ZF Traxon Hybrid, DAF XF105.460 12 Bilder Zoom

ZF Friedrichshafen: Hybridlösung für schwere Lkw

Der Automobilzulieferer ZF bietet jetzt auch eine Hybridlösung für schwere Lkw an. lastauto omnibus war mit einem entsprechend ausgerüsteten DAF XF 105.460 unterwegs.

Am Ende waren es exakt 50,24 Kilowattstunden (kWh), die die kompakte E-Maschine im Generatorbetrieb während der vierstündigen Fahrt in den Akku geschickt hatte. Viel? Wenig? Es kommt auf die Betrachtung an. Mit rund 50 kWh lassen sich 1.000 Glühbirnen gut eine Stunde lang speisen. Reichen würde diese Energie auch, um mit einem kleinen Pkw zwei Stunden lang mit 130 km/h über die Autobahn zu düsen. Selbst ein 40 Tonnen schwerer Lastzug könnte auf einer flachen Strecke rund eine halbe Stunde damit rollen.

Vier Kilowattstunden für 40 Tonnen Gesamtgewicht

So betrachtet sind die 50 kWh tatsächlich eine Menge Energie. Allerdings setzt sich diese Menge aus lauter kleinen Beträgen, die der Generator immer wieder beim Bremsen oder Rollen in die Batterien schickt. Und die fassen insgesamt "nur" vier kWh. Längstens jetzt stellt sich die Frage, was diese vier kWh einem Lkw mit 40 Tonnen Gesamtgewicht entgegensetzen können. Die gängigen Hybrid-Pkw erreichen schon Werte von 1,3 bis 2,7 kWh. Gerade des Speicherproblems wegen haben sich die wenigen Hybrid-Antriebsspezialisten generell erst mal um leichte Lkw für den Verteilerverkehr gekümmert. Hier sind schließlich nur 7,5 bis 12 Tonnen zu bewegen.

Aufgrund der häufigen Anfahrvorgänge versprach dies zudem eine Menge Dieseleinsparung, die sich tatsächlich auch einstellte. Der wesentliche Nachteil: Gemessen am Kaufpreis eines leichten Lkw gerät der Hybrid-Aufpreis recht hoch. Und: Trotz hoher prozentualer Einsparung (bis 30 Prozent) fallen die gesparten Beträge recht gering aus, weil die Fahrleistungen von Verteiler-Lkw eher gering sind und die Verbräuche auf relativ niedrigem Niveau liegen. So zumindest erklärt Ingenieur Stefan Wallner, Projektleiter für Hybridantriebe, warum sich ZF jetzt auch auf schwere Lkw konzentriert. Denn ein Hybridsystem für einen schweren Lkw gerät nur 10 bis 20 Prozent teurer als für einen leichten Lkw. Trotz geringerem prozentualen Einsparpotenzial – ein schwerer Lkw rollt schließlich in aller Regel über Fernstraßen – addieren sich die hohen Fahrleistungen und das insgesamt hohe Verbrauchsniveau von 30 bis 35 Liter zu ansehnlichen Beträgen, die mindestens das Doppelte eines Verteiler-Lkw erreichen. Damit wächst die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Hybridsystem überhaupt rechnet, deutlich. Der Preis wird sich letztlich an einer Amortisationsdauer von zwei, drei Jahren orientieren müssen. Gut 200 Kilogramm Nutzlastverlust kommen hinzu.

ZF setzt auf bekannte Bauteile

Bei dem Hybridsystem für schwere Lkw setzt ZF generell auf bekannte Bauteile wie im Verteilerverkehr und will sich auch hier als Systemlieferant behaupten. Einzig die Integration ins Fahrzeug ist Sache des Lkw-Herstellers. Die wichtigsten Bestandteile, also die 120 kW starke E-Maschine (eine permanent erregte Synchronmaschine), die Leistungselektronik und auch der Wechselrichter sind Entwicklungen von ZF, die Lithium-Ionen-Batterie (650 Volt) wird zugekauft. Damit der Lkw unabhängig vom Dieselmotor arbeiten kann, sitzt die Kupplung zwischen Diesel und E-Maschine, die auch die Synchronisierung beim Hochschalten übernimmt und dabei sogar das eine oder andere Watt in die Batterie schickt. Um die Wärmeentwicklung in den Griff zu bekommen, ist das komplette System wassergekühlt.

Die hohe Kunst eines solchen Hybridantriebs besteht darin, den Generator optimal zu steuern und – umgekehrt – den E-Motor optimal einzusetzen. Ein wesentlicher Unterschied zum Pkw-Hybrid besteht darin, dass sich die Leistungen der beiden Antriebe nicht addieren. Abhängig von der Gaspedalstellung ermittelt der Rechner die vom Fahrer gewünschte Leistung. Dann fällt die Entscheidung, welcher Antrieb wie viel Leistung für den Vortrieb liefert. Der positive Nebeneffekt: Sofern genug Reserven in der Batterie sind, lässt sich der Diesel genau im Bestpunkt betreiben, den Rest für den Vortrieb steuert der E-Motor zu, mal 40, mal 60 oder auch alle 120 kW. Eine Entnahme von 40 kW beispielsweise ist sechs Minuten lang möglich.

Befehl des Fahrers steht im Vordergrund

Generell stehen der Wunsch oder der Befehl des Fahrers im Vordergrund, sprechen nicht andere Parameter (etwa zu hohe Batterietemperatur) dagegen. Dies gilt auch im Schiebebetrieb, wo der Generator keineswegs auf volle Leistung geht, sondern nur so viel Strom generiert, dass der Lastzug noch recht leichtfüßig rollen kann. Damit unterstützt er eine vorausschauende Fahrweise. Auch rein elektrisch lässt sich der DAF XF105 bewegen. Hauptsächlich beim Anfahren oder umrunden von Kreisverkehren. 120 kW oder rund 1.000 Nm stehen bei Bedarf zur Verfügung, was aber bei 40 Tonnen Gesamtgewicht eine etwas zögerliche, gewöhnungsbedürftige Beschleunigung zur Folge hat. Wer es eiliger hat, der schaltet per Kickdown den Diesel zu. Insgesamt ist es recht erstaunlich, wie die Strategie mit der bescheidenen Akku-Kapazität haushaltet. 

Auf einem Laptop im Fahrerhaus lässt sich dies wunderbar verfolgen. Ein "Analoginstrument" zeigt Stromproduktion und Stromentnahme auf einer Skala von –120 kW bis +120 kW an, ein Balkendiagramm informiert über die gespeicherte Energie und ganz rechts steht eine Zahlenkolonne mit einigen errechneten Werten. Dabei auch die eingangs erwähnten 50,24 kWh, aber auch zwei interessantes Zahlen zum Dieselverbrauch. Einmal der tatsächliche Wert, einmal der Wert, der ohne elektrische Unterstützung angefallen wäre. Die Differenz: 6,59 Liter oder 8,16 Prozent. Eingefahren auf einer topografisch gemischten Strecke mit Autobahnen und Land- beziehungsweise Bundesstraßen.      

In Modellrechnungen geht ZF davon aus, dass ein Hybridantrieb im 40-Tonner fast nichts spart, wenn er leer über flache Strecken rollt, aber auf vier, fünf oder auch sechs Prozent Diesel-Einsparung kommt, wenn die Fuhre beladen und im typischen Fernverkehrseinsatz unterwegs ist. Für einen Systemanbieter wie ZF lässt sich das Thema Hybrid im schweren Lkw durchaus noch etwas ausbauen. Etwa mit einer automatischen Schaltung, welche die Topografie kennt. Denn dann könnte die Strategie für Stromerzeugung und Stromverbrauch weiter optimiert werden oder auch helfen, die eine oder andere Schaltung in Steigungen gezielt zu vermeiden.

Hybridantrieb ist Teil des Getriebekonzepts Traxon

Der Hybridantrieb ist Teil eines neuen Getriebekonzepts, das ZF vor zwei Jahren angekündigt hat. Dabei handelt es sich um eine neue Generation von automatisierten Schwer-Lkw-Getrieben – Produktname Traxon – und die Nachfolger der heutigen AS-Tronic-Getriebe. Ausrüsten lassen sich diese Getriebe mit verschiedenen Modulen. Dazu zählen das Hybridmodul, ein Schwerlastmodul mit hydraulischer Kupplung oder auch ein Doppelkupplungsmodul. Vermutlich auf der IAA 2012 werden diese Getriebe ihre Premiere erleben. Bis das Hybridmodul einsatzbereit ist vergehen aber noch vier, fünf Jahre Feinarbeit. Doch schon jetzt funktioniert es erstaunlich gut und überrascht den Fahrer mit einer fast tadellosen Integration ins Geschehen.

Autor

Foto

Karl-Heinz Augustin, ZF

Datum

6. Juli 2012
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