Busse... In den meisten Gemeinden, Städten und manchmal auch auf dem Land ist dies für immer mehr Menschen die einzige Möglichkeit zu reisen. 

Busse entstanden Anfang des 19. Jahrhunderts. Damals war der so genannte Pferdebus eine große Kutsche, die von 2 oder 4 Pferden gezogen wurde. Obwohl  erforderlich für Fahrten innerhalb der Stadt und zwischen Städten, stellten sie mehr Herausforderungen dar, als man erwarten würde. Diese Busse neigten nicht nur zum Umkippen, sondern verursachten auch ein Hygieneproblem, das zu verschiedenen Gesundheitsgefahren führte und schwere Schäden an den Straßen verursachte.

Später wurden als Nachfolger von Dampfbussen, Straßenbahnen und Trolleybussen motorgetriebene Autobusse eingeführt. Da die Fahrt mit dem Autobus sicherer, schneller und bequemer war, ist es kein Wunder, dass seit dem Zweiten Weltkrieg der Dieselbus (DB) das eigentliche Arbeitspferd des öffentlichen Verkehrs ist. Leider sind auch Dieselbusse nicht perfekt. 

Da in den Dieselmotoren der Busse heute große Turbolader eingebaut sind und ihre Kabinen mit elektronischen und pneumatischen Geräten ausgestattet sind, ist mehr Wartung erforderlich als je zuvor. Ganz zu schweigen von der Luft- und Lärmbelastung, zu der DBs beitragen. 

Capabus - die Zukunft des städtischen Nahverkehrs?

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Im ständigen Streben nach CO2- und NOx-Reduzierung entwickelt sich die Busproduktion immer mehr zu elektrischen und hybriden Lösungen mit dem Ziel, den öffentlichen Nahverkehr emissionsfrei zu gestalten. Tatsächlich haben sich 12 Großstädte weltweit darauf geeinigt, ab 2025 nur noch emissionsfreie Busse anzuschaffen. Eine neue Generation von Bussen könnte auch dazu beitragen, den Lärmpegel in städtischen Gebieten zu senken und die Lebensqualität und Gesundheit der Bürger zu verbessern.

Eine Möglichkeit, das Verschmutzungsproblem heutiger Städte anzugehen, besteht darin, den Dieselmotor komplett abzuschaffen oder nur bei Bedarf einzusetzen.

Voll-Hybridbusse (HDEB) nutzen sowohl den Elektromotor als auch den Verbrennungsmotor, um das Fahrzeug anzutreiben. Der Einsatz des Elektromotors reduziert die Emissionen und senkt die Betriebskosten im Vergleich zu einem DB, allerdings sind die Einsparungen weniger signifikant als bei einem reinen Elektroantrieb.

Reine Elektrobusse (EB) mit ausschließlich elektrischem Antriebssystem benötigen Batterien, die so groß sind, dass ihre Sitzplatzkapazität reduziert werden muss, um sie einzubauen. Das Laden der Batterien ist ebenfalls zeitaufwändig und ihre begrenzte Lebensdauer erhöht die Wartungskosten. Obwohl die Gesamtreichweite der EBs immer noch niedriger ist als die der DB, hat sie sich im Laufe der Jahre deutlich erhöht.

Capabus - die Zukunft des städtischen Nahverkehrs?

Ein weiterer Typ eines einen elektrischen Busses, der eine Erwähnung verdient, ist der Capabus. Ein Capabus wird mit Ultrakondensatoren betrieben und verfügt über eine kleine Backup-Batterie.  Die Reichweite ist auf etwa 5 Kilometer begrenzt. Der Vorteil des Einsatzes der Ultrakondensator-Technologie liegt in diesem Fall darin, dass nicht zu viele Zellen benötigt werden. Auch der Wirkungsgrad ist höher als bei einem batteriebasierten EB. 

Ultrakondensatoren haben einen wesentlich geringeren Widerstand als Batterien - was sie in Kombination mit einer Betriebskapazität von mindestens 1,2 Millionen Kilometern oder 200.000 Betriebsstunden sie zu einem sehr interessanten Energiesparangebot machen. Die Ultrakondensatoren müssen während ihrer Lebensdauer absolut wartungsfrei sein, sofern das Kühlsystem optimal ausgelegt ist.

Aber wie kann man mit der kurzen Reichweite umgehen? Die Strecke selbst muss so gestaltet sein, dass sie an bestimmten Haltestellen Ladeanschlüsse aufnehmen kann. Der Ladeanschluss selbst kann sich über oder unter dem Bus befinden. Ein wichtiger Vorteil ist, dass der Bus in Sekundenschnelle vollständig aufgeladen werden kann, im Gegensatz zum batteriebetriebenen EB, der über Nacht aufgeladen werden muss.

Damit ermöglicht der Capabus erhebliche Einsparungen im Vergleich zu allen anderen Lösungen, insbesondere auf den verkehrsreichsten Strecken. Allerdings muss die Route sorgfältig geprüft und ausprobiert werden, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. 

Bislang sind Capabusse in China im Einsatz und werden in Finnland, Frankreich, Deutschland und Schweden getestet.

 

Mikro- und Mild-Hybridbusse

Die Vorteile der Elektrifizierung zu nutzen, bedeutet nicht zwangsläufig, dass man auf den Dieselmotor verzichten muss. 

Die geringste Form der Elektrifizierung ist bei Mikro-Hybridbussen zu beobachten, die es schon seit geraumer Zeit gibt. Bei diesen Bussen arbeitet beispielsweise das Türöffnungssystem unabhängig vom Dieselmotor. Die Energie wird aus dem Speicher, wie z. B. Batterien oder Ultrakondensatoren, entnommen und zum Öffnen oder Schließen der Türen verwendet. Die Energie aus dem Speicher kann auch für den Betrieb der Klimaanlage genutzt werden, wodurch eine geringe Menge an Dieselenergie eingespart wird. Bei Mikro-Hybridbussen wäre ein Motor-Stopp-Start-System mit einer kleinen Ultrakondensator-Einheit sinnvoll, da Ultrakondensatoren eine Million Zyklen überstehen können.  Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Energieeinsparung durch die Elektrifizierung von Nebenaggregaten und nicht durch den Antriebsstrang erreicht wird.

Mild-Hybridbusse hingegen integrieren Systeme, die die Energie elektrisch zurückgewinnen und über die gefahrenen Strecken verteilen. Dies wird durch die Integration eines kinetischen Energierückgewinnungssystems (KERS) in das Antriebssystem des Busses erreicht. In der Regel wird eine Batterie oder eine Reihe von Ultrakondensatoren in den Bus eingebaut und eine Motor-Generator-Einheit installiert und mechanisch mit der Kardanwelle zwischen dem Antriebsaggregat und dem Differential verbunden. Dies ermöglicht die Erfassung der kinetischen Energie beim Verlangsamen oder Bremsen und deren Speicherung in der Ultrakondensatorbank oder Batterie als potentielle Energie.

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Während der Beschleunigungsphasen wird diese potentielle Energie an den Motor zurückgegeben, was dem Antrieb zusätzliche Leistung verleiht und eine gute Beschleunigung mit erheblichen Einsparungen beim Dieselverbrauch ermöglicht.  Es ist anzumerken, dass die meisten heutigen Lösungen Batterien mit einer Lebensdauer von 5 Jahren verwenden. In naher Zukunft sollten Ultrakondensatoren in Synergie mit Batterien eingesetzt werden, da ihre Lebensdauer ausreicht, um den gesamten Lebenszyklus des Busses (10 bis 15 Jahre) abzudecken.

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Seit 2009 konzentriert sich Skeleton darauf, einen Beitrag zur Energieeinsparung zu leisten.  Skeletons jüngste Expertise im Bereich Hybridantrieb hat bereits gezeigt, dass Ultrakondensatormodule dazu beitragen können, den Kraftstoffverbrauch um 32% zu senken.  Diese Technologie eignet sich für die Mikro- und Mild-Hybridbusse von heute und für die emissionsfreien öffentlichen Nahverkehrslösungen von morgen.