Die richtige Kombination macht´s

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Seit - Jahren schon ist Proton Motor gezielt im Nutzfahrzeugmarkt unterwegs. NeuesteBeispiele sind ein Bus und eine Kehrmaschine.

30. November 2009

»Für mich geht der Trend ganz klar hin zu Hybrid-Systemen, vor allem mit der Triple-Hybrid-Technologie«, sagt Thomas Melczer, Geschäftführer von Proton Motor. Sie basiert auf der Brennstoffzelle (BZ), ist aber mit einem Batterie- und einem Ultrakondensator-System gekoppelt. Die Batterien dienen der Speicherung von Energie, um diese für höhere Leistungen über mehrere Minuten bereitstellen zu können.

Die Kondensatoren sind für kurze Leistungsspitzen im Sekundenbereich gedacht und damit insbesondere für die Energierückgewinnung beim Bremsen. Diese Energie lässt sich als ›Boost‹ beim Anfahren im städtischen Start-Stopp-Betrieb einsetzen oder den Batterien zuführen. Zusätzlich muss ein Triple-Hybrid mithilfe eines intelligenten Energie-Managementsystems gesteuert werden. »Solche Sys-teme haben wir für Nutzfahrzeuge vor allem im städtischen Flottenbetrieb selbst entwickelt, erprobt und eingesetzt.«

Hybrid-Fahrzeuge haben laut Melczer einige Vorteile gegenüber rein batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen: Höhere Reichweite und längere Tagesfahrleistung, da das Nachladen während des Tages nicht zwingend notwendig ist. »Bei Nutzfahrzeugen mit Gewichten über drei Tonnen ist selbst die Versorgung im Großstadtfahrtbereich mit reinem Batteriebetrieb kaum möglich«, erklärt er weiter.

Energieeinsparung von 50%

Batterien seien derzeit auch noch teuer und groß. Im Vergleich dazu haben Brennstoffzellen-Systeme ein geringeres Gewicht. »Fünf Kilowatt Brennstoffzellen Range-Extender ersetzen bei einer Acht-Stunden-Schicht 40 Kilowattstunden elektrische Energie. Dies entspricht einer Batteriemenge und Gewicht von über 500 Kilogramm, wenn man die Lithium-Ionen-Batterie zugrunde legt.« Range-Extender und Tank für acht Stunden würden dagegen unter 200kg wiegen. Es gehe nicht um ein Entweder-Oder, so der Geschäftsführer. »Wir müssen alle Technologien optimal kombinieren.«

Ein Beispiel für den Einsatz von Triple-Hybrid ist der weltweit erste Linienbus mit diesem System, den das Unternehmen aus Puchheim bei München gemeinsam mit Škoda Electric und dem UJV Nuclear Research Institute entwickelt hat. UJV, eine Forschungseinrichtung der Tschechischen Republik, übernahm die Projektkoordination. Das Fahrzeug ist seit Mitte 2009 im Raum Prag unterwegs.

Die Technologie ermöglicht eine Energieeinsparung von über 50% gegenüber konventionellen Diesel-Bussen. Das Basisfahrzeug ist ein 12-m-Standardbus mit 18t zulässigem Gesamtgewicht. Die Nennleistung des Antriebs liegt bei 120kW oder 163PS. Mit einer Höchstgeschwindigkeit von 65km/h beträgt der Aktionsradius im Stadtverkehr mehr als 250km pro Tankfüllung. Der Bus wird mit 20kg gasförmigem Wasserstoff bei 350bar betankt.

Ein weiterer Prototyp eines Nutzfahrzeuges reinigt derzeit Basels Straßen. Unter dem Namen Hy.muve haben sich mehrere Partner unter Leitung der Schweizer Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa zusammengeschlossen. Sie haben das erste brennstoffzellenbetriebene Kommunalfahrzeug entwickelt. Proton Motor lieferte als Partner den BZ-Antrieb.

Das Basisfahrzeug ist eine Kompaktkehrmaschine des Schweizer Herstellers Bucher Schörling 4,38m lang sowie mit 4,5t zulässigem Gesamtgewicht. Die Nennleistung der BZ liegt bei 20kW oder 27PS. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 40km/h.

»Wir kommen nach ersten Ergebnissen mit einer Tankfüllung Wasserstoff auf einen Acht-Stunden Betrieb – sprich wir decken eine Schicht ab«, so Melczer. Dann müsse das Fahrzeug betankt werden. Das dauere fünf Minuten. Die Kehrmaschine fährt mit 6,5kg gasförmigem Wasserstoff. Die Wasserstoffspeicherung erfolgt in Druckgasflaschen, die hinter der Fahrerkabine untergebracht sind.

Für das Antriebskonzept ersetzten die Entwickler den konventionellen Dieselmotor durch ein Brennstoffzellen-/Batteriesystem und den hydraulischen Fahrantrieb sowie die Arbeitshydraulik durch elektrische Antriebe. Große Herausforderungen bei der Entwicklung seien etwa mechanischer Stress, Verschmutzung und ein sehr kleiner Einbauraum gewesen.

Kooperation mit Integratoren

Während der 18-monatigen Praxiserprobung in mehreren Schweizer Städten wird das Betriebs- und Alterungsverhalten unter Alltagsbedingungen getestet. »Wenn sich das Konzept durchsetzt, kann sicher ein optimiertes Fahrzeug als nächste Generation entwickelt werden, das eine optimale Integration des Systems ermöglicht«, blickt Melczer in die Zukunft. Nicht nur in solchen Kooperationen, sondern allgemein verstärkt mit Integratoren zusammenzuarbeiten, ist die künftige Strategie des Unternehmens: »Ich vergleiche uns mit einem Motorenhersteller. Wir liefern das Antriebssystem und der Integrator baut es ein. Das heißt, Proton Motor liefert Pakete mit definierter Leistung wobei wir den Partnern beratend zur Seite stehen.« Ein solches Paket liefere dann beispielsweise 50kW und enthalte die zum Betrieb erforderlichen Peripheriekomponenten.

Die Aufgabe seines Unternehmens sieht Melczer dabei in Entwicklung, Zulieferung sowie Beratung der Partner. »Wir brauchen starke Partner. Das Engineering und Design wollen wir nicht aus der Hand geben. Aber wir können uns nicht an jedem Einzelprojekt beteiligen, sondern wollen unsere Partner ertüchtigen, dies verstärkt selber zu übernehmen.« Auf Dauer strebt das Unternehmen auch die Industrialisierung seiner Produkte an. Darauf vorbereitet hat es sich schon: So zeichnete TÜV Süd den neuen Stack PM200 mit einem Brennstoffzellen-Prüfsiegel aus, das für Sicherheit und technische Reife steht.

Serienproduktion in Sicht

Die Puchheimer haben den Stack mit derzeit maximal 8kW Leistung speziell für die Serienfertigung und einfachere Wartung weiterentwickelt: Die Bestandteile können automatisiert zusammengesetzt und einzeln leicht ausgetauscht werden. »Zusammen mit Zulieferern entwickelten wir auch andere Konzepte. Insgesamt sind wir mit dem Stack sehr zufrieden«, sagt Melczer.

Einen weiteren Schritt in Richtung Serienfertigung hat Proton Motor im Mai unternommen, durch Abschluss eines Kooperationsvertrags mit der Deutschen Mechatronics als Fertigungspartner. Dort sollen die PM200-Stacks in Kürze hergestellt werden. Anfangs testen die Puchheimer die BZ-Systeme noch selbst. Später soll diese Arbeit ebenfalls der Fertigungspartner übernehmen.

Geplant ist, die Kapazität bei Einschichtbetrieb sukzessive auf 5.000 Einheiten pro Jahr auszubauen. Im Dezember starte erst einmal ein 1.000-Stack-Programm, so Melczer. Auf zwei Jahre ausgelegt laufe die Produktion der Stacks noch manuell, aber die Herstellung der drei Hauptkomponenten könne dann automatisiert oder teilautomatisiert erfolgen.

»Diese Stückzahlen von 1.000 Stacks sind meist noch für Förderprojekte gedacht.« Aber bei einer Produktion von 5.000 Stück sei man im Bereich der Marktreife angekommen. Und das könne ganz schnell gehen. Je nachdem, was die Kunden wollen, könne das schon in zwei bis drei Jahren der Fall sein. (mwi)

Interview

bzm: Momentan gibt es einen ziemlichen Hype um die batteriegestützte Elektromobilität. Gerät die BZ-gestützte Elektromobilität da nicht ins Hintertreffen?

Nein, da eins das andere nicht ausschließt. Elektromobilität wird gute Batterien wie auch Brennstoffzellen-Systeme brauchen, um eine alltagstaugliche Lösung für den Anwender sicherzustellen.

bzm: Inwieweit profitiert die BZ sogar von dem Elektro-Hype?

Sie profitiert durch das starke Interesse an Elektrofahrzeugen und durch vorzeigbare Lösungen, die beide Systeme kombinieren: Fahrzeuge mit Batterie und Brennstoffzelle. Auch das seit einigen Jahren immer stärker werdende Diesel-Hybridgeschäft führt dazu, dass viele Fahrzeughersteller nun elektrische Antriebsstränge im Programm haben eine essentielle Voraussetzung für Brennstoffzellenantriebe.

bzm: Neben Ihrem Konzept, das BZ-System verstärkt als Range-Extender einzusetzen, wollen Sie die Fahrzeuge sozusagen auch als ›rollende Steckdose‹ nutzen. Gibt es schon Interessenten?

Wir sind hier in Gesprächen mit möglichen Anwendern im Bereich der Stadtreinigung wie auch für allgemeine Wartungseinsätze. Der Kunde erspart sich die Mitnahme eines portablen Stromgenerators und erzeugt die benötige Energie zudem noch ohne Lärm und Emissionen aus dem Fahrzeugsystem.

bzm: In Prag fährt der Triple-Hybrid-Bus, den Sie zusammen mit Škoda entwickelt haben. Warum haben Sie sich am Projekt beteiligt?

Hier wollten wir unser Know-how nutzen und weiter ausbauen. Wir haben weltweit das erste Dreifach-Hybrid System eingesetzt und können nun wertvolle Erfahrung sammeln.

bzm: Mit dem Fährschiff in Hamburg sind Sie schon weiter. Wie läuft es hier?

Wir setzen große Erwartungen in den maritimen Bereich. Das Schiff läuft zuverlässig und hat uns wertvolle Erfahrungen gebracht. Der Weiterbetrieb in den Jahren nach Ablauf des Projektes im April 2010 wird vom Projektkonsortium angestrebt. Uns liegen einige Anfragen nach vergleichbaren Schiffen zum Einsatz unter anderem in geschützten Gewässern vor.

bzm: Was planen Sie noch in naher Zukunft?

Wir gehen gerade den Bereich Backup Power an. Basis ist wie auch im mobilen Bereich unser PM200-Stack. Wir wollen über einen modularen Ansatz in verschiedenen Applikationen mit dem gleichen System erfolgreich sein.

bzm: Was sind noch Herausforderungen für die Marktfähigkeit der BZ?

Die Zuverlässigkeit muss bewiesen sein und der Preis muss stimmen. Die Politik sollte neben der Investitionsförderung die Betreiberförderung anstreben, etwa über gedeckelte Wasserstoffpreise. Dies schafft eine sichere Kalkulationsbasis für den Betreiber und Investor. (mwi)

Erschienen in Ausgabe: 04/2009