Neue Entwicklungsplattform für Elektro- und Hybridantriebe:
Wie Schaeffler die Elektromobilität beschleunigt
Auf dem 11. Schaeffler-Kolloquium präsentiert der neu geschaffene Unternehmensbereich E-Mobilität innovative Lösungen für künftige Elektro- und Hybridantriebe. Dazu gehören besonders kompakte Hybridmodule mit integrierter Dreifachkupplung genauso wie eine neue Generation elektrischer Achsantriebe und komplette „dedizierte Hybridgetriebe“. Die elektrischen und elektronischen Komponenten für die unterschiedlichen Antriebsstränge basieren auf einer gemeinsamen Entwicklungsplattform, die das Technologieunternehmen erstmals der Öffentlichkeit vorstellt. Schaeffler will damit dazu beitragen, dass sich Elektromobilität rasch am Markt durchsetzt.
Im kommenden Jahrzehnt werden die CO2-Grenzwerte in wichtigen Automobilmärkten weiter verschärft. So plant die Europäische Union, den für 2021 geltenden Flottengrenzwert von 95 Gramm CO2 pro Kilometer bis 2030 um weitere 30 Prozent zu senken. Parallel sind in einigen Märkten wie China oder Kalifornien feste Quoten für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben zu erfüllen. Da sich nicht nur die gesetzlichen Vorgaben, sondern auch die Kundenpräferenzen von Land zu Land unterscheiden, setzt der neue Schaeffler-Unternehmensbereich E-Mobilität auf eine Vielfalt unterschiedlicher Antriebslösungen. Um trotzdem kostengünstige Elektro- und Hybridfahrzeuge zu realisieren, basieren die elektrischen und elektronischen Antriebskomponenten auf einer gemeinsamen Entwicklungsplattform. Sie umfasst sowohl Hardware-Komponenten wie E-Maschinen und Leistungselektronik als auch alle wesentlichen Software-Bausteine, die für die Regelung des Antriebs erforderlich sind.
Große Markterfolge erzielt Schaeffler bereits heute mit Doppelkupplungen und Hybridmodulen für Hybridfahrzeuge, bei denen der elektrische Antrieb zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe positioniert ist – Ingenieure sprechen von einer „P2-Anordnung“. In der aktuellen zweiten Generation des Hybridmoduls ist es bereits gelungen, die Trennkupplung, die das Hybridmodul während des elektrischen Fahrens vom Verbrennungsmotor entkoppelt, im Inneren des Elektromotors unterzubringen. Mit der dritten auf dem Schaeffler-Kolloquium erstmals präsentierten Generation des Moduls wandert nun auch die komplette Doppelkupplung in den Innenraum der E-Maschine, genauer in den Hohlraum des Rotors. Um den notwendigen Kraftschluss sicherzustellen, kommen mehrlagige Lamellenkupplungen zum Einsatz, wie sie prinzipiell auch bei Hochleistungssportwagen verwendet werden. Im Verbund mit der ebenfalls hochintegrierten Aktorik für die Betätigung der drei Kupplungen entsteht so ein extrem kompaktes Hybridmodul, das den Antriebsstrang im Vergleich zu einer rein verbrennungsmotorischen Variante nur wenig verlängert.
Mit dem steigenden Marktanteil von Plug-in-Hybridfahrzeugen überdenken die Automobilhersteller ihre Getriebekonzepte. Statt den Elektromotor vor und hinter dem Getriebe anzuordnen, wird es denkbar, elektrischen Antrieb und Getriebe so zu verheiraten, dass sich eine Bau- und Funktionseinheit ergibt. Ein revolutionäres Konzept für ein solches „dediziertes Hybridgetriebe“ stellt Schaeffler auf dem Kolloquium erstmals der Öffentlichkeit vor. Das „DH-ST 6+2“ (Dedicated Hybrid Transmission) basiert auf einem automatisierten Schaltgetriebe und bietet zwei elektrische und sechs mechanische Gänge. Die zum Verbrennungsmotor parallel arbeitende E-Maschine ist so in die Getriebestruktur eingebunden, dass für sie zwei Übersetzungsstufen verfügbar sind. Der Vorteil: Auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten kann der Elektromotor sehr effizient betrieben werden. Exklusiv für den Verbrennungsmotor stehen ebenfalls zwei Übersetzungsstufen zur Verfügung. Eine Art Vervielfältigungsgetriebe zwischen den bei- den Teilgetrieben sorgt dafür, dass der Verbrennungsmotor auch das Teilgetriebe des elektrischen Pfads mitnutzt, so dass ihm vier weitere Gänge zur Verfügung stehen. Durch die Doppelnutzung einer Radsatzebene sind nur fünf Radebenen für die sechs Gänge erforderlich. Simulationen von Schaeffler zeigen, dass mit dem „DH-ST 6+2“ bei einer Systemleistung von 220 Kilowatt nicht nur sportliche Fahrleistungen, sondern auch ein sehr niedriger WLTC-Kraftstoffverbrauch von rund 4,5 l/100 km zu erreichen sind.
Bereits 2011 stellte Schaeffler ein Konzeptfahrzeug mit zwei elektrischen Achsantrieben an Vorder- und Hinterachse vor, das zusätzlich über eine aktive Drehmomentverteilung zwischen den Rädern einer Achse verfügte. Mittlerweile ist Schaeffler nicht nur mit Schlüsselkomponenten für einen solchen Antrieb in Serie, sondern hat einen kompletten Baukasten für elektrische Achsen entwickelt. Er umfasst sowohl achsparallele als auch koaxiale Antriebsvarianten einschließlich der optionalen Komponenten für Differenzial, schaltbares Zweiganggetriebe sowie die aktive Momentenverteilung. Mittels eines Konfigurators, den das Unternehmen auf dem Kolloquium erstmals vorstellt, können elektrische Achsantriebe für Elektro- und Hybridfahrzeuge künftig je nach Anforderungen an Bauraum, Fahrleistungen und Funktion definiert werden.
Wie groß die erzielten Fortschritte im Bereich der Elektroantriebe sind, zeigt ein Vergleich des Achsantriebs von 2011 mit einer aktuellen Ausführung. Stellte der Achsantrieb zu Beginn des Jahrzehnts bei einem Gewicht von 90 Kilogramm noch eine Maximalleistung von 60 Kilowatt zur Verfügung, kommt die neueste Generation auf 145 Kilowatt, obwohl das Gewicht um zehn Kilogramm reduziert werden konnte.
„Solche Ergebnisse sind nur zu erzielen, weil wir elektrische, mechanische und elektronische Komponenten unserer Antriebe mit einem Systemansatz entwickeln“, erläutert Schaeffler Automotive-Vorstand Matthias Zink. „Wir verstehen uns als Entwicklungspartner für alle Formen der Elektrifizierung. Schaeffler bietet heute ein gut sortiertes und umfangreiches Technologie-Portfolio, mit dem sich der Antriebsstrang elektrifizieren lässt. So bieten wir beispielsweise allein für die P2-Position Hybridmodule sowohl im Zusammenspiel mit Drehmomentwandler, CVT-Getriebe und Doppelkupplung. Hier erweist sich die profunde Mechanik-Kompetenz unseres Technologie-Unternehmens als weitere Stärke, von der unsere Kunden profitieren“, ergänzt Matthias Zink. „Somit liefern wir die jeweils idealen Produkte für die unterschiedlichen Kundenanforderungen und Mobilitätsbedürfnisse.“
Quelle: Schaeffler
