Schaeffler: Hybrid-Zukunft mit 48 Volt

Hybridantriebe bilden derzeit den Königsweg, den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen und damit auch die Kohlendioxid-Emission pro Kilometer wirksam zu senken. Ein Bordnetz mit 48 Volt Spannung und entsprechendem Antriebsmodul verspricht bei der künftigen Hybridisierung von Antrieben geringere Kosten und unverändertes Sparpotenzial. Für dieses Konzept hat nun Schaeffler aus Herzogenaurach ein zentrales 48-V-Antriebsmodul entwickelt, das wahlweise an der Vorder- oder Hinterachse Platz findet. Bei diesem Modul handelt es sich um einen kompakt bauenden elektrischen Antrieb inklusive Kupplung und Planetengetriebe. Dieses Antriebsmodul ebnet den Weg für eine kostengünstige Hybridisierung durch eine niedrigere Bordspannung. Denn aktuelle Hybridantriebe arbeiten im sogenannten „Hochvoltbereich“.

Keine Nachteile durch niedrigere Spannung

Beim Lexus LS 600h beispielsweise beträgt die maximale Betriebsspannung des Antriebsystems 650 Volt. Die Ausfertigung als Niedervolt-Lösung senkt Aufwand und Kosten. Im Vergleich zur Hochvoltlösung schafft das 48-V-Netz die gleichen Betriebsmöglichkeiten, wie sie bislang ausschließlich traditionelle Hybride bieten: Dazu gehören das sogenannte „Stauschieben“, worunter elektrisches Fahren im dichten Stadtverkehr mit elektrischem Anfahren und Rollen bei geringen Geschwindigkeiten sowie elektrisches[foto id=“484822″ size=“small“ position=“right“] Einparken zu verstehen ist. Eine weitere mögliche Funktion ist das elektrische „Boosten“, bei dem der E-Motor beim Anfahren den Verbrenner unterstützt. Ebenso gehört dazu das sogenannte elektrische „Segeln“, hier sorgt die Elektromaschine bei ausgeschaltetem Verbrenner für konstante Geschwindigkeit. Besonders wichtig für die Verbrauchssenkung ist die Energierückgewinnung und Speicherung beim Verzögern.

Auch dabei entstehen durch die 48-Volt-Lösung keine Nachteile. Im Gegenteil. Gerade durch die höhere Leistungsfähigkeit eines 48-Volt-Bordnetzes steigt die Fähigkeit der Energierückgewinnung.“Die Verwendung einer 48-V-Lösung ermöglicht heute Leistungen bis zwölf kW“, fasst Schaeffler-Entwicklungsvorstand Professor Peter Gutzmer zusammen. „Damit bietet diese Form der Hybridisierung schon die wesentlichen Vorteile eines Hybrid-Fahrzeugs – und das zu wirtschaftlich überaus interessanten Konditionen. Bereits mit dieser kostengünstigen Einstiegs-Hybridisierung lässt sich eine Verringerung der CO2-Emissionen um bis zu 15 Prozent erzielen.“Das zylindrisch geformte Antriebsmodul aus Herzogenaurach fällt mit 235 Millimeter Länge und einem Durchmesser von 165 Millimeter kompakt aus. Mit geringem Aufwand ist es in den Antriebstrang integrierbar, ohne dabei das Volumen von Kofferraum oder Kraftstofftank zu reduzieren. Bei einem Fahrzeug mit Heckantrieb lässt sich das Modul direkt mit der Kardanwelle verbinden.

Die Kombination von E-Motor und Getriebe erlaubt es darüber hinaus, auch den Kraftfluss selektiv an beide Achsen zu verteilen. So ist eine variable Verteilung des Drehmoments möglich, die als sogenanntes „Torque Vectoring“ die Fahrsicherheit unterstützt.Hat sich ein Automobilhersteller für ein zweites Niedervolt-Bordnetz (48 Volt neben dem Standard-Zwölf-Volt-Netz) entschieden, lassen sich weitere Innovationen sinnvoll in ein Fahrzeug integrieren. So zum Beispiel reaktionsschnelle und leistungsstarke Antriebe und Wandler (Aktuatoren) für eine elektronisch gesteuerte Fahrwerksverstellung, mit denen sich im Fahrbetrieb beispielsweise die Bodenfreiheit oder die Abstimmung von Federung und Dämpfer regeln lassen.

Neben der Leistungsfähigkeit durch die höhere Spannungslage bietet das zweite Bordnetz auch den Vorteil geringerer Kabelquerschnitte. Das spart Gewicht und erleichtert die Integration und Montage der Kabelstränge im Fahrzeug.Und auch eine Reihe weiterer Funktionen, die das heutige Zwölf-Volt-Standardnetz an die Grenzen seiner Leistungsfähigkeit bringen, lassen sich sinnvoll in eine 48-Volt-Netzarchitektur einbinden. Die Bandbreite reicht von mechanischen Spannelementen für 48-Volt-Startergeneratoren mit Antrieb über eine Riemenscheibe über eine Vielzahl von elektromechanischen Stellelementen für Kupplung, Lenkung, Wankstabilisation oder Niveauregulierung bis hin zu Hybridmodulen und Achs-Antriebslösungen.