Nachhaltigkeit
Wettlauf um die E-Mobilität
Noch dominieren die konventionellen Verbrennungsmotoren den Verkehr der Welt. Doch die Wende hin zu alternativen Antrieben ist bereits eingeläutet. Und Technologien von Voith tragen dazu bei, dass auf der Straße, der Schiene und in maritimen Anwendungen beim Umstieg auf eine umweltfreundliche Mobilität die Effizienz nicht ins Hintertreffen gerät.
„Die Zukunft der Automobilindustrie ist elektrisch.“ Vielleicht werden Historiker diesen Satz Joe Bidens, den der amerikanische Präsident im Mai 2021 beim Besuch eines Ford-Werks äußerte, eines Tages als einen Meilenstein für die Entwicklung der E-Mobilität sehen. Rund 174 Milliarden Dollar will die US-Regierung in den kommenden Jahren in die Entwicklung dieses Segments investieren. Ziel der Initiative ist es, die USA neben China als Treiber der Mobilitätswende zu platzieren. Denn zurzeit liegen 80 Prozent der Produktionskapazitäten für Akkus, die in Elektroautos verwendet werden, im Reich der Mitte. Daneben setzt China verstärkt auf die Brennstoffzelle und hat mit der Verabschiedung des jüngsten Fünfjahresplans im Jahr 2021 die Förderung von Wasserstoff offiziell in seine nationalen Entwicklungspläne aufgenommen.
Für die Konsequenzen dieser Aussage muss man keine Kristallkugel befragen: In den kommenden Jahren werden sich die beiden stärksten Wirtschaftsmächte der Welt ein Wettrennen um die Vorherrschaft im Bereich E-Mobilität liefern.
Genauso unzweifelhaft: In unserer global aufgestellten Wirtschaftswelt werden von diesem Wettlauf nicht allein Unternehmen profitieren, die in den USA oder China ihre Heimat haben. Jeder Konzern, der schon heute seine Hausaufgaben in diesem Segment gemacht hat und Technologien anbietet, die aus Strom emissionsfreie oder zumindest emissionsarme Fortbewegung machen, wird sich in den kommenden Jahren über wachsende Nachfrage freuen.
Mit seinem in den letzten Jahren initiierten Produktinnovationsfeuerwerk gestaltet Voith Turbo als Global Player in verschiedenen Bereichen der Antriebstechnik sowie bei der Entwicklung neuer Mobilitätskonzepte diesen Transformationsprozess maßgeblich mit. Der Technologiekonzern kann seinen Kunden bereits heute E-Mobilitäts-Lösungen anbieten – und das in allen Bereichen, in denen Voith Turbo seit Jahrzehnten zuhause ist: auf der Straße, der Schiene und in maritimen Anwendungen.
Emissionsfrei auf der Straße
VEDS
Hohe Leistungsverfügbarkeit und lange Reichweiten lassen die Nachfrage nach dem E-Motor-System von Voith steigen.
Einer der Hot Spots solcher Gespräche liegt im Bereich ÖPNV, wo immer mehr Kommunen ihren Busbetrieb auf E-Mobilität umstellen. So will die Metropolitan Transportation Authority in Los Angeles bis 2030 ihre Linien ausschließlich mit E-Bussen betreiben. In Shenzhen ist das bereits Realität. Hier befördern mehr als 16.000 E-Busse jeden Tag die Bewohner der Stadt mit ihren 13 Millionen Einwohnern. Alexander Denk, Vice President PM E-Mobility bei Voith Turbo, kann diese Reihe mühelos fortsetzen: „In den Niederlanden sehen neue Ausschreibungen ausschließlich E-Antriebe vor. Konventionelle Verbrenner bleiben außen vor.“ Auch in den skandinavischen Ländern gäbe es kaum noch andere Ausschreibungen. Ebenso will Chile bis 2040 den städtischen Nahverkehr komplett auf Busse mit Stromantrieb umgestellt haben.
Denk sieht daher ein großes Potenzial für das Voith Electrical Drive System (VEDS), das neue leistungsstarke Elektromotorkonzept für Solo- und Gelenkbusse oder Doppeldecker. „Beim VEDS haben wir einen ganzheitlichen Ansatz verfolgt“, erklärt Denk. Alle Komponenten sind optimal aufeinander abgestimmt – angefangen bei der Hardware wie Elektromotor, Traktionsumrichter und Hochvoltverteilung bis zu Fahrsteuerung und Energiemanagement. Das gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit des Systems. Außerdem macht dies eine besonders kompakte Bauweise möglich, was wiederum die Integration in ein Fahrzeug erleichtert. Auch beim Einsatz in durchgehend barrierefreien Niederflur-Bussen ist das VEDS daher der perfekte Antrieb für die Mobilitätswende. „Es gibt nur wenige große Bushersteller, die ihre Fahrzeuge mit eigenen Systemen ausstatten. Mit dem Systemansatz des VEDS helfen wir daher den vielen kleinen Herstellern beim Umstieg auf die Elektromobilität. Die großen Hersteller, die ein eigenes Energiemanagement inklusive Nebenverbraucher-Konzept entwickelt haben, können von Voith auch nur den E-Motor und Umrichter beziehen. Durch diesen flexiblen Ansatz haben wir für jeden das passende Angebot“, betont Denk. Diese Philosophie ermöglicht, dass das System die Energie von Batteriesystemen unterschiedlichster Hersteller nutzen kann. „Auch der Anschluss an eine Brennstoffzelle ist kein Problem“, ergänzt Denk.
Die ersten Kunden von Voith sind bereits dabei, ihre Flotte auf VEDS umzustellen. Beispielsweise hat der nordirische Bushersteller Wrightbus Voith als exklusiven Partner zur Lieferung des elektrischen Antriebssystems für die neue Generation seiner batterieelektrischen und Brennstoffzellen-Busse in Europa ausgewählt. Translink, der Betreiber der Busse, plant, dass bis 2040 seine komplette Flotte emissionsfrei unterwegs ist. Auch der schottische Bushersteller Alexander Dennis Limited (ADL) hat angekündigt, noch in diesem Jahr seinen ersten Wasserstoff-Doppeldeckerbus mit VEDS Antrieb auf die Straßen zu bringen.
„Wir wollen den hauseigenen Entwicklungen der Hersteller nicht im Wege stehen“, so Denk. „Daher können sie auf Wunsch auch nur einzelne Komponenten des Systems von uns erhalten. Wir bieten unseren Kunden die maximale Flexibilität. Nur Motor und Umrichter bilden für uns eine feste Einheit.“ Denn diese beiden Komponenten sind entscheidend für die hohe Effizienz des VEDS, die auch bei herausfordernden Fahrzyklen für hohe Leistungsverfügbarkeit und lange Reichweiten sorgt. Und das nicht nur im Stadtverkehr. Denn Voith bietet das System auch in einer leistungsstärkeren Version an, deren Wirkungsgrad für Einsätze im Überlandbusverkehr optimiert ist.
Damit ist für Alexander Denk das Spektrum der Anwendungsmöglichkeiten noch lange nicht erschöpft: „Ein Müllfahrzeug stellt an einen Antriebsstrang ganz ähnliche Anforderungen wie ein Stadtbus: relativ kurze Fahrwege mit häufigen Stopps und sich immer wieder ändernde Beladungszustände.“ Auch bei vielen anderen Nutzfahrzeugen kann sich Denk daher einen Einsatz eines entsprechend angepassten VEDS vorstellen. „Das ist sicher eine Herausforderung, aber wir arbeiten schon an passenden Lösungen.“
Schon heute stehen Betreiber von Nutzfahrzeugen weltweit vor dem Problem, dass ihre Flotten in den kommenden Jahren immer weniger CO2 ausstoßen dürfen. Ab 2025 muss beispielsweise in Deutschland der Flottengrenzwert um 15 Prozent unter dem Wert des Jahres 2021 liegen. Ab 2030 sind sogar 37,5 Prozent vorgesehen.
Zwar ist das Gesetz im Prinzip technologieoffen. Betrachtet man aber, wie sich der Kraftstoffverbrauch für Nutzfahrzeuge in den vergangenen beiden Jahrzehnten entwickelt hat, so kann man ableiten, dass die Entwicklungsabteilungen langsam an die Grenze des für klassische Verbrennungsmotoren technisch Machbaren stoßen. In naher Zukunft werden alternative Antriebe wie das VEDS daher eine immer größere Rolle in den Nutzfahrzeugflotten spielen.
Umweltfreundlich auf den Meeren
eVSP
Der eVSP ist weit mehr als die Evolution eines bewährten Prinzips.
Auch auf dem Wasser ist die Wende hin zu elektrifizierten Antrieben unübersehbar. Vorreiter ist dabei Norwegen. Dort nahm bereits 2015 die erste E-Fähre ihren Betrieb auf. Bis zum Jahr 2050 sollen vor der Küste und in den Fjorden des skandinavischen Landes ausschließlich emissionsfreie Schiffe verkehren. Dementsprechend steigt die Nachfrage nach Antriebskonzepten, die diese Auflagen erfüllen. Und Voith ist hier mit an Bord: Im Auftrag der Reederei Østensjø entstehen in Spanien zurzeit vier neue Service-Operation-Schiffe für die Offshore-Windindustrie. Jedes der 80 Meter langen Schiffe wird von zwei eVSP angetrieben, der jüngsten Generation der bekannten Voith Schneider Propeller, die erstmals mit Strom betrieben wird.
„Der eVSP ist die konsequente Weiterentwicklung eines vielfach bewährten Prinzips“, sagt Dr. Dirk Jürgens, Vice President Research and Development bei Voith, und fährt fort: „Auch für die Schifffahrt wird ein niedriger Schadstoffausstoß eine immer wichtigere Rolle spielen. Wir setzen auf Systeme, die einen komplett emissionsfreien Antrieb ermöglichen. Da beim eVSP zudem der permanentmagnet-erregte Synchronmotor direkt im Propeller integriert ist, hat das System einen deutlich höheren Wirkungsgrad als eine konventionelle Leistungsübertragung mittels Getriebe.“ Denn durch dieses Bauprinzip lässt sich die elektrische Antriebsleistung mit einem sehr hohen Wirkungsgrad umsetzen. Der Leistungsvorsprung ist beachtlich: Bei vergleichenden Modellversuchen hat sich gezeigt, dass der eVSP im Fahrbetrieb rund 15 Prozent weniger Energie benötigt als ein konventioneller düsenummantelter Schraubenpropeller.
eVSP – leiser, komfortabler und für die Brennstoffzelle geeignet
Zudem ist der eVSP deutlich leiser als konventionelle Antriebe und macht den Aufenthalt an Bord daher komfortabler. Dafür sorgt unter anderem der vollständige Verzicht auf ein Getriebe. Es gibt also keine Übersetzungen und Zahnräder, an denen Vibrationen entstehen können. Dies schafft übrigens auch Bauraum, was den Gesamtkosten beim Bau eines Schiffs zugutekommt.
Das Entwicklungsteam von Voith Turbo Marine konnte auch bei dem eVSP die bekannt schnelle Reaktion auf Steuerbefehle weiter steigern. „Dadurch ermöglichen wir ein deutlich besseres dynamisches Positionieren“, sagt Jürgens. Diese Eigenschaft ist vor allem bei Serviceeinsätzen im Offshore-Bereich wichtig und macht den eVSP damit zu einem idealen Antrieb für die Schiffe, wie sie Østensjø gerade auf Werften in Spanien bauen lässt. Beim Antrieb setzt die Reederei zunächst auf die konventionelle Technologie eines dieselelektrischen Antriebs. Doch sind alle Systeme bereits für eine Umrüstung auf Brennstoffzellen vorbereitet – und auch der eVSP kommt problemlos mit Stromquellen alle Art zurecht.
Dass Voith mit dem Konzept des eVSP den Nerv der Schiffbauer getroffen hat, belegt auch die ansehnliche Liste an Anfragen, die Dirk Jürgens bereits für das System erhalten hat: „Weltweit sehen Schiffsbauer die Notwendigkeit, alternative Antriebe auch bei maritimen Anwendungen zu nutzen. Der eVSP bietet hier eine attraktive und effiziente Lösung, da sie emissionsfreien Schiffsverkehr auf Basis einer bewährten Technik ermöglicht.“ Und nicht zuletzt gibt es da das Projekt FernSAMS, bei dem Voith federführend bei der Entwicklung einer ferngesteuerten Schleppertechnologie ist. Als Antriebskonzept steht hier selbstverständlich auch der eVSP im Vordergrund.
Mit unserer Kernkompetenz für Antriebssysteme und -technologien verfolgen wir weltweit dasselbe Ziel: maximale Effizienz. Seit über 150 Jahren Exzellenz verfolgen wir den Systemgedanken, das perfekte Zusammenspiel aller Komponenten. Dazu gehören unsere Kunden, denen wir mit unserem persönlichen Service überall auf der Welt zur Seite stehen. Denn gemeinsam mit ihnen erfolgreich zu sein, ist und bleibt unser Antrieb.
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