Mit ELCH zum lokal emissionsfreien Reisebus

RPTU bringt Expertise in Aerodynamik und Leichtbau ein.

Daimler Buses hat zusammen mit renommierten Partnern das Vorhaben „ELCH“ (Electrified Coach) gestartet. Ziel ist es, praxisgerechte und wirtschaftliche vollelektrisch angetriebene Reisebusse zu entwickeln. Der ganzheitliche Ansatz bezieht alle Aspekte vom Energieverbrauch bis zur Fertigung ein.

Die Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) befasst sich mit zwei Projektbausteinen, die für den Energieverbrauch und damit auch die Reichweite des Fahrzeugs entscheidend sind: Der aerodynamischen Optimierung der Außenhülle sowie der Gewichtsoptimierung durch neue Leichtbaukonzepte. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.

Stadtbusse mit vollelektrischem Antrieb, wie der Mercedes-Benz eCitaro, gehören inzwischen zum gewohnten Straßenbild in vielen deutschen und europäischen Städten. Anders elektrisch angetriebene Reisebusse. Ihre Entwicklung ist ungleich schwieriger, sind doch für den Einsatz in der Praxis zahlreiche hohe Hürden zu überwinden. Unabdingbar und teils gegensätzlich sind Anforderungen an große Reichweite im Fernverkehr, Flexibilität im Einsatz, Zwischenladungen für Batterien, hohe Zuladung und der Raumbedarf für Fahrgäste und Gepäck. Bisher ist es noch keinem Bushersteller gelungen, einen batterieelektrischen Reisebus zu entwickeln, der praxistaugliche Reichweiten und Verfügbarkeit für ein breites Spektrum der Einsatzbedingungen abdeckt.

Daimler Buses geht diese Aufgabe an und plant ab dem Ende dieses Jahrzehnts mit seinen Marken Mercedes-Benz und Setra vollelektrisch angetriebene Reisebusse anzubieten. Zur Beschleunigung der Entwicklung hat sich das Unternehmen mit renommierten Forschungsinstituten und Praktikern aus der Branche zum Projekt ELCH zusammengeschlossen. Ziel des Kooperationsprojekts ist die Entwicklung eines modular aufgebauten Antriebsstrangs einschließlich zweier emissionsfreier und praxisgerechter Demonstrations-Fahrzeuge in den kommenden vier Jahren. Sie werden im Anschluss unter realen Einsatzbedingungen erprobt.

Ziel: praxisgerechte und wirtschaftliche vollelektrisch angetriebene Reisebusse

Die Akzeptanz der Technologie hängt maßgeblich von deren Eignung in der Praxis ab. Sie wird im Vorhaben erstmals systematisch erfasst und dient als Referenzmaß für die Auslegung der Antriebsstränge. Der Bauraum der Fahrzeuge soll so weit wie möglich den heutigen Dieselbussen entsprechen. Außer deren Reichweite sind der Erhalt von Fahrgastkapazität inklusive der Zuladung für das Reisegepäck wichtige Voraussetzungen für den Erfolg von E Reisebussen. Neben dem Antriebsstrang und der Batterietechnologie messen die Projektpartner den Themen Aerodynamik und Leichtbau eine wesentliche Rolle bei.

Hier kommt die RPTU ins Spiel. Forschende am „Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungsmaschinen“ (SAM, Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Böhle) untersuchen mittels moderner Simulationsmethoden und Experimenten im Windkanal, wie sich der Luftwiderstand der Außenhülle des Busses reduzieren lässt.

Parallel beschäftigt sich das „Institute for Mechanical and Automotive Design“ (iMAD, Leitung: Prof. Dr.-Ing. Roman Teutsch) mit Leichtbaukonzepten, um das zusätzliche Gewicht der Batterien und anderer elektrischer Komponenten auszugleichen. Dabei nutzen die Forschenden innovative Methoden, wie etwa die computergestützte Topologie-Optimierung, zur Ermittlung leichtbauoptimierter Strukturen in den verschiedenen Fahrzeugbaugruppen.

Beide Themenfelder haben einen maßgeblichen Einfluss auf den Energieverbrauch und damit auch die Reichweite des elektrifizierten Reisebusses. „Als Technische Universität verstehen wir uns als Wegbereiter für den technologischen Fortschritt. Daher freuen wir uns, unser Expertenwissen in den Disziplinen Leichtbau und Aerodynamik ins Projekt ELCH einzubringen und so zur Entwicklung zukünftiger Fahrzeuggenerationen beizutragen“, unterstreichen die Professoren Böhle und Teutsch.

Ganzheitlicher Ansatz: vom Energieverbrauch bis zur Fertigung

Weitere Forschungsaufgaben betreffen die Wirtschaftlichkeit der resultierenden Fahrzeugkonzepte aus Sicht der Betreiber. Es gilt, diese zu bewerten und in der Konzeptdefinition zu berücksichtigen. Ziel ist es, kosteneffiziente Konzepte für einzelne Fahrzeuge und ganze Flotten von elektrisch angetriebenen Reisebussen für die verschiedenen Einsatzprofile zu identifizieren.

Dabei verfolgen die Partner im Projekt einen ganzheitlichen Ansatz. Zunächst wird in einer Konzeptphase im Modellversuch ein modular aufgebauter Antriebsbaukasten mit Blick auf Energieverbrauch, Reichweite, Fahrleistung und Batterielebensdauer untersucht. Dabei werden Synergien zu Komponenten aus dem Lkw-Bereich von Daimler Truck beachtet.

In die Ergebnisse fließen im zweiten Schritt Faktoren, wie die Gesamtkosten, Umweltwirkung und die mögliche Integration in bestehende Betriebskonzepte von Busunternehmen, ein. Auf Basis der Konzeptbewertung werden sodann zwei Prototyp-Antriebsstränge entwickelt und in Demonstrator-Fahrzeuge integriert. Damit erfolgt eine Erprobung unter realen Einsatzbedingungen.

Die Erkenntnisse aus dem Aufbau der Demonstrationsfahrzeuge bilden die Grundlage für die Planung kostengünstiger Produktions- und Montageprozesse elektrisch angetriebener Reisebusse. Dies ermöglicht in Kombination mit dem modular aufgebauten Produktansatz einen schnellen Produktionsanlauf.

Projektpartner: Forscher und Praktiker arbeiten Hand in Hand

Koordinator des öffentlich geförderten Projekts ist Daimler Buses. Neben der RPTU zählen zu den Projektpartnern ebenso das Karlsruher Institut für Technologie (ITIV – Institut für Technik der Informationsverarbeitung), die Universität Mannheim (MISES – Mannheim Institute for Sustainable Energy Studies) und der Betreiber Flix SE. Der enge Schulterschluss der beteiligten hochkompetenten Projektpartner sichert – unterstützt durch die öffentliche Hand – eine ebenso rasche wie praxisgerechte Entwicklung auf dem Weg zum vollelektrisch angetriebenen Reisebus.

Das Projekt ELCH wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Das zugehörige Förderkennzeichen lautet: 01MV22010.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Roman Teutsch
Institute for Mechanical and Automotive Design (iMAD)
Tel.: +49 631 205-3221
E-Mail: r.teutsch@rptu.de

Prof. Dr.-Ing. Martin Böhle
Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungsmaschinen (SAM)
Tel.: +49 631 205-2769
E-Mail: boehle@rptu.de

http://www.rptu.de