Der lange Weg von der Komfortbeeinträchtigung

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1 6 7 Der lange Weg von der Komfortbeeinträchtigung zur Kundenakzeptanz O I E U G I A F E D O N G I U A m u H I O G D N O I O J E R U I N K O P J E W L S P N Z A D F T O I Start-Stopp E O H O I O Ogestern, A N G A heute, D F J Gmorgen I O J E R U I N K O P O A N G A D F J G I O J E R P F L K J K O I U Z T R E W Q Y X C V B N M I Q W u O I U G M D S A U K Z Q I N K J S L O G D W O I A D U I G I r z H I O G D N O I E R N G M D S A U K n m H I O G D N O I E R N G U D M F B D B H M G R x B D P B D L d B E u B A F V N K F N K R E W S P L O C Y Q D M F E F B S A T B G P D r D D L R a E F B A F V N K F N K R E W S P D L R n E F B A F V N K F N z A t a P F L K J K O I U Z T R E W Q Y X C V B N M I Q W u O I U W S P L O C Y Q D M F E F B S A T B G P D B D D L R B E z B A F V r K F N K R E W S P z L R B E o B A F V N K F N A m O h U A N D u N G e U A R N H I O G D N O I p R N G M j B N D S A U K Z Q I N K J S L W O I E P Tobias N N beckl A U A H I O G D N p I E R N G M D S A U K Z Q H I O G D N w I E R N G M D E K J R i e m e n s t a r t e r g e N E r a t o r R N G M D S A U K Z Q I N K J S L W O Q T V I E P Dr. N zeckhard R A UKirchner A H I r G D N O I q R N G M D S A U K Z Q H I O G D N O I y R N G M D M O T s Q O G N T Z D S Q O M G D N V U S G R V L a W Z Y K F E Q L O P N G S A Y B G D S W L Z U K O G I K C K P M N E S W L N C u W Z Y K F E Q L O P P M N E S W L N C t W Z Y K T N U t I N R L U J G D I N G R E E O M N Y A Z T G R a K G E C L Z E M S A C I T P M O S G R U C Z G Z M O Q O D N V U S G R V L G R m K G E C L Z E M D N V U S G R V L G R x K G D C O r V C E S O P M N V C S E Y L i N E W C L V E F N a X J R C N I F Z K M N D A B O N Y A M E C R J G N I N E E O M N Y A Z T E W N l X J R C N I F E E O M N Y A Z T E W N y X J Y F a h r z y k l u s Q Y J A O B R n L N F X T V V H N V u a J K U V X E S Y M N R E E W C L O M E P S C V C Y L i N E W C L V V F H N V o a J K U V Y L i N E W C L V V F H N V K P E t O P M S E B U N O P L M Q A Y C B E F V B J G L D Q F H B 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Q N V X D B P O R U T E T M B C Y N V X A D G J L K H E S Y S C B M B C Y N V X A D G J L K H A K D P J K P S D F G H J K L P O I U Z T R E W Q N W P F k R E W S P L O C o Q g M F P N E D C S K U P O W R W Z T W H N E D K U N W P O N C A L V I K Z T W H N E D K U N W P O N L S J T D S Y K J H G F D S A Y V N P I Z R W Q S Y X C M S A g K Z Q I N K f S L W i G T R E H K L P F L K J K O I U Z T R E W Q Y X C V B N M I Q W u O I U Z T R E W Q Y X C V B E K J R C K O I J G R D C K I O P M N E S W L N C C G Z K E C L Z E M S A C I T P M O E Z R W D X A Y H A S g S V N P I Z R W Q S C G Z N J I M N S t R V N P I Z R W Q S C G Z N J M O T Y Q O G N T Z D S Q O M G D N V U S G R V L X W Z F K R E W S P L O C m Q D M F S G W L Z U K O G I K C K P M N E S W L N C X W Z Y K F E D i O P P M N E S W L N C X W Z Y K T N U E I N R L U J G D I N G R E X O M N Y A Z T G R V V X Y M L M O K N I i B H U Z S Q G R U C Z G Z M q g O D N V U S G R V L G R V K G E C E Z E M D N V U S G R V L G R V K G D C O O V C E S O P M N V C S E Y L J N E W C L V E W N I S t a r t e r k o n z e p t i T z q a t s l o k z I N E X O M N Y A Z T E W N F X J L R N I F E X O M N Y A Z T E W N F X J Y I Z Q Y A H I N C W Q Y J A O B R E L N F X T V F H N A S R E C V F H K D U T E Q z W W C L O M E P S C V C Y L J N E W C L V V F H N V R D J K U V Y L J N E W C L V V F H N V N J K V N J R A K D O B N J O R O I D F N G K L D J O L K V N Z L M O I J E U H B Z G L N N F A M U A N J Y Q Y O B R E L N F X T J O L s Q F H B Q F G O B R E L N F X T J O L a Q A A O O U A N D O N G I U A R N H I O G D N O I E F M G K E S Y S C B F G M H T I L Q N N G K M N S R D O J N J O I D F N G K L D F M G O I Z P M F D R O I D F N G K L D F M G O I U D M B B D B H M G R e B D P B D L R B E F B A F R N G O N C A L V I K n D V S G W J m T p l I E P N N R A U A H I O G D N O I E R N G M t S A U K Z Q H I O G D N O I E R N G M k A A O E U A N D O N G I U A R N H I O G D N O I E V N K V B N M I Q W u R T Z B C S D E Z F B S A T B G P D B D D L R B E F B A F V N K F N q R E W S P D L R B E F B A F V N K F N M O T M Q O G N T Z D S Q O M G D N V U S G R V L R N G N J I M N S t R E C L P Q A C k S a p I E P N N R A U A H I O G D N O I E R N G M D S A l K Z Q H I O G D N O I E R N G M D U D M T B D B H M G R I B D P B D L R B E F B A F G R V Y K F E D i O P N G S A Y B G S a G R U C Z G Z M O Q O D N V U S G R V L G R V K G E C L Z E M D N V U S G R V L G R V K G F E I D R E Q R I U Z T R E W Q L K J H G F D S A V N K N J I M N S t R E C L P Q A C E b F B S A T B G P D B D D L R B E F B A F V N K F N K R E W S P D L R B E F B A F V N K F N C I M N S t R E C L P Q A C E Z R W D X A Y H B M M M B Y K F E D i O P N G S A Y B G G j F D G V T Q U o t R E L K J H G F D S A M M B V C X Y M L M O L K J H G F D S A M M B V C P J M N I J H L M O K N I J U H B Z G V T F C R D W R Z K G E C E Z E M S A C I T P M Q k A Y L M R T X A z Y W P H C E Q A Y W S X E E C R F V E G B Z P H C E Q A Y W S X E E C R C G T J D G L E T U O A D G J L Y C B M W R Z I P X E S F X J L R N I F Z K M N D A B T l F C X V N H O U b I J B Z G V T F C R D X E S N W A S R E C V B Z G V T F C R D X E S N W J T Z U E T O I Z R W Q E T U O M B C Y N V X A D S F H N V R D J K U V X E S Y M N R W m R Z V T F L U J r D G Y C B M W R Z I P S F H K T V N Z L M O Y C B M W R Z I P S F H K T V W M O R W U U M P I Z R W O U Z T W H N E D K U G J L K G E C E Z E M S A C I T P M N s V X D B P O R U T E T M B C Y N V X A D G J L K H E S Y S C B M B C Y N V X A D G J L K H A K D L J K P S D F G H J K L P O I U Z T R E W Q N W P M D S A U K Z Q I N K J S L W P N E D C S K U P O W R W Z T W H N E D K U N W P O N C A L V I K Z T W H N E D K U N W P O N L S J A D S Y K J H G F D S A Y V N P I Z R W Q S Y X C V B N M I Q W u R T Z B C S D G T R E H K L P F L K J K O I U Z T R E W Q Y X C V B N M I Q W u O I U Z T R E W Q Y X C V B E K J I C K O I J G R D C K I O P M N E S W L N C C G Z N J I M N S t R E C L P Q A C E Z R W D X A Y H A S e S V N P I Z R W 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V L V F H N V R D J K U V X E S Y M N R E i W C L O M E P S C V C Y L J N E W C L V V F H N V R D J K U V Y L J N E W C L V V F H N V M O T M Q O G N T Z D S Q O M G D N V U S G R V L G R V K G E C E Z E M S A C I T P M O S G R U C Z G Z M a x O D N V U S G R V L G R V K G E C E Z E M D N V U S G R V L G R V K G A A O R U A N D O N G I U A R N H I O G D N O I E R N G M D S A U K Z Q I N K J S L W O z w u I E P N N R A U A H I O G D N O I E R N G M D S A U K Z Q H I O G D N O I E R N G M D

2 8 Start-Stopp 9 Einführung Start-Stopp-Systeme markieren den Einstieg in den elektrifizierten Antriebsstrang und stellen unter Kosten-Nutzen-Aspekten eine der besten Möglichkeiten dar, die CO -Emissionen zu senken. Im NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus) werden Einsparungen von bis 5 % gemessen. Im dichten Stadtverkehr kann die Verbrauchsreduktion größer ausfallen. Der Fahrzyklus gemäß WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure) nach seinem derzeitigen Stand der Ausgestaltung lässt für Basis-Start-Stopp-Systeme eine geringere Einsparung als im NEFZ erwarten. Denn der Anteil der Zeit, in der das Fahrzeug steht, ist dort mit % gegenüber % im NEFZ deutlich geringer. Profitieren vom WLTP werden dagegen die Start-Stopp-Systeme mit Segelfunktion, weil in dem neuen Prüfverfahren das Fahrzeug dynamischer bewegt und auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt wird. Vor dem Hintergrund der Verbrauchssenkung im realen Fahrbetrieb bleiben die Basis-Start-Stopp-Systeme dennoch eine kostengünstige Option. Von Schaeffler initiierte Befragungen auch wenn diese nicht uneingeschränkt repräsentativ sind zeigen, dass viele Autofahrer trotz der nachgewiesenen Kraftstoffeinsparungen das Start-Stopp-System aufgrund der Komfortbeeinträchtigungen beim Wiederstart gerne permanent abschalten würden. Hier stößt die bisher gebräuchliche Technik beispielsweise eines Ritzelstarters an ihre funktionalen Grenzen. Eine systemische Herangehensweise an diese Aufgabenstellung erschließt lohnenswerte Optionen und Potenziale, indem sie zum Beispiel auch den Riementrieb der Nebenaggregate sowie das sich abzeichnende zweite Bordnetz mit 8 V berücksichtigt. Dadurch wird unter anderem eine komfortable Klimatisierung auch bei ausgeschaltetem Motor möglich bis hin zu Ansätzen einer Mild-Hybridisierung ohne die Notwendigkeit eines Hochvoltnetzes im Fahrzeug. Zwänge und Erwartungen der Akteure Die OEM-Sicht Marktaspekte Der stärkste Treiber für die in der Zukunft zu erwartende weitere Verbreitung von Start-Stopp-Systemen ist deren überzeugendes Kosten-Nutzen-Verhältnis insbesondere in der Basisausführung. Als Basisversion ist ein verstärkter Starter und die Implementierung der Start-Stopp-Strategie in die Motorsteuerung zu sehen, eventuell wird die Kapazität oder die Bauart der Batterie angepasst. Hinzu kommt, dass gerade in Europa der Wunsch der Autofahrer nach einem sparsamen Auto im Stadtverkehr zur gleichen technischen Lösung führt wie die regulatorischen Anforderungen an den Automobilhersteller, die CO - Emissionen weiter zu reduzieren. Von 5 bis muss jeder Hersteller den Kraftstoffverbrauch seiner in Europa angebotenen Neuwagenflotte um durchschnittlich 7 % senken. Zielabweichungen werden mit empfindlichen Strafzahlungen belegt. Im NEFZ senkt bei einem Kompaktwagen nur das Abschalten des Motors während des Leerlaufanteils im Zyklus den Verbrauch um etwa,5 %, abhängig von Fahrzeug- und Motordaten. Schaeffler erwartet, dass sich Start- Stopp-Systeme auch in den volumenstarken Märkten China und USA durchsetzen werden, auch wenn dort der jeweilige Standardzyklus bzw. die entsprechenden Verbrauchsvorgaben die Vorteile von Start-Stopp-Systemen nicht so deutlich zur Geltung kommen lassen. Darüber hinaus ist absehbar, dass ein Verzicht auf Start-Stopp-Systeme im Produktangebot künftig zu Wettbewerbsnachteilen führen kann. Technikaspekte Mit der Entscheidung zur Integration eines Start-Stopp-Systems stellt sich direkt die Frage nach der richtigen Technologie. Schaeffler hat externe Daten, eigene Recherchen sowie die laufenden Projekte und Projektanfragen zu einem Technologie-Ausblick und den daraus abzuleitenden Funktionalitäten verdichtet. Generell kann festgehalten werden, dass Europa auf diesem Gebiet klar in der Vorreiterrolle ist und dass Start-Stopp-Systeme jedes Jahr in immer mehr Modellen serienmäßig oder optional verfügbar gemacht werden. Es ist damit zu rechnen, dass erste Anbieter in naher Zukunft auch bei Fahrzeugen ohne Vollhybridantrieb ein Segeln im höheren Geschwindigkeitsbereich realisieren. Schaeffler definiert das Segeln als Rollen bei abgestelltem Motor mit (aktives Segeln) oder ohne (passives Segeln) Unterstützung durch eine elektrische Maschine. Gegen Ende der Dekade dürften auch Klimaanlagen, die unabhängig vom Verbrennungsmotor arbeiten können, zur Grundausstattung gehören. Mit leichter Verzögerung werden alle Varianten der Start-Stopp-Technik und der jeweils möglichen Funktionen auch in China und den USA Einzug halten. In 7 wird erstmals mit einer aktiven Segelfunktion in Kleinserien gerechnet. Mit der Wahl einer bestimmten Start- Stopp-Technologie und der zugehörigen Anzahl Neustarts innerhalb der Fahrzeuglebensdauer in Mio. Bild,6,,,,8,6,, Konventioneller Starter Betriebsstrategie wird die Anzahl der zu erwartenden Start-Stopp-Zyklen definiert. Während ein konventionelles Fahrzeug nur auf etwa 6. Startvorgänge ausgelegt ist, sind es bei einem Basis- Start-Stopp-System schon. bis 5.. Im Lastenheft eines Fahrzeugs mit Segelfunktion sind im Durchschnitt, Millionen Startvorgänge zugrunde gelegt. Das bedeutet: Bei einer Gesamtfahrleistung von. km wird der Motor alle 5 m aus- und wieder eingeschaltet. Zum Vergleich: Heutige Hybridfahrzeuge kommen auf etwa 6. Startvorgänge (Bild ). Allerdings zeichnet sich bei Fahrzeugen mit Segelfunktion ein Rückgang der geforderten Startvorgänge ab. Dies ist bedingt durch die Begrenzung der Startanzahl aufgrund der Betriebsstrategie (eingeschränkter Segel-Geschwindigkeitsbereich, Latenzzeiten). Die deutlichen Unterschiede rühren daher, dass ein Basis-Start-Stopp-System den Motor nur abschaltet, wenn das Fahrzeug steht oder in der letzten Phase des Ausrollens ist. Ein System mit Segelfunktion dagegen stoppt den Motor immer dann, wenn dieser nicht unter Last steht und damit noch häufiger als ein Hybridantrieb. Denn dieser verzichtet auf den Verbrennungsmotor nur, wenn der Wechsel in den E-Modus möglich ist. Basic ESS (Engine Start-Stop) Hybridfahrzeug Segeln Fahrzeugtypen verschiedener Hersteller Anzahl der Start-Stopp-Vorgänge im Systemvergleich

3 5 Start-Stopp 5 Auf diese Anforderung müssen nicht nur die direkt am Startvorgang beteiligten Komponenten abgestimmt werden. Es ist auch zu berücksichtigen, dass der Kurbel- sowie der Ventiltrieb einer insgesamt längeren Zeit ohne Öldruck ausgesetzt sind und somit öfter in Mischreibungszuständen betrieben werden, die Systeme zur Abgasnachbehandlung deutlich öfter eine kurzzeitige Abkühlphase durchlaufen, die Nebenaggregate im Riementrieb entsprechend häufiger den Startvorgang durchlaufen (Resonanzen, Drehungleichförmigkeiten), die Aggregate des Ansaugtraktes (Drosselklappe, Einspritzanlage, Turbolader) öfter den Startprozess durchlaufen (Mischreibung, thermische Belastung, Druckschwankungen) das Zweimassenschwungrad häufiger den Bereich der Resonanzschwingungen durchläuft, sicherheitskritische Hilfsaggregate (Bremskraftverstärker, Lenkhilfepumpe) unter Umständen mit elektrischen Antrieben unterstützt werden müssen. Anzahl Teilnehmer (gesamt 5 Personen) 6 8 Verteilung Fahrzeugmarken der Teilnehmer Aufteilung der Teilnehmer-Beschwerden über das Start-Stopp System % 7% Beschwerden Keine Beschwerden Bild % % 7% 9% Startzeit NVH Ausfall A/C Störend im Stop & Go Kritikpunkte der Kunden an Start-Stopp-Systemen Start-Stopp im Urteil des Kunden Eine Technik und die daraus abgeleiteten Funktionen können sich am Markt auf Dauer nur durchsetzen, wenn sie dem Bedarf und den Erwartungen der Kunden entsprechen. Darauf muss die technische Entwicklung ausgerichtet werden. Deshalb ist es für einen Systemanbieter auf lange Sicht unabdingbar, dass er auch die Präferenzen der Endkunden kennt. Schaeffler hat anhand einer Testgruppe untersucht, ob und gegebenenfalls weshalb Autofahrer Vorbehalte gegen Start-Stopp-Systeme haben. Die Testgruppe war nach den Grundsätzen der Stichprobe nicht repräsentativ, sondern bestand aus technikaffinen Schaeffler- Mitarbeitern. Die Antworten waren in keiner Weise vorgegeben, sondern erfolgten ungestützt. Immerhin waren 7 % der Befragten mit der Technik ohne Einschränkung zufrieden, nur % äußerten Kritik. Nahezu die Hälfte derer wiederum bemängelte die Zeitspanne vom Motorstillstand bis zum Anfahren (Bild ). Anzahl Beschwerden über Geräusche/ Vibrationen bezogen auf Motor und Hersteller, l 5% 86 % Andere Diesel 5% Ja Nein OEM OEM OEM Wunsch der Teilnehmer nach einer dauerhaften Deaktivierung des Start-Stopp Systems 5 9 % % Interessant ist auch die Tatsache, dass immerhin % der Kunden das Start-Stopp- System gerne permanent deaktivieren möchten, auch wenn ein Teil dieser befragten Personen anscheinend mit dem System an sich zufrieden ist. Wiederstart, Change of Mind, Akustik Einige Testpersonen empfinden die Startzeit als zu lange, obwohl sie exakt jener entspricht, die vom Drehen des Zündschlüssels bis zum Ingangsetzen des Motors vergeht. Was beim Schlüsselstart als normal erscheint, wird bei einem durch das Start-Stopp-System veranlassten Wiederstart als störend lange erlebt. Denn subjektiv steht dieses Anlassen dem Wunsch des Fahrers im Weg, direkt loszufahren. Als gut wird ein Start-Stopp-System daher dann beurteilt, wenn der Wiederstart subjektiv schneller abläuft als der gewohnte Schlüsselstart. Da die Testpersonen mit der Entwicklung und den Fachbegriffen der Start- Drehzahl in min - Change of Mind -Ereignis ms 8 Herkömmlicher Ritzelstarter,,8,,6 6 ms 8,,8,,6 8 Bild ms,,8 Zeit in s,,6 Kurbelwellen-Drehzahl Starter-Drehzahl Permanent eingespurter Ritzelstarter mit Freilauf auf der Kurbelwelle Riemen-Starter-Generator und entkoppelnder Riemenspanner Startsysteme beim Neustart nach Change of Mind im Zeitvergleich Stopp-Systeme nicht befasst sind, kommt in ihren frei formulierten Anmerkungen der Begriff Change of Mind (CoM) nicht vor. Es ist aber davon auszugehen, dass unter anderem eine fehlende CoM-Fähigkeit des Start-Stopp-Systems für das vorliegende Urteil hinsichtlich schlechter Wiederstart- Zeiten mit ausschlaggebend war. Changeof-Mind bezeichnet im Kontext von Start- Stopp-Systemen die Situation, dass der Autofahrer während der Phase des automatisierten Abstellens des Verbrennungsmotors wieder weiterfahren möchte. Der Motor trudelt in dieser Phase noch aus. Der konventionelle Ritzelstarter kann nur bei Motorstillstand in den Anlasserzahnkranz einspuren, um nachfolgend den Wiederstart einzuleiten. Das summiert sich zu einem als erheblich wahrgenommenen Zeitverzug. Wie groß der Zeitverzug ist, hängt im Wesentlichen von der eingesetzten Technik ab (Bild ). Bei der Verwendung eines konventionellen Ritzelstarters vergehen vom Eintritt des CoM-Ereignisses bis zum wieder Hochfahren auf Leerlaufdrehzahl bis zu. ms. Schon bei einem permanent eingespurten Starter ansonsten gleichen Typs sinkt die Zeit auf die Hälfte. Noch einmal um ein Drittel schneller geht es mit einem riemengetriebenen Starter- Generator. Diese Technik sowie verbesserte Ritzelstarterkonzepte könnten daher für die weitere Verbreitung der Start-Stopp-Technologie eine kata- lysierende Funktion übernehmen

4 5 Start-Stopp 5 insbesondere deshalb, weil damit gleichzeitig ein weiterer Kritikpunkt der Tester zu adressieren wäre: Jeweils rund ein Fünftel derer, die mit ihrem Start-Stopp-System nicht uneingeschränkt zufrieden waren, bemängelte das Geräusch- und Vibrationsverhalten (NVH) des Fahrzeugs beim Wiederstart. Eingeschränktes elektrisches Fahren Segeln Unabhängige Klimaanlage (A/C) Komfortverbesserung Basic ESS EU US CN Eine spezifische Registrierung von Fahrzeugen, kategorisiert nach solchen mit und ohne Start-Stopp-System, liegt weltweit nirgends vor. Schaeffler hat den nachfolgend präsentierten Überblick aus dem Abgleich von externen Marktforschungsergebnissen mit Material aus eigener Recherche gewonnen. Die Basis bilden alle Pkw mit konventionellem Antriebsstrang; Hybrid- und Elektrofahrzeuge sind ausgenommen. Gemessen am Bestand sind Start- Stopp-Systeme selbst in den reifen Fahrzeugmärkten der westlichen Welt noch wenig verbreitet. Für den Wirtschaftsraum EMEA (West- und Osteuropa, Naher Osten, Afrika) zeichnet sich jedoch ab, dass die Ausrüstungsquote der Neufahrzeuge mit dieser Technik kontinuierlich zunimmt. Von gut Millionen Fahrzeugen mit Verbrentigen, dass das Verhalten der Technik für den Kunden nachvollziehbar bleiben muss. In der Gesamtbetrachtung der Testergebnisse ist bemerkenswert, dass die Probanden ausschließlich Kritikpunkte anführten, die auf mangelndem Komfort beruhen. Bedenken wegen zum Beispiel erhöhten Verschleißes wurden ebenso wenig genannt wie eine Würdigung des geringeren Verbrauchs. Technologie-Roadmap Konventionell angetriebene Fahrzeuge mit Start-Stopp-System werden heute mit Abstand am häufigsten mit einem Ritzelstarter gestartet. Von dieser technischen Ebene ausgehend lässt sich unter Einbeziehung der Benchmark-Ergebnisse folgende Technologie-Roadmap skizzieren (Bild ). Die nächste Weiterentwicklung des -V-Ritzelstarters wird darauf abzielen, den Startkomfort (NVH) und die Startgeschwindigkeit zu steigern. Dafür bieten sich EU EU US EU US CN EU US CN EU US EU US CN EU US CN EU US EU US EU US EU US CN EU US CN 7 Obligatorisch Wünschenswert Marktpionier Bild Entwicklung der Start-Stopp-Technologien und Funktionen bis Weitere Herausforderungen Ebenfalls etwa ein Fünftel der Kritiker wies auf den Umstand hin, dass die Klimaanlage während des Motorstillstands nicht, nur kurz oder mit eingeschränkter Leistung in Betrieb war. Weitere % beanstandeten das ständige Hin und Her zwischen Motor an und Motor aus im Stop-and-Go-Verkehr. Für die Entwickler ist der Anteil von über % der Befragten, die das System gerne ganz abschalten wollen, ein klarer Auftrag. Es gibt Hinweise darauf, dass nicht wenige dieser Testpersonen beispielsweise nicht verstanden, warum in der konkreten Situation der Motor trotz Fahrzeugstillstand nicht abgestellt wurde, und daher eine Fehlfunktion vermuteten. Es erscheint also ratsam, bei der Erweiterung des Start-Stopp-Systems um weitere Funktionen zu berücksicheine hinsichtlich Einspuren verbesserte Ritzelstartertechnik und variable Startdrehzahl an. Vereinzelt wird bereits im -V-Bordnetz ein Riemen-Starter-Generator (RSG) eingesetzt. Er ist dem Ritzelstarter in Bezug auf das Geräusch- und Vibrationsverhalten überlegen. Dazu muss allerdings ein bidirektional wirkender Riementrieb vorgesehen werden, um die notwendige Lastumkehr im Riementrieb darstellen zu können. Dabei kehrt sich nicht die Drehrichtung, sondern die Richtung der wirkenden Kraft im Riementrieb um, Last- und Leertrum wechseln. Startkomfort und -geschwindigkeit lassen sich weiter steigern, wenn das Start- Stopp-System auf eine zweite Spannungsebene mit 8 V zurückgreifen kann. Die Überlegungen in diese Richtung sind dringlicher geworden, weil der Energiebedarf in den Fahrzeugen während der letzten beiden Dekaden kontinuierlich gewachsen ist. Die Auslöser dafür sind vor allem im vermehrten Einsatz von Fahrerassistenz- und Multimediasystemen sowie in umfangreicheren Komfort- und Sicherheitsausstattungen zu suchen. Außerdem werden heute mehr Bauteile mit elektrischer statt mechanischer Energie betrieben. Wenn im Zuge der Bordnetzerweiterung eine zweite Batterie auf Lithium-Ionen-Basis eingebaut wird, steigt die rekuperierbare Energiemenge deutlich. Sie ist zum Beispiel gut nutzbar für Funktionen mit hoher Leistungsaufnahme wie das Boosten, vgl. [], []. Als weitere RSG-Ausbaustufe ist eine trennbare Kurbelwellen-Riemenscheibe denkbar, vgl. []. Der Riemen wird dadurch gleichsam abgeworfen. Der Starter-Generator kann dann den Klimakompressor antreiben, solange der Motor abgestellt ist. Diese Funktionalität kann für die weitere Akzeptanz von Start- Stopp-Systemen auf dem nordamerikanischen Markt erfolgskritisch werden. In Verbindung mit einer elektrischen Antriebsachse schließlich ist die Lücke zum Hybridantrieb zu schließen, ohne die entsprechende Kostenbelastung eines Hochvoltsystems zu tragen: In einer 8-V-Umgebung ist die erzielbare Leistung groß genug, um aktives Segeln zu ermöglichen und den Stop-and-Go-Verkehr ohne Unterstützung des Verbrennungsmotors zu bewältigen. Trotzdem ist noch kein Berührschutz erforderlich. Außerdem sind Effizienzgewinne beim Rekuperieren zu erzielen, weil nahezu die gesamte kinetische Energie durch regeneratives Bremsen zurückgewonnen werden kann, während diese bisher zum Großteil vom Schleppmoment des Verbrenners absorbiert wird, vgl. []. von Start-Stopp-Systemen Derzeitiger Markt und Ausblick

5 5 Start-Stopp 55 Anzahl Fahrzeuge in Mio Bild 5 ʹ ʹ6 ʹ9 ʹ ʹ6 ʹ9 ʹ ʹ6 ʹ9 ʹ ʹ6 ʹ9 China Japan Nordamerika EMEA Start-Stopp-System Kein Start-Stopp-System Ausrüstungsquote der Neuwagen mit Start-Stopp-System in den wichtigsten Märkten nungsmotor waren bereits 7,8 Millionen damit ausgestattet. Bereits für 6 wird erwartet, dass zwei Drittel aller Neuwagen über ein Start-Stopp-System verfügen (Bild 5). Die stärksten Impulse dürften dabei von Westeuropa ausgehen, ab 9 wird ein solches System hier in den meisten Segmenten zur Grundausstattung konventionell angetriebener Fahrzeuge gehören. In Nordamerika dagegen ist die Penetrationsrate noch gering. Dafür sind zwei Ursachen auszumachen: Zum einen ergibt der US-amerikanische Testzyklus rechnerisch geringere Verbrauchseinsparungen durch einen Motorstopp im Stadtverkehr als der europäische und schafft daher für den Automobilhersteller einen geringeren Anreiz zum Einbau dieser Funktion. Gleichzeitig ist die Nachfrage des nordamerikanischen Marktes nach verbrauchssenkenden Technologien aufgrund des vergleichsweise geringen Kraftstoffpreises noch recht niedrig. Aus Komfortgründen lehnen die Kunden dort zudem ein System ab, bei dem die Klimaanlage bei Motorstillstand nicht betrieben werden kann. Außer in China ist nur noch in Japan mit einer nennenswerten Verbreitung von Start- Stopp-Systemen zu rechnen, wobei für diesen Markt ohnehin bereits ein beträchtlicher Anteil der Neufahrzeuge als Hybride produziert wird. Im restlichen Asien sowie in Indien und Südamerika wird die Start-Stopp- Technik nach heutiger Einschätzung bis zum Ende der Dekade keine oder nur eine geringe Rolle spielen, auch wenn gerade in Indien die Kosten für den Kraftstoff im Vergleich zum durchschnittlich verfügbaren Einkommen hoch sind. Markterwartungen für ausgewählte Komponenten der Start-Stopp-Technik 6 8 6,5,5,5 Bild 6 konventioneller Starter 6 9 -V-Riemen-Starter-Generator 6 9 EMEA Nordamerika Japan China verschiedener Starter-Konzepte in den vier relevanten Wirtschaftsräumen Schaeffler hat Teilsysteme des verbrennungsmotorischen Antriebsstrangs identifiziert und dafür eine Abschätzung einer wahrscheinlichen verfügbarer Technologien bis 9 getroffen wiederum herunter gebrochen auf die in Frage kommenden Wirtschaftsräume.,6,5,,,,,,,8,6,, -gängiger Starter V-Riemen-Starter-Generator 6 9 Starter-Konzepte Das hier quantifizierte Marktpotenzial dieser Komponenten bezieht sich auf alle Fahrzeuge, die mit Start-Stopp ausgerüstet sind. Folgende Konzepte für den Motor-Start wurden berücksichtigt (Bild 6): V konventioneller Ritzelstarter -V-Riemen-Starter-Generator 8-V-Riemen-Starter-Generator Schwer abschätzbar ist die Entwicklung des Markts für Ritzelstarterkonzepte mit zwei Übersetzungen für Kalt- und Komfortstart. Den Erfolg des nachfolgend skizzierten Konzepts vorausgesetzt, kann bis zum Jahr 9 mit bis zu einer Million Einheiten global gerechnet werden. Bereitstellung von Hydraulikdruck Diese Markteinschätzung bezieht sich nur auf Fahrzeuge, die mit Wandlerautomaten, Doppelkupplungs- und CVT-Getrieben ausgerüstet sind und deren Aktorik auf einen kontinuierlichen Öldruck angewiesen ist. Die Zeit, bis ein solches Getriebe nach einem Neustart betriebsbereit ist, kann deutlich verkürzt werden, wenn der Hydraulikdruck während des Motorstillstands erhalten bleibt. Dafür stehen

6 56 Start-Stopp 57 5 Reduzierte Leckage 6 9,5,5,5 Druckspeicher R/N/D Gang-Erkennung vollständige Gang-Erkennung 6 9,5,5,5 Elektrische Zusatzpumpe 6 9 EMEA Nordamerika China Japan Bild 8 EMEA Nordamerika der verschiedenen Konzepte zur Gangpositionserkennung in den vier relevanten Wirtschaftsräumen Drehrichtungen Japan China dass die Drehrichtung des Elektromotors umgedreht werden kann, ohne dass sich die Drehrichtung der Abtriebswelle der Getriebeeinheit ändert. Die Umkehr der Drehrichtung aktiviert die zweite Gangstufe des Planentengetriebes. Dies geschieht jedoch nur, wenn der Motor warm ist und vom Start-Stopp-System wieder gestartet wer- Bild 7 der Konzepte zur Bereitstellung von Hydraulikdruck in den vier relevanten Wirtschaftsräumen grundsätzlich folgende Möglichkeiten zur Verfügung (Bild 7): Reduzierte Leckage Elektrische Zusatzölpumpe Druckspeicher Gangerkennung Die Gangerkennung ist nur bei Fahrzeugen mit manuellem Schaltgetriebe relevant, entsprechend reduziert sich das mögliche Potenzial dieser Sensorik auf diese Konfiguration, siehe Bild 8. Werden alle Gangstufen sensiert, ist ein Segelbetrieb nicht nur beim Heranrollen zum Beispiel an eine Ampel möglich, sondern auch bei höheren Geschwindigkeiten. Typischerweise wird in den meisten Fällen nur zwischen Neutralstellung, Rückwärts- und (irgend einem) Vorwärtsgang unterschieden. Neue Chancen und Ansätze Ritzelstarter mit Zweigang-Getriebe Ausgehend von den Erkenntnissen aus der Befragung der Testgruppe und weiteren Markt- und Technikanalysen hat Schaeffler die Untersuchungen intensiviert, um die Leistungsfähigkeit des Ritzelstarters zu verbessern. Das derzeit verfolgte Konzept sieht einen Starter mit einem Zweigang-Planetengetriebe vor (Bild 9). Dieses besteht aus einem doppelten Planetensatz mit einem zusätzlichen Sonnenrad sowie einem Freilauf sowohl an diesem Sonnenrad als auch am Planetenradträger. Es ist so ausgelegt, Leistungsflüsse Bild 9 Ho Pl So Pl St So Zweigang-Starter mit Planetengetriebe Kaltstart Warmstart Ho Pl So Pl St So Eingangswelle Eingangswelle Ausgangswelle Eingangswelle Ausgangswelle Ausgangswelle

7 58 Start-Stopp 59 den soll. Der Anlasser kann dann bei gleicher Leistungsaufnahme die geringere Reibung des warmen Motors in eine höhere Startdrehzahl überführen. Dadurch sinkt nicht nur die Startdauer, sondern auch das Geräusch- und Vibrationsniveau. Der erste Gang wird nur für den Kaltstart genutzt, sodass für den Kunden ein wahrnehmbarer Unterschied zwischen Kaltstart und Wiederstart entsteht. Dem Komfortgewinn steht ein vergleichsweise geringer Aufwand für die mechanische Integration gegenüber. Elektrifizierter Antrieb des Klimakompressors Bei Motorstillstand steht auch der Kompressor der Klimaanlage. Der Temperaturanstieg im Innenraum beeinträchtigt bereits nach kurzer Zeit den Komfort, sodass der Autofahrer die Start-Stopp-Einrichtung unter Umständen abschaltet und den Motor manuell sofort wieder startet. Damit wird das mögliche Einsparpotenzial nicht voll genutzt. Zwar hält der Markt bereits Lösungen bereit, um den Ausfall des mechanischen Antriebs zu kompensieren, doch ziehen sie unterschiedliche Nachteile nach sich: Der elektrische Klimakompressor ist in preissensiblen Fahrzeugsegmenten nicht platzierbar und zeigt darüber hinaus eine unvorteilhafte Energiebilanz. Paraffin-basierte Latentwärmespeicher wiederum beanspruchen zusätzlichen Bauraum und können die Luft nicht entfeuchten. Außerdem ist die heute erzielbare Dynamik der Wärmeein- und -ausspeicherung nicht zufriedenstellend. Schaeffler hat daher ein Projekt aufgesetzt, das zu einer technisch und wirtschaftlich interessanteren Alternative führen soll (Bild ). Der Kern des Konzepts besteht aus der Integration eines elektrischen Motors beispielsweise in der Ausführung einer Hohlwellen-Maschine Riemenscheibe Hohlwellen E-Motor AC Bild Powersplit-Konzept zur Elektrifizierung des Klimakompressors zwischen Klimakompressor und Riemenscheibe. Der vorhandene Riementrieb bleibt dabei unverändert. An die Stelle einer starr verbundenen oder magnetisch trennbaren Riemenscheibe des Klimakompressors tritt ein Planetensatz. Er ermöglicht eine Leistungsverzweigung und erlaubt, den Klimakompressor im verbrennungsmotorischen Betrieb konventionell über die Riemenscheibe anzutreiben. Je nach dessen aktueller Leistungsanforderung kann mithilfe des Elektromotors ein Teil der durch den Riemen eingebrachten Antriebsleistung auch in Generatorleistung gewandelt werden. Wenn der Verbrennungsmotor steht, treibt der E-Motor den Klimakompressor alleine an. Auch Mischzustände zwischen diesen beiden Betriebspunkten sind denkbar, um zum Beispiel den Klimakompressor immer mit seiner optimalen Drehzahl zu betreiben. Das Konzept ermöglicht außerdem, statt eines Kolbenkompressors effizientere Aggregate einzusetzen. Zusammenfassung und Ausblick Betrachtet man das Kosten-Leistungsverhältnis, so gehören Start-Stopp-Systeme zu den effizientesten Möglichkeiten, die CO - Emissionen zu senken. Bislang erreichen sie in den EMEA-Staaten die höchste Penetrationsrate, das dürfte mindestens bis 9 so bleiben. Außerhalb dieser vier Wirtschaftsräume wird die Start-Stopp-Technologie aus heutiger Sicht keine große Rolle spielen. War bis jetzt die Start-Stopp-Technik hauptsächlich auf den konventionellen Ritzelstarter ausgelegt, scheint es nun geboten, auch Konzepte zu verfolgen, die bei niedrigen Zusatzkosten höheren Komfort bieten und die Funktionalität erweitern. Für die preissensiblen Segmente bietet sich dafür eine verbesserte Ritzelstartertechnik an. Ein Starter mit integriertem Getriebe kann bereits Verbesserungen im Akustik- und Vibrationsverhalten erzielen. Eine gute Differenzierungsmöglichkeit im Wettbewerb erhält der Automobilhersteller mit dem Konzept eines permanent eingespurten Starterritzels, weil er jetzt zu moderaten Kosten eine Change-of-Mind-fähige Technik anbieten kann eine wichtige Funktionalität, um die Akzeptanz des Start- Stopp-Systems im Massenmarkt weiter zu erhöhen. Noch höheren Ansprüchen genügt der riemengetriebene Starter-Generator. Der Wiederstart gelingt komfortabler und schneller. Um allerdings das volle Potenzial dieser Technik zu erschließen, ist eine zweite Spannungsebene mit 8 V erforderlich. In Verbindung mit einer elektrischen Antriebsachse kann ein erweitertes Start-Stopp- System die Lücke zum Hybridantrieb deutlich verkleinern, weil in dieser Konstellation aktives Segeln sowie Stop-and-Go-Verkehr im E-Modus möglich sind. Damit die Start- Stopp-Technik auch auf dem nordamerikanischen Markt Akzeptanz erlangt, muss die Klimaanlage auch bei Motorstillstand weiterarbeiten. Schaeffler kann dafür bereits Ansätze aufzeigen. Aus der Marktbeobachtung von Schaeffler und anderen Erkenntnissen aus dem Feld ist zu folgern, dass der Fokus auf CO -Minderung auch in Europa nicht ausreicht, um den Erfolg der Start-Stopp-Technik im Markt sicherzustellen. Komfortaspekte sind genauso wichtig. Außerdem muss die Betriebsstrategie des Start-Stopp Systems so ausgelegt werden, dass das Systemverhalten für den Fahrer nachvollziehbar wird. Literatur [] Smetana, T.; Sattler, M.: Wer hat Angst vor 8 V? Der Mini-Hybrid mit E-Achse nicht!,. Schaeffler Kolloquium, [] Reitz, D.: Eine Idee, viele Anwendungen: Weiterentwicklung des Hybridmoduls von Schaeffler.. Schaeffler Kolloquium, [] Stuffer, A.; Stief, H.; Schmidt, T.: Aufbruch zu 8-V-Riementriebssystemen: Neue Spannerund Entkopplerlösungen für riemengetriebene Mild Hybrid Systeme.. Schaeffler Kolloquium, [] Kirchner, E.; Eckl, T.: Das Automatikgetriebe als Bestandteil einer Start-Stopp-Strategie. ATZ Automobiltechnische Zeitschrift, Juni, Volume 5, Issue 6, S. 5-55

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