Freude am Fahren und Sparen: Der 48-Volt-Hybrid

2014-04-02 | 000-004-947 DE-DE

SCHAEFFLER AG, BADEN-BADEN

Schaeffler zeigt Wege zum kosteng nstigen Hybrid - sogar Handschaltgetriebe k nnen elektrifiziert werden

Freude am Fahren und Sparen: Der 48-Volt-Hybrid

Niedervolt-Hybridsysteme schaffen den kosteng nstigen Einstieg in die effiziente Welt der Hybridfahrzeuge. Schaeffler hat daf r elektrische Antriebe entwickelt, die mit einer Spannung von nur 48 Volt arbeiten. Auf dem Kolloquium zeigt Schaeffler verschiedene Ans tze, bei denen der Elektromotor seinen Platz an der Hinterachse, am Getriebe oder am Motor finden kann. Mit einer 48-Volt-Mildhybridisierung lassen sich durch Rekuperation - die Energier ckgewinnung beim Verz gern - rund f nfzehn Prozent Kraftstoff einsparen. Dar ber hinaus erm glicht diese Einstiegshybridisierung elektrisches Fahren bei niedrigen Geschwindigkeiten und verbessert - je nach Ausf hrung - zus tzlich auch die Dynamik und Agilit t des Fahrzeugs.

Bisherige Hybridantriebe arbeiten mit Hochspannung, das hei t auf einem Spannungsniveau von 300 bis 400 Volt. Diese sind physikalisch erforderlich, um hohe Antriebsleistungen zu erm glichen. Allerdings sind diese Hochspannungskomponenten nicht nur relativ teuer, sondern bedingen auch aufw ndige Sicherheitsma nahmen. Eine Verringerung der Spannung auf 48 Volt verlangt diese Hochspannungs-Sicherheitsvorkehrungen hingegen nicht - und das sowohl im Fahrzeug, als auch in Werkst tten und Servicebetrieben. Mit diesen neuen Komponenten k nnen wir elektrische Antriebs- und Rekuperationsleistungen von bis zu zw lf Kilowatt realisieren , erl utert Prof. Peter Gutzmer, Schaeffler-Vorstand f r Forschung und Entwicklung. Damit erreichen wir eine signifikante Verbrauchssenkung bei gleichzeitig moderaten Kosten.

Ma geschneidert f r unterschiedliche Fahrzeugkonzepte und -klassen hat Schaeffler den 48-Volt-Hybridantrieb in drei Varianten entwickelt: einen Achsantrieb, einen in das Getriebe integrierten Elektromotor sowie einen aufger steten Starter-Generator. Beim Achsantrieb l sst sich der Elektromotor ohne Ver nderungen an Karosserie oder Fahrwerk in das Hinterachsgetriebe - auch Differenzial genannt - einbauen. Ein integriertes Ein- oder Zweiganggetriebe auf Basis von Planetenrads tzen sorgt f r ein hohes Anfahrmoment von bis zu 1.500 Newtonmeter. Das macht selbst bei einer zehnprozentigen Steigung rein elektrisches Fahren bis zu einer Geschwindigkeit von etwa 20 km/h m glich. In einer optionalen Ausbaustufe mit zus tzlichem Planetenradsatz kann die elektrische Achse auch dazu genutzt werden, das Drehmoment zwischen den R dern gezielt zu verteilen. Diese so genannte Torque Vectoring -Funktion erh ht die Fahrzeugagilit t erheblich. Verglichen mit markt blichen Systemen, die die Drehmomentverteilung ber hydraulische Steller vornehmen oder mittels Bremseinsatz arbeiten, spart die elektromechanische L sung Energie. Dar ber hinaus arbeitet kein System schneller: Die Reaktionszeit liegt bei nur 60 Millisekunden. Der Autofahrer profitiert vom geringeren Verbrauch bei verbesserter Fahrdynamik , erl utert Dr. Tomas Smetana, Leiter Produktgruppe Elektrische Achssysteme bei Schaeffler. F r den Automobilhersteller ist die elektrische Achse eine gute L sung, da sie eine Allradvariante bei geringstm glicher Modifikation des Antriebsstrang bietet.

Alternativ kann der Elektromotor auch anstelle des Drehmomentwandlers in ein Automatikgetriebe integriert werden - so ist es bei den meisten Hochvolt-Hybridfahrzeugen der Fall. Allerdings kommen in den f r kosteng nstige Hybridfahrzeuge besonders interessanten Fahrzeugklassen vielfach noch keine Automatikgetriebe zum Einsatz. Daher pr sentiert Schaeffler den ersten Hybridantrieb f r ein Fahrzeug mit manuellem Schaltgetriebe. Hierf r wird der zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe platzierte 48-Volt-Elektromotor um eine Impulskupplung erweitert. Dabei handelt es sich um eine sehr schnell schaltende, vollst ndig automatisierte Kupplung. Das Schlie en der Kupplung erm glicht das Anlassen des Verbrenners ber den Elektromotor. Der klassische Anlasser entf llt somit. Und dadurch, dass die Regelelektronik die Leistung des Elektromotors nur in bestimmten Drehzahlbereichen zur Verf gung stellt, bleibt das Fahrverhalten - vor allem w hrend des Beschleunigens - so, wie es der Autofahrer gewohnt ist und als angenehm empfindet.

In modernen Fahrzeugen mit klassischen 12-Volt-Bordnetz kommen f r Motor-Start-Stopp (ESS) bereits Starter-Generator-Systeme zum Einsatz. Diese erm glichen den h ufigen Wiederstart an Ampeln oder im Stau und die R ckgewinnung eines Teils der Bremsenergie. Solche Systeme lassen sich bei teilweiser Umstellung des Bordnetzes auf 48 Volt mit leistungsst rkeren Elektromotoren ausgestatten, die ber einen Riemen mit der Kurbelwelle des Motors verbunden sind. Auch so l sst sich der Verbrennungsmotor beim Beschleunigen elektrisch unterst tzen. Die im Riementrieb mit steigenden Drehmomenten beim Elektro- und Verbrennungsmotors auftretenden Schwingungen werden durch den von Schaeffler entwickelten Riemenscheibenentkoppler erfolgreich eliminiert. Wird der Riemenscheiben-entkoppler um einem elektromagnetischen Steller erg nzt, kann der Starter-Generator auch bei stehendem Motor den Klimakompressor antreiben. Damit k nnen Motor-Start-Stopp-Systeme auch bei hei em Wetter und l ngerem Stillstand ihr Sparpotenzial optimal ausspielen.

Schaeffler demonstriert die Praxistauglichkeit der 48-Volt-Mildhybridisierung unter anderem auch mit einem neuen Demonstrator-Fahrzeug. Parallel dazu forciert das Technologie-Unternehmen die Serieneinf hrung. Dar ber hinaus erforscht der Automobilzulieferer verschiedene M glichkeiten, die elektrische Leistung der Komponenten bei weiterhin kompakten Abmessungen zu erh hen. Wir sehen, dass sich die Leistung des Systems durchaus auf 18 Kilowatt erh hen l sst , sagt Tomas Smetana voraus. Und damit wird es m glich se

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