Hybridtriebwagen Zwei Motoren in einem Zug

Der Revolutionär fährt äußerlich ganz unauffällig daher. Auf den ersten Blick würde denn auch kein Fahrgast dem Verbrennungstriebwagen 642129 der Westfrankenbahn ansehen, dass in seinem Innern Technik steckt, die bisher einmalig im deutschen Schienennetz ist: Von Juni 2011 bis März 2012 ist dieser dieselmechanische Siemens Desiro mit einem Hybrid-Powerpack von MTU Friedrichshafen ausgerüstet worden. Im kombinierten Betrieb von Diesel- und Elektromotor soll die Garnitur durch effizientere Energieausnutzung und Rekuperation von Bremsenergie künftig bis zu 25 Prozent weniger Treibstoff verbrauchen als ihre Baureihengeschwister, sagt Uwe Bold von DB Systemtechnik.

Anfang April verlässt das Fahrzeug erstmals das DB-Werksgelände in Kassel und wird zu Erprobungs- und Zulassungsfahrten nach München geschleppt. Auf der Innotrans in Berlin (September 2012) soll der Hybrid-Triebwagen öffentlich präsentiert werden. Nach erfolgreicher Zulassung will die Bahn den Triebwagen dann Ende 2012 auf der Verbindung Aschaffenburg - Miltenberg in Dienst stellen. Die 37 Kilometer lange Strecke mit 14 Halten eigne sich hervorragend, um die neue Technik zu erproben, erläutert Projektleiter Claus Werner von der DB Regionetz Verkehrs GmbH. Das Eisenbahnverkehrsunternehmen (EVU) ist eine hundertprozentige Tochtergesellschaft der Deutschen Bahn und verantwortlich für die Umsetzung des Hybridisierungskonzeptes, während DB Systemtechnik als Hersteller des Fahrzeugs auftritt.

Energiespeicher auf dem Dach

Auch wenn der umgebaute Triebwagen laut den Simulationen von MTU Friedrichshafen künftig rund ein Viertel weniger Dieselöl verbrauchen soll als bisher, ist das Fahrzeug keineswegs sparsam motorisiert: Früher wurde der Zug von zwei MTU-Sechszylinder-Reihenmotoren mit jeweils 275 Kilowatt Leistung bewegt. An die Stelle dieser Antriebseinheit haben die zur Tognum-Gruppe gehörenden Motorenhersteller vom Bodensee nun Powerpacks gesetzt, die einen 315 Kilowatt starken Dieselmotor und einen elektrischen Kurbelwellenstartergenerator in sich vereinen. Als Motor liefert diese elektrische Maschine 200 Kilowatt Dauerleistung und bis zu 400 Kilowatt in der Spitze. Als Generator setzt sie hingegen beim Bremsen einen großen Teil der Bewegungsenergie in elektrische Energie um, die auf dem Dach in Lithium-Ionen-Batterien gespeichert wird.

Eine Abgas-Nachbehandlung durch selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden sorgt dafür, dass der neue Dieselmotor die Grenzwerte der Emissionsstufe EU III B einhält. Weil dazu Harnstofflösung in den Abgasstrom eingespritzt wird, gehört zum neuen Powerpack auch ein entsprechender Zusatztank. „Wir stellen mit diesem Powerpack den derzeit erreichbaren ökologischen Stand der Antriebstechnik für Verbrennungstriebwagen dar“, sagt Ingo Lehmann zufrieden. Der Elektroingenieur arbeitet seit 2007 an der Bahn-Hybridtechnik und leitet das Projekt auf Seiten von MTU Friedrichshafen.

Der Hybridmodus, in dem Dieselmotor und Elektromaschine parallel zueinander eingesetzt werden, ist vor allem für die Beschleunigung (Boost) und hohe Geschwindigkeiten gedacht. Als weitere Betriebsformen steht das Fahren nur mit Diesel- oder Elektromotor zur Verfügung. Gespeist werden die Batterien vor allem durch die Rekuperation von Bremsenergie: Der Elektromotor dient dabei als Generator und wandelt Bewegungsenergie in Strom um, die bei herkömmlichen Bremsen als Wärme an die Umwelt abgegeben würde. Außerdem kann die sehr schlank konstruierte Elektromaschine Strom erzeugen, wenn der Dieselmotor gerade in einem wenig günstigen Bereich läuft.

Das rein elektrische Fahren ist auch durch die geringe Lärmbelastung attraktiv. Zum Beispiel kann der bisher stets vernehmlich dieselnde Triebwagen nun flüsterleise und lokal emissionsfrei aus einem Bahnhof ausfahren. Solche akustische Umweltverträglichkeit ist neben dem geringeren Verbrauch ein wichtiges Argument für Claus Werner. Insgesamt könne ein EVU wie die DB Regionetz Verkehrs GmbH jedenfalls bei Neuausschreibungen von Leistungen im Schienenpersonennahverkehr mit ökologisch und ökonomisch effizienten Triebwagen punkten, wenn bestehende Triebwagen mit Hybridantrieben remotorisiert werden.

Serienproduktion ab 2014

Bis es jedoch so weit ist, dass ganze Flotten mit dem Parallelhybrid-Antrieb ausgestattet werden, wird es noch dauern. Der in Kassel umgebaute Triebwagen ist zunächst ein Prototyp, mit dem das Potential der neuen Technik in der Praxis erprobt werden soll. Als nächster Schritt ist geplant, ein Fahrzeug der Erzgebirgsbahn mit einem Hybridantrieb auszurüsten. Das Vorhaben soll 2012 oder 2013 beginnen und 2015 abgeschlossen sein. Schließlich soll von 2014 an eine Kleinserie von 16 Triebwagen der Erzgebirgsbahn umgerüstet werden, sagt Claus Werner. Die Erzgebirgsbahn gehört ebenso wie die Westfrankenbahn zu den fünf Regionetzen der Deutschen Bahn, auf denen die Fahrzeuge der DB Regionetz Verkehrs GmbH eingesetzt werden (außerdem noch Kurhessenbahn, Oberweißbacher Berg- und Schwarzatalbahn sowie Südostbayernbahn).

Beim Umbau des ersten Triebwagens galt es, so wenig wie möglich in das bestehende Fahrzeugsystem einzugreifen, um den Wiederzulassungsprozess durch das Eisenbahnbundesamt (EBA) überschaubar zu halten. Im Rahmen dieses Zulassungsprozesses werden nun unter anderem Bremstechnik, Fahrdynamik, Schallemissionen, elektromagnetische Verträglichkeit sowie auf das Fahrzeug wirkende Momente überprüft.

Die übergeordnete Leittechnik hingegen ist von der Remotorisierung unberührt geblieben. Überhaupt hat die Hybridisierung des Desiro im Führerstand vergleichsweise geringe Spuren hinterlassen. Am deutlichsten wird der Umbau hier durch den gelben Knopf, mit welchem der elektrische Fahrantrieb zugeschaltet wird. Ganz anders sieht es auf dem Dach des Zuges aus: Hier drängen sich die Lithium-Ionen-Batterien, Steuerelektronik, Batteriekühlung und andere Elemente unter ihren Blechgehäusen.

Umbauten im Innenraum: Konferenzzimmer statt Mehrzweckraum

Insgesamt hat die zusätzliche Ausrüstung rund 4,5 Tonnen Mehrgewicht verursacht, sagt Uwe Bold. Um die vorgeschriebenen Radsatzlasten von 16 Tonnen an den Laufdrehgestellen und 15 Tonnen an den Treibradsätzen einzuhalten, wird daher der Innenraum des Triebwagens umgebaut. Beispielsweise tritt an die Stelle des bisherigen Mehrzweckraums ein Konferenzraum mit Sitzgruppen und Laptop-Steckdosen. Dadurch sinkt die Zahl der möglichen Stehplätze. Bei künftigen Umbauten will die Bahn aber durch Ertüchtigung der Drehgestelle entsprechend höhere Radsatzlasten erreichen, um die Zahl der Sitz- und Stehplätze zu erhalten.

Neben dem Antrieb ist auch die Klimatechnik an dem in Kassel umgebauten Triebwagen verändert worden: Hier setzt die Bahn künftig auf einem der beiden Wagen eine Klimaanlage von Konvekta ein, die mit umweltfreundlichem Kohlendioxid als Kältemittel betrieben wird. Ein weitgehend baugleiches Gerät auf dem anderem Wagen arbeitet konventionell mit Tetrafluorethan (R134a) als Kältemittel, um direkte Vergleiche zwischen beiden Verfahren zu ermöglichen.

Weitere Artikel

• Bahn bekommt neue Konkurrenz auf der Fernstrecke 
• Zwitter-Züge in Richtung Nordsee 
• Stromnetz: Neue Leitungen braucht das Land 

Das Hybridprojekt ist vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) im Rahmen der Modellregion Elektromobilität Rhein-Main mit 1,9 Millionen Euro gefördert worden. Die darüber hinausgehenden Kosten haben die Projektpartner selbst übernommen, konkrete Zahlen nennen Bahn und MTU Friedrichshafen aber nicht.

Bei künftigen Hybridumbauten sollen nicht nur Lithium-Ionen-Batterien als elektrische Energiespeicher zum Einsatz kommen, sondern auch Hochleistungskondensatoren (Supercaps). Das Ziel ist, ein modulares Speicherkonzept zu entwickeln, mit dem sich einzelne Fahrzeuge entsprechend der Strecke ausrüsten lassen, auf der sie eingesetzt werden. Denn Topographie, Streckenlänge und Zahl der Haltestellen sind entscheidend für den Wirkungsgrad eines Hybridantriebes.