Einstieg in die Elektromobilität - Wacker Chemie AG


Einstieg in die Elektromobilität

Integration in bestehende Fahrzeugkonstruktionen

„Der Parallelhybridantrieb ist vergleichsweise kostengünstig und lässt sich am leichtesten realisieren, wenn ein Automobilhersteller von seinen herkömmlich motorisierten Modellen ausgehen will. Dabei ist es wichtig, den Hybridantrieb möglichst einfach in das bestehende Fahrzeugkonzept integrieren zu können“, sagt Diplom-Ingenieur Frank Kewes, der bei der ZF Sachs AG für den Aufbau und den Betrieb der Hybridmodul-Fertigungsanlage zuständig ist.

Hybridtechnologie der Autokonzerne

  • Der Mercedes S 400 hybrid: Sein Elektromotor mit 15 kW wird über eine Lithium-Ionen-Batterie versorgt, die beim Erscheinen des Fahrzeugs zum ersten Mal in einem Serienfahrzeug eingesetzt wurde. Von der umweltschonenden Hybridtechnologie profitiert auch die Agilität, denn die Boost-Funktion macht es möglich, dass beim Beschleunigen kurzfristig die Kraft beider Motoren genutzt wird.

  • Der BMW ActiveHybrid 7: Sein Elektromotor übernimmt den Motorstart und unterstützt den Benzinmotor bei Beschleunigungsvorgängen, die deutlich intensiver wahrgenommen werden. Zugleich ermöglicht der Elektromotor bis zu 15 Prozent Einsparpotenzial bei Verbrauch und Emissionen und dient bei der Bremsenergierückgewinnung als Generator.

  • Antriebsstrang des Audi Q5 hybrid quattro.

BOOSTEN

Beim Beschleunigen – etwa während des Anfahrens oder während eines Überholvorgangs – wird die elektrische Maschine als Motor betrieben und zugeschaltet, sodass sie den Verbrennungsmotor unterstützt (Englisch „boost“: nachhelfen, nachverstärken, in die Höhe treiben). Im Parallelhybrid ergänzen sich die positiven Eigenschaften beider Maschinen vorteilhaft, da beide auf die gleiche Welle wirken und somit beide zum gesamten Drehmoment beitragen. Im Unterschied zum Verbrennungsmotor hat ein Elektromotor bei niedrigen Drehzahlen ein besonders hohes Drehmoment. Bei höheren Drehzahlen kommt das Drehmoment des Verbrennungsmotors zum Tragen, während der Elektromotor weniger zum gesamten Drehmoment beiträgt. Durch das Boosten lässt sich ein Fahrzeug mit Parallelhybridantrieb sehr dynamisch fahren – schon bei etwa 1000 Umdrehungen pro Minute steht das aus beiden Antriebszweigen resultierende volle Drehmoment zur Verfügung. Der Automobilhersteller kann das Boosten aber auch zum Downsizing nutzen: Er kann den Verbrennungsmotor kleiner auslegen, was den Kraftstoffverbrauch vermindert.

„Wir haben daher ein modulares Konzept – vom Starter-Generator bis hin zu einem vollständigen Hybridmodul – entwickelt, das nicht nur hinsichtlich der elektrischen Leistung flexibel ist, sondern sich auch bauraumneutral realisieren lässt“, betont Frank Kewes. Weil im Abtriebsstrang kaum Platz für zusätzliche Komponenten vorhanden sei, müssten die eingesetzten elektrischen Maschinen hohe Leistungen bei minimalem Platzbedarf erreichen. „Unsere elektrischen Maschinen, die zum Typ der Permanentmagnet-Synchronmaschinen zählen, zeichnen sich durch hohe Leistungsdichten aus“, hebt Kewes hervor. „Auf diese Weise kann der Automobilhersteller den Antrieb einer bestehenden Modellreihe bedarfsgerecht elektrifizieren, ohne dass er die Fahrzeugkonstruktion verändern muss – lediglich am Antriebsstrang sind Modifizierungen notwendig.“

Das für Vollhybride vorgesehene Hybridmodul wird auf der Kurbelwelle zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe montiert. Das kompakt gebaute Modul umfasst neben der elektrischen Maschine noch eine Trennkupplung und einen Torsionsdämpfer. Letzterer fängt die Schwingungen ab, die stets im Antriebsstrang entstehen, sobald der Verbrennungsmotor läuft. Die Kupplung dient dazu, den Verbrennungsmotor von der elektrischen Maschine zu trennen; sie erlaubt ein rein elektrisches Fahren. Für Mildhybride hat das unterfränkische Unternehmen Starter-Generatoren entwickelt. Diese scheibenförmig aussehenden elektrischen Maschinen sind mit einer Bautiefe von gut fünf Zentimetern noch schmaler als das Hybridmodul.