Alternative Antriebe und Ergänzungen zum konventionellen Antrieb

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. 1. Vorwort

   Michael Hilgers

   Zusammenfassung

   Seit vielen Jahren arbeite ich in der Nutzfahrzeugbranche. Immer wieder höre ich sinngemäß: „Sie entwickeln Lastwagen? – Das ist ja ein Jungentraum!“

   In der Tat, das ist es!

   Aus dieser Begeisterung heraus, habe ich versucht, mir ein möglichst vollständiges Bild der Lkw-Technik zu machen. Zu diesem Bild gehört auch der Ausblick in die Zukunft. Insbesondere der Ausblick auf die möglichen Veränderungen im Antrieb des Nutzfahrzeugs. In diesem Heft sind technische Lösungen für den Antrieb der Zukunft zusammengetragen, über die derzeit diskutiert und geschrieben wird. Mittelfristig wird der Verbrennungsmotor sicher der dominierende Antrieb bleiben. Aber er wird eventuell ergänzt zum Hybridantrieb oder durch Verlustwärmenutzung. Auch über alternative Kraftstoffe wird nachgedacht. Welche der hier vorgestellten technischen Ideen sich durchsetzen wird, ist offen.

3. 2. Alternative Antriebe und Ergänzungen zum konventionellen Triebstrang

   Michael Hilgers

   Zusammenfassung

   Der konventionelle Triebstrang mit einem Verbrennungsmotor, der Dieselkraftstoff aus Mineralöl verbrennt, treibt seit vielen Jahrzehnten den Lastkraftwagen an (erster Lkw mit Dieselmotor in den 1920er Jahren). Es ist zu erwarten, dass der Dieselmotor auch die nächsten 20 Jahre die dominierende Rolle beim Antrieb von Nutzfahrzeugen spielen wird.

   Endliche Mineralölreserven und der Wunsch, bei der Energieversorgung nicht von einzelnen eventuell politisch unberechenbaren Lieferländern abzuhängen, führen dazu, dass nach Ergänzungen oder Alternativen zu den etablierten Energieträgern gesucht wird. Der wichtigste Anstoß aber, Ergänzungen oder Alternativen zum konventionellen Dieseltriebstrang zu finden, resultiert aus der Sorge über den Klimawandel. Die Schadstoffe, die ein Dieselmotor ausstößt, sind heute schon niedrig – und werden in Zukunft noch weiter reduziert werden. Es bleibt aber unvermeidbar, dass bei der Verbrennung von Diesel \(\mathrm{CO_{2}}\) freigesetzt wird. Stammt der Diesel aus fossilen Lagerstätten, so geht damit eine Erhöhung der \(\mathrm{CO_{2}}\)-Konzentration in der Atmosphäre einher.

   Drei Stoßrichtungen werden diskutiert, den heute bekannten Antrieb zu verändern und die Freisetzung von \(\mathrm{CO_{2}}\) aus fossilen Lagerstätten zu verringern.

4. 3. Elektrischer Antrieb

   Michael Hilgers

   Zusammenfassung

   Prinzipiell sind Elektrofahrzeuge leicht zu realisieren. So wurden in den Anfängen des Automobils elektrische Antriebe gleichberechtigt neben Antrieben mit Verbrennungsmotor untersucht.

   Ein großer Vorteil elektrischer Antriebe ist, dass Strom nahezu überall verfügbar ist. Wenn die Fahrzeugtechnik verfügbar ist, gibt es für die Betankung von Elektrofahrzeugen keine Hürden seitens der Infrastruktur. Strom ist „überall“ und Lösungen für Ladegeräte gibt es für den Heimgebrauch genauso wie für Tankstellen.

   Ein weiterer Vorteil des elektrischen Antriebs ist, dass elektrische Komponenten, wenn sie in der Großserie industrialisiert sind, recht wartungsarme Antriebssysteme erwarten lassen.

   Im Pkw-Bereich sind seit einigen Jahren die ersten ernsthaften Serienprodukte mit Elektroantrieb verfügbar.

5. 4. Hybridfahrzeuge

   Michael Hilgers

   Zusammenfassung

   In der Technik wird das Wort „Hybrid“ für Lösungen verwendet, bei denen zwei Dinge kombiniert werden. Das Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug, in dem zwei Antriebssysteme vereint sind.

   In der Regel verfügen Hybridfahrzeuge über einen Verbrennungsmotor mit einem Tank als Energiespeicher (bei Nutzfahrzeugen zumeist Diesel) und über ein zweites Antriebssystem. Die häufigste Hybridvariante hat neben dem Verbrennungsmotor, der den Hauptantrieb darstellt, einen elektrischen Antrieb mit Batteriespeicher.

   Elektrische Hybridtechnologie wird gerne auch als Vorbereitung auf den vermeintlich nächsten Schritt Brennstoffzellenantrieb oder batterie-elektrische Fahrzeuge gesehen, denn elektrische Antriebskomponenten werden genauso auch für batteriegetriebene oder brennstoffzellengetriebene Fahrzeuge erforderlich sein.

   Neben Elektro-Hybriden gibt es auch Hybridsysteme mit Schwungradspeicher oder mit hydraulischen oder pneumatischen Druckspeichern.

   Bei konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird die kinetische Energie beim Bremsen in Wärme umgesetzt und geht damit verloren. Beim Hybrid wird das „zweite“ Antriebssystem so gewählt, dass es Teile der kinetischen Energie des Fahrzeuges beim Bremsen speichern kann. Beim Beschleunigen wird diese Energie zum Antreiben des Fahrzeuges wieder eingesetzt. Dieser Vorgang wird Bremsenergierückgewinnung oder Rekuperation genannt.

6. 5. Andere Ergänzungen zum konventionellen Antrieb

   Michael Hilgers

   Zusammenfassung

   Beim konventionellen Antrieb geht ein sehr großer Teil der chemischen Energie des Dieselkraftstoffes als Wärmeenergie verloren. Die Wärmeenergie wird entweder über das Abgas nach außen geführt oder an die Kühlanlage abgegeben. Es ist naheliegend, dass Ergänzungen zum konventionellen Antrieb hier ansetzen, um die Effizienz der Energienutzung im Fahrzeug zu verbessern.

   Die Verlustwärmeenergierückgewinnung (WHR) kann auf verschiedenen Wegen angegangen werden:

   Der vielversprechendste Ansatz ist der sogenannte Rankine Kreisprozess: Im AGR-Kühler und/oder in der Abgasanlage wird ein Arbeitsfluid erhitzt und verdampft. Das erhitzte Arbeitsfluid wird einer Expansionsmaschine zugeführt. (Turbine, Kolbenmotor, Scroll-Expander). Das expandierte Arbeitsmedium wird anschließend wieder kondensiert und läuft im Kreislauf um. Der Kondensator wird über das Kühlsystem des Motors gekühlt.

   Die so erzeugte mechanische Bewegung kann der Bewegung des Verbrennungsmotors hinzugefügt werden und erhöht den Wirkungsgrad des Antriebes.

7. 6. Alternative Kraftstoffe

   Michael Hilgers

   Zusammenfassung

   Der \(\mathrm{CO_{2}}\)-Ausstoß einer Transportleistung wird durch die Bestrebungen, den Verbrauch der Fahrzeuge zu senken, kontinuierlich reduziert. Alternative Kraftstoffe ermöglichen es, den \(\mathrm{CO_{2}}\)-Ausstoß pro Liter verbrauchtem Kraftstoff zu senken. Des Weiteren ermöglichen sie die Abhängigkeit des Transportsektors vom Erdöl zu reduzieren.

   Alternative Kraftstoffe werden hinsichtlich verschiedener Kriterien bewertet werden. Dazu gehört neben dem \(\mathrm{CO_{2}}\)-Ausstoß die Abgasemission aber auch die Kostensituation ebenso wie die Energiedichte.

   Es gibt alternative Kraftstoffe, die eher nach dem Dieselprinzip und andere die eher nach dem Ottoverfahren Verwendung finden (können).

8. Backmatter