch die dass sowohl der elektrische Fahrzeug-
reiche 24-Stunden-Rennen von Le Elektrifizierung des Turboladers er- antrieb als auch die Turbocompound-
Mans gehört, begrenzen ab 2014 öffnen sich technische Möglichkeiten, technologie bereits entscheidende
die mitzuführende Kraftstoffmenge aktuell aufwändige und teure Tech- Rollen in der Anfangszeit der Fahr-
sowie die maximal zulässigen Ener- nologien zu ersetzen. In der Ver- zeug und Motorenentwicklung ge-
gieströme innerhalb des kompletten gangenheit musste das Ansprech- spielt haben. Porsche entwickelte
Hybridantriebs. Die Regeländerun- verhalten und das Drehmoment bei 1899 mit dem Lohner-Porsche Semper
gen führen dazu, dass die einge- niedrigen Motordrehzahlen durch Vivus den ersten Hybrid-Pkw und
setzte Kraftstoffenergie für die turbo- teilweise komplexe mechanische Büchi’s Patent von 1905 beschreibt
aufgeladenen Motoren möglichst Systeme verbessert werden. Die va- eine Verbundmaschine bestehend
effizient genutzt werden muss. Die riable Turbinengeometrie stellt hier- aus Verbrennungsmotor, Turbine
Regelwerke erlauben hierfür elek- für ein gutes Beispiel dar. Speziell bei und Verdichter auf einer gemeinsa-
trische Turbocompoundsysteme, Ottomotoren konnte sich diese Tech- men Welle, was man heute als Turbo-
welche zusätzliche Energie aus dem nik insbesondere wegen der mit der compoundsystem bezeichnen würde.
Abgas gewinnen können (Abb. 5). hohen Komplexität verbundenen Zurück in die Zukunft.
Mit den neuen Antriebseinheiten Kosten, aber auch wegen der Gren-
der Formel 1 werden beispielsweise zen durch den steigenden Abgas- Pankl APC Turbosystems, Mannheim
Kraftstoffverbrauchseinsparungen druck bei niedrigen Motordrehzah- Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Schmalzl,
von ca. 30 Prozent gegenüber den len bislang nicht durchsetzen. Die Geschäftsführer und Gesellschafter
Saugmotoren der zurückliegenden elektrisch unterstützte Aufladung Dipl.-Ing. (FH) Roman Dabrowski,
MEng., Entwicklungsleiter
Saison bei gleicher Leistung erzielt. kann die Anforderungen für solchetechnikforum Nr. 3 / 2016 Schwerpunktthema
15
„Historische Weltpremiere nicht nur für die Luftfahrt“:
ABB-Partner Solar Impulse vollendet Flug um den Globus
ABB-Allianzpartner Solar Impulse
vollendete kürzlich seinen Flug um
den Globus ganz ohne Treibstoff.
Das von 17.248 Solarzellen ange-
triebene Flugzeug Solar Impulse hat
Geschichte geschrieben, in dem es
die erste Weltumrundung allein
mit der Kraft der Sonne erfolgreich
abschloss.
Pioniergeist bewegt die Welt
2015 startete die Weltumrundung,
Das ausschließlich mit Solarenergie betriebene Flugzeug legte insgesamt rund
sie erfolgte in mehreren Etappen. 40.000 Kilometer zurück.
Nach einer letzten Etappe ab Kairo
landete der Flieger am 26. Juli 2016 „Dies ist eine historische Welt- begleitet haben.“ Sie kümmerten
nach einer Flugzeit von 48 Stun- premiere im Bereich erneuerbarer sich zum Beispiel um die Verbes-
den und 37 Minuten um 4:05 Uhr Energien und sauberer Technolo- serung der Steuerungssysteme für
Ortszeit am Ausgangspunkt in Abu gien, nicht nur für die Luftfahrt“, den Bodenbetrieb und die Opti-
Dhabi. sagte Bertrand Piccard bei der Lan- mierung der Ladeelektronik für die
„Dies ist eine wahrhaft historische dung. „Durch die gemeinsame Batteriesysteme des Flugzeugs.
Leistung mit enormer Symbolkraft“, Nutzung der jeweiligen Stärken ha-
sagte Ulrich Spiesshofer, CEO von ben Solar Impulse und ABB gezeigt, Weltrekorde aufgestellt
ABB. „Sie zeigt eindrucksvoll, dass wie bahnbrechende Innovationen Während ihres Flugs um die Welt
wir mit Pioniergeist und sauberen in zuverlässige Lösungen überführt legte Solar Impulse Zwischenstopps
Technologien die Welt bewegen und Energie im Sinne einer nach- auf vier Kontinenten ein – Asien,
können, ohne die natürlichen Res- haltigen Welt effizienter erzeugt, Nordamerika, Europa und Afrika –
sourcen der Erde zu verbrauchen. gespeichert und genutzt werden
Wir sind außerordentlich stolz, dass können.“
wir an diesem bemerkenswerten André Borschberg, Mitgründer,
Projekt mitwirken durften.“ CEO und Pilot von Solar Impulse,
bestätigte den hohen Wert der
Erfolgreiche Partnerschaft Partnerschaft: „Ohne das Know-
Als ABB die Innovations- und how und die Unterstützung von
Technologieallianz mit Solar Impulse ABB und anderen Projektpartnern
einging, gaben gemeinsame Ziele wäre dieser Erfolg nicht möglich
den Ausschlag. Denn was Solar gewesen. Im Rahmen ihrer Innova-
Impulse in der Luft erreicht, voll- tions- und Technologieallianz mit
Solar Impulse hat ABB Experten für Die beiden Piloten Borschberg und Piccard
bringt ABB am Boden: Das Unter-
(v.l.), die sich bei dem Flug um die Welt ab-
nehmen blickt auf eine 125-jährige die Mission abgestellt, darunter wechselten, stellten mehrere Weltrekorde auf.
Tradition als Pionier für Energie- Ingenieure, die das Projekt wäh-
und Automationstechnologien rend der gesamten Weltumrundung und überquerte zwei Ozeane (Pazi-
zurück. als feste Mitglieder der Bodencrew fik und Atlantik), das Mittelmeer
und die Arabische Halbinsel. Dabei
stellte sie mehrere neue Weltre-
korde in der Luftfahrt auf. So legte
André Borschberg auf der Etappe
von Japan nach Hawaii den längs-
ten je absolvierten Soloflug zurück
(117 Stunden und 52 Minuten) und
Bertrand Piccard bewältigte den
ersten Solarflug über den Atlanti-
schen Ozean.
ABB
Alexander Vogler
Solar Impulse landete am 26. Juli nach der letzten Etappe von von 48 Stunden und 37 Minuten
Fotos: Solar Impulse / Rezo.ch
um 4:05 Uhr Ortszeit in Abu Dhabi.16 Schwerpunktthema technikforum Nr. 3 / 2016
Freie Fahrt für autonome Fahrzeuge
Ein 1.300 Kilometer langer Korri-
dor zwischen Rotterdam und Wien,
auf dem Fahrzeuge und Infra-
struktur miteinander kommunizie-
ren, fahrerlose U-Bahnen in Paris,
Budapest und Riad, autonomer
öffentlicher Nahverkehr in Ulm:
Die Zukunft der Mobilität ist ver-
netzt und autonom. Ermöglicht
wird die Digitalisierung der Straße
durch Technologien von Siemens.
Zwei Ampeln an einer kleinen
Kreuzung auf dem Gelände der
Siemens-Forschungszentrale in
München-Neuperlach. So normal sie
wirken, weisen die Lichtsignalanlagen
doch in die Zukunft des Straßen-
verkehrs. Denn ein kleiner, an einem
Der Autoflüsterer: Im Rahmen des Projekts Car2X sollen Roadside Units entlang der
der Ampelmasten angebrachter Teststrecke mit den Testfahrzeugen kommunizieren.
Kasten kommuniziert über Digital-
funk mit durchfahrenden Fahr- Verkehrssysteme bei Siemens. „Und „In den kommenden 15 Jahren
zeugen. Er kann sich mit anderen die Vernetzung legt wiederum die verarbeiten voraussichtlich noch
dieser „Road Side Units“ verbinden, Grundlage für die Zukunft des auto- Fahrer diese Informationen. Lang-
die wiederum mit einer Verkehrs- nomen Verkehrs.“ fristig übernehmen das aber wohl
zentrale verknüpft sind. So entsteht autonome Fahrerassistenzsysteme
ein WLAN-Funknetz, das den Fahrer Die Autonomisierung des direkt“, sagt Hobohm. „Doch selbst
in Sekundenbruchteilen über einen Verkehrs schreitet voran wenn nie ein autonomes Auto
Bildschirm auf Verkehrsstörungen Weltweit tüfteln Experten seit kommen sollte, hilft das der Ver-
oder die aktuelle Ampelschaltung Jahren an der Autonomie des Ver- kehrssicherheit – denken Sie etwa
hinweist. kehrs. Bereits heute rollen fahrerlose nur an Auffahrunfälle.“
U-Bahnen von Siemens in Nürnberg,
Internet des Autos Paris oder Barcelona über die Gleise. Fahrerlose U-Bahnen: Schnellere
Die „Car2X-Technologie“ soll in In Kalifornien sind sich selbst Taktung, mehr Passagiere
einem 1.300 Kilometer langen steuernde Testfahrzeuge von Google Auf Schienen ist die Autonomi-
Testkorridor von Rotterdam über ein alltäglicher Anblick. Nutzfahr- sierung noch weiter gediehen. Mit
Frankfurt am Main bis nach Wien zeughersteller testen erste voll auto- dem Projekt „Cargomover“ ent-
getestet werden. Entsprechend matisierte LKWs. Gleichzeitig ent- wickelte Siemens bereits 2002 mit
ausgestattete Fahrzeuge werden wickelt die Automobilindustrie der RWTH Aachen einen vollauto-
beispielsweise vor Autobahnbau- Elektrofahrzeuge, in die sich digitale matisch gesteuerten Gütertriebwa-
stellen gewarnt. Das soll Unfälle re- Technologien für autonomes Fahren gen. Darauf baute das Unterneh-
duzieren und Staus vermeiden. An leicht integrieren lassen. men auf – und heute ist die fahrer-
diesem „Internet des Autos“ sind Hobohm steht in Neuperlach vor lose Zukunft auf Bahngleisen bei
die deutsche Automobilindustrie, einer Metalltafel und wirft mit ein U-Bahnen Wirklichkeit.
Forschungsinstitute und Siemens paar Strichen die Zeichnung einer So hat Siemens der Stadt Nürnberg
beteiligt. Ampel, unter der ein Pkw steht, an 2008 eine der weltweit ersten
Das Unternehmen liefert Hard- und die Wand. Die Ampel stehe für die computergesteuerten U-Bahnen
Software – einschließlich der Road Infrastruktur, sagt er, das Auto für übergeben. Seither rollen weitere
Side Units – für die Kommunikation Fahrzeuge. Beide hätten sich über autonome Siemens-U-Bahnen in
der Fahrzeuge in den Niederlanden, hundert Jahre weitgehend unab- Barcelona, Paris oder Budapest –
Deutschland und Österreich. Lang- hängig voneinander entwickelt. Ein- das Unternehmen ist Marktführer.
fristig sollen zusätzlich zu Verkehrs- zige Schnittstelle sei das Auge des In wenigen Jahren eröffnet zudem
schildern und Warntafeln auch Fahrers gewesen. in Riad, der rund fünf Millionen
Parkhäuser in Car2X integriert wer- Doch jetzt beginnen die beiden Menschen beherbergenden Haupt-
den. „Die fortgeschrittene Digitali- Welten dank Digitalisierung direkt stadt Saudi-Arabiens, ein neues, 176
sierung des Autos erlaubt uns diese miteinander zu kommunizieren. Ihre Kilometer langes U-Bahn-Strecken-
Vernetzung“, sagt Daniel Hobohm, Vernetzung nimmt kontinuierlich netz. Siemens liefert 74 fahrerlose
Experte im Bereich Intelligente zu. Car2X ist ein gutes Beispiel dafür. Inspiro-Metro-Züge für zwei derSie können auch lesen
