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MAN Lion's City Hybrid-Stadtbus in Nürnberg
02.07.2007 - 00:04

MAN Lion's City Hybrid-Stadtbus in Nürnberg
  • MAN Lion’s City Hybrid-Stadtbus der neuesten Generation ist besonders umweltfreundlich und wirtschaftlich
  • Als bewährter Entwicklungspartner von MAN testet die VAG Nürnberg das seriennahe Prototypenkonzept
  • Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie fördert das Forschungsprojekt mit 1,6 Mio. Euro


Der öffentliche Personennahverkehr in Nürnberg erhält außergewöhnliche Verstärkung: Mit dem neuen MAN Lion’s City Hybrid geht ein besonders innovativer und umweltfreundlicher Stadtbus in den Linienbetrieb bei der VAG Verkehrs-Aktiengesellschaft Nürnberg. Dabei handelt es sich bereits um die dritte Generation von Hybrid-Stadtbussen der MAN Nutzfahrzeuge, die von der VAG Nürnberg im harten Alltagseinsatz getestet wird.

Beim konventionellen Bus wird die kinetische Energie mit mechanischen Bremsen ungenutzt in Wärme umgewandelt. Der von MAN entwickelte Hybrid-Stadtbus hingegen kann elektrisch abgebremst werden. Der große Vorteil: Bremsenergie wird zurück gewonnen. Diese Energie wird in Hochleistungskondensatoren, so genannten Ultracaps, gespeichert. Der Fahrer kann sie zum Anfahren wieder verwenden. Da der Stadt-Bus sich häufig im Stop-and-go-Verkehr bewegt, ist diese Einsatzweise für hohe Einsparungen prädestiniert. Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß reduzieren sich erheblich. Außerdem sinkt der Geräuschpegel deutlich.

MAN Nutzfahrzeuge hat die jetzt eingesetzten Hybrid-Antriebssysteme gemeinsam mit Siemens A&D (Automation and Drives) im Rahmen des IDEAS-Projektes (Innovativer diesel-elektrischer Hybrid-Antrieb für Stadtbusse) entwickelt. Ein wesentlicher Aspekt der Untersuchungen der Busse im aktuellen Fahrgasteinsatz betrifft die Auswirkungen auf den Busbetreiber – mögliche Veränderungen der Investitionskosten, der Betriebskosten und des Wartungsaufwands.

Den neuen Bus hat Dagmar Wöhrl, die Parlamentarische Staatssekretärin im Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWI), am Donnerstag, den 28. Juni 2007, in Nürnberg offiziell in Betrieb genommen. Staatssekretärin Wöhrl sieht in dem Linieneinsatz „einen weiteren wichtigen Schritt hin zur Alltagstauglichkeit von Hybrid-Stadtbussen“. Diese können einen wesentlichen Beitrag zur umweltfreundlichen Gestaltung des innerstädtischen Verkehrs leisten und zur Entschärfung der CO2-Problematik beitragen, so Wöhrl.
Die Relevanz des Projekts beweist die Beteiligung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie an dem Forschungsprojekt. An den von MAN investierten Entwicklungskosten in Höhe von 3,4 Mio. Euro und dem Etat von Siemens in Höhe von 0,6 Mio. Euro beteiligt sich das BMWI jeweils mit 40 Prozent.

„Voraussichtlich 2010 können wir bereits die ersten serienmäßigen Hybrid-Stadtbusse an Kunden ausliefern“, erklärt Dr. Karl Viktor Schaller, Vorstand Technik und Einkauf der MAN Nutzfahrzeuge Gruppe, bei der feierlichen Inbetriebnahme des Lion’s City Hybrid. „Diese Busse werden neue Maßstäbe hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und Emissionsverhalten setzen, dabei aber mindestens genauso zuverlässig und wirtschaftlich sein wie konventionelle Fahrzeuge.“

VAG-Technik- Vorstand Dr. Rainer Müller äußerte sich zuversichtlich, dass der neue Hybrid-Bus die in ihn gesetzten Erwartungen erfüllen wird. „Bereits seit 2001 testen wir Hybrid-Busse von MAN im Linienbetrieb und haben seitdem viele gute Erfahrungen gesammelt. Wir sind stolz darauf, als aktiver Partner einen Beitrag zur Weiterentwicklung dieser innovativen Hybrid-Technologie zu leisten.“ Müller kann sich gut vorstellen, dass in wenigen Jahren vermehrt Hybrid-Stadtbusse in Nürnberg zum Einsatz kommen.

Mit Bremsenergie beschleunigen – Kraftstoff sparen
Der Stopp-and-Go-Betrieb der Stadtomnibusse bietet ideale Bedingungen, um die Bremsenenergie zu nutzen. Die in der Regel bis zu 18 Tonnen schweren Fahrzeuge werden mit zumeist niedrigen Geschwindigkeiten betrieben, beschleunigen unzählige Male, um kurz darauf wieder bis zum Stillstand zu verzögern. Konventionelle Omnibusse wandeln ihre kinetische Energie vor allem in ungenutzte Wärme um, während der Lion´s City Hybrid mit der gespeicherten Bremsenergie rein elektrisch aus der Haltestelle beschleunigt. Bis zu 45 Prozent ihrer Betriebsdauer verbringen Stadtbusse an Haltestellen, wo eine Stopp-Start-Automatik teuren Kraftstoff spart. MAN setzt mit dem Lion´s City Hybrid auf ein Gesamtpaket von Maßnahmen, das zu einer beachtlichen Ersparnis führt. Fahrzeug-Entwickler und Projektleiter Dr. Stefan Kerschl spricht von „konservativ geschätzten 20 bis 25 Prozent eingespartem Kraftstoff“ und deutlich reduzierten Emissionswerten.

Das zeigten auch die Ergebnisse von über 30.000 Kilometern im regulären Liniendienst, den das Vorgängerfahrzeug im Liniendienst der VAG Verkehrs-Aktiengesellschaft Nürnberg souverän bewältigte. Exakte Daten lieferten die letzten Vergleichsfahrten im Jahr 2005 mit konventionellen Referenz-Fahrzeugen, die über ähnliche Leistungsdaten und Passagierauslastung verfügten.

Serieller Hybrid mit betriebsoptimiertem Diesel
Der neue Hybrid-Niederflurbus von MAN basiert wie sein Vorgänger auf serieller Hybrid-Technologie. Ein weitgehend serienmäßiger MAN D0836 LOH-Sechszylinder in EEV-Abgasqualität nach additivfreier MAN PUREdiesel-Technologie liefert die Energie für einen Hochleistungsgenerator, der wiederum die Energie für zwei Elektromotoren bereitstellt. Diese treiben, verbunden mit Wechselrichtern, über ein Summiergetriebe die Niederflur-Portalachse mit Superbreitreifen an. Eine Leistungselektronik verbindet den Antrieb mit dem Energiespeicher-System auf dem Dach. Das Speichersystem selbst besteht aus 12 Ultracap-Modulen (Hochleistungskondensatoren), die anfallende Bremsenergie äußerst effizient speichern, ideal also für den Stadtbuseinsatz.

Die Fahrmotoren können entweder über den Dieselmotor/Generator plus Energiespeicher oder vom Energiespeicher alleine versorgt werden. So rollt der Lion´s City Hybrid rein elektrisch und emissionsfrei aus der Haltestelle und aktiviert den Diesel erst mit zunehmendem Leistungsbedarf, ein wichtiger Vorteil gerade in Busbahnhöfen mit ständigen Abfahrten und den damit verbundenen Emissionen. Geringe Leistungen, die beispielsweise für die Versorgung der Nebenaggregate oder des Bordnetzes gebraucht werden, können in der Regel alleine aus dem Ultracap-Energiespeicher abgedeckt werden. Das selbsttätige Abschalten und Starten des Dieselmotors beim Halten und Anfahren übernimmt das hochentwickelte Energiemanagement.

Während der Fahrt liefert der Diesel neben der benötigten Antriebsleistung je nach Ladezustand des Energiespeichers bedarfsgerecht Strom für die elektrischen Nebenaggregate. Der Klimakompressor und die Lenkhilfpumpe werden anders als im Serienpendant rein elektrisch angetrieben. Der emissionsarme MAN Sechszylinder wird jederzeit in seinen optimalen Betriebspunkten betrieben. „Zudem werden schnelle Laständerungen kurzzeitig über den Energiespeicher gepuffert, was zu einem sog. phlegmatisierten Betrieb des Dieselmotors führt“, so Stefan Kerschl. Dies trägt in Summe zu geringem Kraftstoffverbrauch und beispielhaft niedrigen Emissionen bei.

Wirtschaftlich im Einsatz mit Ultracaps
Das Ultracap-Speichersystem gewinnt seine Speicherenergie aus dem Bremsvorgang. Über das Bremspedal wird die elektrische Bremse mit bis zu 150 kW angesteuert und dient bis zum notwendigen Einsatz der Betriebsbremse für stärkere Abbremsungen als alleiniger Verzögerer. Die Fahrmotoren dienen dabei als Generatoren und wandeln die Bremsenergie in elektrische Energie für den nächsten Anfahrvorgang um.

Grundsätzlich zeichnen sich Ultracaps gegenüber anderen Energiespeichern wie z.B. Batterien durch ihre besonders hohe Leistungsdichte und -aufnahme, ihre Zuverlässigkeit sowie ihren hohen Wirkungsgrad aus. Zusätzlich tragen das Fehlen bewegter Teile und die völlige Wartungsfreiheit zur schon heute beachtlichen Wirtschaftlichkeit bei. Auch in der Gewichtsbilanz hat die Kondensator-Lösung im Vergleich zu Batterielösungen die Nase vorn – der Ultracap-Niederflurbus spart sich das schwerere Batteriepack und wiegt etwa soviel wie ein Erdgas betriebener Stadtbus. „Batterien müssen heute in einem engen Ladezustandsfenster betrieben werden“, sagt Kerschl und sieht Ultracaps im Alltag deutlich unempfindlicher als Batterien. Durch eine weitere Verringerung des Innenwiderstandes konnten die Speicherverluste des Ultracap-System drastisch reduziert und der Speicherwirkungsgrad deutlich erhöht werden. Nicht zuletzt die Verbesserung der aktiven Luftkühlung bewirkt, dass die Lebensdauer der Hochleistungskondensatoren mit der des Serienfahrzeugs gleich zieht.

Im Einsatz erfreut der Lion´s City Hybrid seinen Betreiber mit gewohnt hohem Nutzwert. Seine Fahrleistungen erfüllen selbst gehobene Erwartungen. Kein Wunder bei bis zu 800 Nm Drehmomentbestwert, den beide Elektromotoren schon aus dem Stand bereitstellen. Im Beförderungsalltag müssen nur wenige Zugeständnisse hingenommen werden, der Innenraum entspricht weitgehend dem des Basisfahrzeugs. Um alle hybridspezifischen Komponenten im Heck und auf dem Dach zu konzentrieren, wurde der serienmäßige Motorturm im Innenraum erweitert. Damit wirken sich die sehr kurzen Kühlmittelleitungen und Leistungsverkabelungen positiv auf den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs aus. Die gewählte Anordnung der Komponenten beschränkt den Kunden nur wenig und wird für eine Serienversion weiter angepasst. Gerade mal auf zwei Sitze muss der Kunde verzichten, aufgrund der Bauart hat der Betreiber freie Wahl zwischen zwei und drei Türen.

IDEAS-Projekt des Bundesministeriums für Wirtschaft
Die MAN Nutzfahrzeuge AG entwickelt mit dem Partner Siemens A&D im Rahmen des IDEAS-Projektes (Innovativer diesel-elektrischer Hybrid-Antrieb für Stadtbusse) Hybrid-Antriebssysteme mit Dieselmotoren für den innerstädtischen Einsatz. Die im Rahmen des Projektes gebauten Fahrzeuge werden im realen Erprobungsbetrieb bei der VAG Nürnberg eingesetzt. Ein wesentlicher Aspekt der Untersuchungen betrifft die Auswirkungen auf den Busbetreiber - mögliche Veränderungen der Investitionskosten, der Betriebskosten und des Wartungsaufwands. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert und ist Teil des Forschungsprogramms Mobilität und Verkehr.

Linieneinsatz des Hybrid-Stadtbusses in Nürnberg
Im Rahmen des Forschungsprojektes IDEAS werden zeitversetzt zwei Hybrid-Stadtbusse unterschiedlicher Auslegung entwickelt und aufgebaut. Der Erprobungseinsatz im realen Linienbetrieb ist für jeweils ein Jahr bei der VAG Nürnberg geplant. Der zweite Hybrid-Stadtbus wird voraussichtlich Mitte 2008 den Linienbetrieb aufnehmen. Die VAG Nürnberg als Busbetreiber ist hier wie in vielen bereits durchgeführten Projekten kooperativer und engagierter Projektpartner für die Erprobung alternativer Antriebssysteme. Die VAG koordiniert den Linieneinsatz der Fahrzeuge und stellt das Fahrpersonal.
Der Hybrid-Stadtbus ist mit aufwändiger Messtechnik (einem so genannten Langzeitmesssystem) ausgerüstet, um während des Erprobungseinsatzes das Systemverhalten, alle relevanten Energieflüsse und den Kraftstoffverbrauch zu erfassen. Begleitet wird der Einsatz des Hybridbusses von der VAG Nürnberg sowie der MAN Nutzfahrzeuge. Die Auswertung der Messdaten sowie die weitere Optimierung des Hybridmanagement erfolgt durch MAN.

Im Vorfeld wurde in Kooperation mit der Fachhochschule Nürnberg das gesamte Bus-Streckennetz der VAG Nürnberg analysiert und daraus sechs verschiedene repräsentative Buslinien definiert. Diese ausgewählten Buslinien wurden über einen längeren Zeitraum mit einem konventionellen Dieselbus vermessen und daraus Referenzdaten erstellt.

Aus den bisherigen Erprobungseinsätzen liegen zu den ausgewählten Linien, insbesondere der typischen Innenstadtlinie 36, zahlreiche Messwerte vor, die verknüpft mit den Messwerten des Hybridbus-Einsatzes eine zuverlässige Aussage zur Kraftstoffeinsparung ermöglichen werden.


Bei der Übergabe (v.l.n.r.): Joachim Dürr, Vorsitzender der Geschäftsfuehrung NEOMAN Bus GmbH, Dagmar Wöhrl, Parlamentarische Staatssekretärin im Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWI), Dr. Karl Viktor Schaller, Vorstand Technik und Einkauf der MAN Nutzfahrzeuge Gruppe, Dr. Rainer Müller, Vorstand VAG-Technik

Steckbrief – Forschungsprojekt IDEAS
 
Projektpartner:MAN Nutzfahrzeuge AG, München
Siemens Automation & Drives, Nürnberg
VAG Verkehrs-Aktiengesellschaft Nürnberg
FH Nürnberg (im Unterauftrag)
Gesamtprojektleitung:MAN Nutzfahrzeuge AG
Projektlaufzeit:

01.09.2005 –  31.03.2009 
Fördergeber:Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
Förderkennzeichen: 19U5027A
Projektkosten:Gesamtkosten: 4,0 Mio EUR
Davon Förderung: 1,6 Mio  EUR



MAN Lion´s City Hybrid
Technische Daten
Maße und Gewichte 
Länge x Breite x Höhe 11.950 x 2.500 x 3.150 mm
Radstand 5.875 mm
Leergewicht 12.460 kg
Zulässiges Gesamtgewicht 18.000 kg
Dieselmotor Reihensechszylinder MAN D0836 LOH  EEV, links stehend im Heck eingebaut (Turmbauweise in Verbindung mit Superbreitreifen an der Hinterachse), doppelte Turboaufladung und Ladeluftkühlung mit Zwischenkühlung, Common Rail-Direkteinspritzung, 4-Ventil-Technik, abgasarm nach EEV mit elektronisch geregeltem CRTec® Partikelfilter.
Hubraum6.871 cm³
Nennleistung 191 kW (260 PS) bei 2.300 U/min
Max. Drehmoment 1050 Nm bei 1.200 – 1.800 U/min
Generator PSM-Synchrongenerator mit 150 kW Ausgangsleistung
Fahrmotoren Zwei Asynchron-Elektromotoren mit je 75 kW Leistung, Antrieb über ein Summiergetriebe auf die Hinterachse.
Speichersystem  12 luftgekühlte Ultracap-Module mit je 24 Zellen, maximale Lade-/Entladeleistung von 200 kW, maximal 500 A Strom, Spannungsbereich von 400 bis 630 V, Energieinhalt ca. 0,4 kWh
Wechselrichter Pulswechselrichter in IGBT-Technik
NebenaggregateDC/DC-Bordnetzwandler im Motorturm eingebaut, rein elektrisch betriebener Klimakompressor sowie Lenkhilfpumpe

Fotos und Text:
MAN Truck & Bus Deutschland GmbH


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