Hybrid-Antrieb

Hybridantrieb bezeichnet allgemein die Kombination verschiedener Antriebe für eine Antriebsaufgabe. Der Antrieb ist also hybrid.

Ein „Hybridfahrzeug“ hingegen ist nach UNO-Definition ein Fahrzeug, in dem mindestens zwei Energieumwandler und zwei im Fahrzeug eingebaute Energiespeichersysteme vorhanden sind, um das Fahrzeug anzutreiben. Energiewandler sind beispielsweise Elektro-, Otto- und Dieselmotoren, Energiespeicher sind beispielsweise Batterie oder Kraftstofftank. Es wurden aber auch andere Kombinationen realisiert, z. B. Stirlingmotor mit hydraulischem Abtrieb und pneumatischem Akkumulator.[1]

Eine ausführliche technische Definition erarbeitet die WIPO, in der die Patentämter der Mitgliedsstaaten Definitionen zur Klassifikation der eingereichten Patente erarbeiten. Die aktuellen Unterscheidungsmerkmale stellt beispielsweise das deutsche Patent- und Markenamt zur Verfügung[2].

Die einzelnen Motoren im Hybridantrieb können unterschiedlich zusammenarbeiten, parallel, dann wirken die Antriebe gleichzeitig auf den zu bewegenden Teil, oder seriell, dann wirkt nur ein Antrieb unmittelbar auf den zu bewegenden Teil, während der andere nur Leistung bereitstellt, die umgewandelt, dem direkt wirkenden Antrieb zugeführt wird. Auch Mischformen sind möglich.

In Straßenfahrzeugen wie Pkw, Lkw und Bussen wird der Hybridantrieb auch als Hybridmotor bezeichnet. Im engeren Sinne sind Hybridmotoren jedoch nur Verbrennungsmotoren, die Merkmale von Diesel- und Ottomotoren aufweisen.

Inhaltsverzeichnis

Hybridfahrzeuge

Die aktuell stark thematisierten Hybridelektrokraftfahrzeuge sind Hybridfahrzeuge entsprechend der UNO-Definition. In ihnen werden meist parallele oder leistungsverzweigte Anordnungen von Verbrennungsmotor und Elektromotor eingesetzt. Leistungsverzweigte Hybridantriebe enthalten neben dem Verbrennungsmotor eine Kombination zweier elektrischer Maschinen, die als Generator und Motor und so als elektrisches Getriebe arbeiten. Ein Teil der Leistung des Verbrennungsmotors wird dann mechanisch auf die Antriebsräder übertragen, ein weiterer Teil der Leistung wird über die als elektrisches Getriebe arbeitende Motor-Generator-Kombination auf die Räder übertragen. Kombinierte Hybridantriebe lassen sich mittels einer (automatisch betätigten) Kupplung zwischen dem parallelen Betrieb und dem seriellen Betrieb umschalten. Als zweiten Energiespeicher werden meist Akkumulatoren eingesetzt. Es wurden aber als sogenannter Gyrobus schon Konzepte verwirklicht, beispielsweise mit Schwungscheiben als Speicher kinetischer Energie.

Bivalente Antriebe

Bivalente Antriebe sind in der Lage, in einem Motor zwei unterschiedliche Kraftstoffe zu verbrennen. Motivation ist die Nutzung alternativer Kraftstoffe wie Erd-, Biogas, Flüssiggas und zukünftig Wasserstoff in Fahrzeugen, die weiterhin auch mit Benzin fahren können, bzw. der Antrieb mit dem alternativen Kraftstoff Pflanzenöl in Dieselfahrzeugen, die nicht immer einen Kaltstart mit Pflanzenöl erlauben. Solche Fahrzeuge sind keine Hybridfahrzeuge. Weit verbreitet ist vor allem der Einbau von Autogasanlagen.

Muskelkraft und Elektroantrieb

Hybridfahrrad – Muskelkraft und Elektroantrieb

Elektroräder sind Fahrräder mit zusätzlichem Elektromotor und werden variabel von Muskelkraft und Elektromotor angetrieben, sie besitzen parallele Hybridantriebe. Das Antriebssystem Bionx erlaubt Bremsenergierückgewinnung.[3]

Einen parallelen Hybridantrieb bestehend aus einem Elektromotor und einem Pedalantrieb gibt es sogar bei einem kleinem PKW, dem TWIKE.

Busse

Hybridbusse werden von verschiedenen Verkehrsunternehmen in Nordamerika und Europa eingesetzt. Mit dem Hybridlinienbus Urbino 18 Hybrid hat Solaris Bus & Coach 2006 den ersten europäischen Bus mit serienmäßiger Hybridtechnologie vorgestellt.

Schienenfahrzeuge

Dieselelektrische Schienenfahrzeuge und Mehrsystemfahrzeuge, die in unterschiedlichen Netzen betrieben werden können, sind keine Hybridfahrzeuge nach UN-Definition, da sie nur einen oder keinen Energiespeicher an Bord haben. Dieselelektrische Lokomotiven mit leistungsfähigen elektrischen Pufferspeichern, die in bestimmten Situationen zur deutlichen Verbesserung der Fahrleistungen führen und zurückgewonnene Bremsenergie zum späteren Antrieb speichern, werden aber von Railpower und GE angeboten. JR East will Brennstoffzellen mit Lithium-Batterien kombinieren und testete 2003 erfolgreich einen hybrid, dieselelektrisch angetriebenen Triebwagen. Dies sind serielle Hybridantriebe.

Die SNCF in Frankreich besitzen mit den Reihen B 81500 und B 82500 auch Hybridtriebwagen für den Regionalverkehr. Letztere können dabei neben dem Dieselantrieb zusätzlich zwei verschiedene Fahrleitungsspannungen nutzen, sind also Hybrid- und Mehrsystemfahrzeug zugleich.

Zudem existieren vor allem im Straßenbahnbereich Fahrzeuge, die ihre elektrische Antriebsenergie sowohl aus einer Fahrleitung als auch aus einem Generator beziehen können, der durch einen Dieselmotor angetrieben wird. Als Beispiel seien hier die Wagen des Typs Siemens Combino Duo der Straßenbahn Nordhausen genannt, daneben existieren weitere Fahrzeuge bei anderen Verkehrsbetrieben vorwiegend als Arbeitsfahrzeuge.

Wasserfahrzeuge

Verbrennungsmotor und Elektroantrieb

Auch Wasserfahrzeuge werden oft dieselelektrisch angetrieben, ohne elektrischen Energiespeicher oder als Hybridantrieb mit Akkumulatoren. Die niederländische „Halve Maen“ wird von Solarzellen und dieselelektrisch angetrieben, die Elektromotoren können auch ausschließlich aus den eingebauten Akkumulatoren gespeist werden.

Verbrennungsmotor und Windkraft

Eine weitere Hybridform sind Schiffe, die sowohl die Antriebskraft von Motoren als auch die Windenergie nutzen.

  • Ein aktuelles Beispiel ist der vollautomatischen Zugdrachenantrieb der Firma SkySails in Ergänzung zum Schiffsdiesel. Ein System, das von der Bremer Reederei Beluga Group erprobt wird.
  • Eine weiteres Beispiel ist der Flettner-Rotor, wie ihn der Windkraftanlagenherstellers Enercon in seinen Transportschiff „E-Ship“ einsetzt.
  • In den 80-er Jahren experimentierte eine japanische Reederei mit 17 Frachtschiffen, die mit Hilfssegeln aus Aluminium ausgestattet waren.[4]

In allen Fällen soll Kraftstoff gespart werden.

Historische Kombination: Windkraft und Dampfmaschine

Robert Fultons 1807 gebauter Raddampfer North River Steam Boat (von späteren Generationen allgemein Clermont genannt) war auch mit Segeln bestückt. Jahrzehntelang waren die Dampfer Hybridfahrzeuge, die immer noch über klassische Segel verfügten. Erst 1889 wurde mit dem von Alexander Carlisle (dem späteren Chefdesigner der Olympic-Klasse) konstruierten 20 Knoten schnellen White Star Liner Teutonic der erste Hochsee-Dampfer ohne jegliches Segel in Dienst gestellt.

U-Boot-Antrieb

U-Boote werden traditionell mit einem Hybridantrieb aus Dieselmotoren, Bleiakkumulatoren und Elektromotoren angetrieben. Ein besonderer Hybridantrieb ist in der U-Boot-Klasse 212 verbaut, er integriert zusätzlich eine Wasserstoff-Brennstoffzellenanlage.

Hybridrakete

Hybridraketen werden durch chemische Reaktion flüssiger und fester Stoffe angetrieben.

Flugzeuge mit Mischantrieb

Mischantrieb ist der Antrieb von Flugzeugen mit einer Kombination aus unterschiedlichen Antriebsformen, z. B. Kolbenmotor mit Propeller und Strahltriebwerk.

Baumaschinen

Bei Baumaschinen gibt es beispielsweise elektrische Hybridantriebe mit elektrischer Maschine die situationsabhängig als Motor oder Generator arbeitet, einer Batterie zur Zwischenspeicherung der elektrischen Energie und der Leistungselektronik, sowie den konventionellen Einheiten wie Getriebe, Hydraulikanlage und Dieselmotor.

Maschinenbau

Im Maschinenbau gibt es vielfältige Hybridantriebe, wie den Hochlast-Präzisionsversteller mit Hybrid-Antrieb, der Piezoantrieb und Spindelantrieb verbindet und somit große Verfahrwege mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich erlaubt.

Quellen

  1. Martin Werdich: Stirling-Maschinen. ISBN 3-922964-35-4, S. 101
  2. Klasse B60K 6/42: Struktur des Hybridelektrofahrzeugs
  3. http://www.efs-bs.ch/bionx/Technologie.html
  4. Thomas Lang: Hybrid Zukunft, die schon heute fährt. HEEL Verlag GmbH, Königswinter 2007, ISBN 978-3-89880-825-5, Seite 31.

Siehe auch

Weblinks


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