Hybridantrieb. Geo-SOL Gymnasium Immensee. Denis Kohli & Fabrizio Gügler. [Geben Sie Text ein] 1

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1 Hybridantrieb Geo-SOL 2011 Gymnasium Immensee Denis Kohli & Fabrizio Gügler [Geben Sie Text ein] 1

2 Hybridantrieb Inhalt - Einleitung - Der bivalente Antrieb - Die Antriebs-Hybridtechnik - Argumente für den Hybridantrieb - Der VW Touareg Hybrid - Zukunftsaussichten für den Hybridantrieb [Geben Sie Text ein] 2

3 Einleitung In unserer Gesellschaft nimmt die das Umweltbewusstsein einen immer wichtigeren Platz und ist nicht mehr nur das Thema einer Randgruppe sondern beginnt langsam aber sicher immer mehr unser Leben zu beeinflussen. Eine Erscheinung davon ist das neue, umweltfreundliche Technologien einen Aufschwung erleben eine davon ist der Hybridmotor, doch was ist ein Hybridmotor und wie funktioniert dieser. Diese und weiter Fragen sollen in diesem Text weitestgehend beantwortet werden. Der bivalente Antrieb Unter einem bivalenten Antrieb versteht man Fahrzeuge, bei denen ein Verbrennungsmotor verschiedene Kraftstoffarten verbrennen kann, um Antriebsenergie zur Verfügung zu stellen. Systeme, die gleichzeitig fossile und erneuerbare Kraftstoffe (Diesel/Biodiesel) oder flüssige und gasförmige Kraftstoffe (Benzin/Erdgas) verwenden, sind entwickelt und zunehmend auf dem Markt vertreten. Die Antriebs-Hybridtechnik Bei Antriebshybriden spricht man von einer Kombination von zwei verschiedenen Antriebsaggregaten, die nach unterschiedlichen Funktionsprinzipen arbeiten. Zur Zeit wird der Begriff Hybridtechnik am häufigsten dazu verwendet, die Kombination von Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine zu beschreiben. Die E-Maschine kann als Generator zum Erzeugen von elektrischer Energie, als Motor zum Fahren des Fahrzeugs und als Starter für den [Geben Sie Text ein] 3

4 Verbrennungsmotor verwendet werden. Je nach Ausrichtung dieses Grundaufbaus werden drei Arten von Hybridantrieben unterschieden: -der Micro-Hybridantrieb -der Mild-Hybridantrieb, -der Voll-Hybridantrieb. Der Micro-Hybridantrieb Bei diesem Antriebskonzept dient die Elektronische Komponente (E-Starter/Generator) nur für die Umsetzung einer Start-Stopp-Funktion. Ein Teil der Bewegungsenergie lässt sich beim Abbremsen wieder als elektrische Energie nutzbar machen (sog. Rekuperation). Ein rein elektrisches Fahren ist nicht möglich. Die Eigenschaften der Batterie sind auf die häufigen Motorstarts angepasst. Der Mild-Hybridantrieb Der Elektroantrieb unterstützt hier den Verbrennungsmotor. Ein rein elektrisches Fahren mit dem Fahrzeug ist nicht möglich. Beim Mild-Hybridantrieb wird ein grösserer Teil der Bewegungsenergie beim Bremsen zurück gewonnen und als elektrische Energie in der Batterie gespeichert. Diese Hochvoltbatterie sowie die elektrischen Komponenten sind für eine höhere Spannung und somit für eine höhere Leistung ausgelegt als bei herkömmlichen Batterien. Durch die Unterstützung der E-Maschine kann der Betriebspunkt (Drehzahl) des Verbrennungsmotors in den optimalen Wirkungsbereich gelegt werden. Der Voll-Hybridantrieb Hier ist eine leistungsstärkere E-Maschine mit einem Verbrennungsmotor kombiniert. Ein rein elektrisch angetriebenes Fahren ist möglich. Die E-Maschine unterstützt, sobald es die Bedingungen zulassen, den Verbrennungsmotor. Langsame Fahrten werden rein elektrisch zurückgelegt. Eine Start-Stopp-Funktion des Verbrennungsmotors ist ebenfalls eingebaut. Die Rekuperation wird genutzt, um die Batterie aufzuladen. Durch eine Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und der E-Maschine kann eine Entkopplung der beiden Systeme erreicht werden, sie können also auch einzeln laufen. Der Verbrennungsmotor wird nur bei Bedarf zugeschaltet. [Geben Sie Text ein] 4

5 Der Voll-Hybridantrieb wird in drei weitere Unterkategorien aufgeteilt: Der Parallel-Hybridantrieb Der Leistungsverzweigte Hybridantrieb Der serielle Hybridantrieb Der Parallel-Hybridantrieb Diese Bauweise zeichnet sich durch ihre Einfachheit aus. Sie kommt zum Einsatz, wenn ein Hybridantrieb in ein bestehendes Fahrzeug eingesetzt werden soll. Der Parallelhybrid hat üblicherweise eine E- Maschine. Die Summe der Einzelleistung der Verbrennungsmotors und der E- Maschine entspricht der Gesamtleistung. Der leistungsverzweigte Hybridantrieb Der leistungsverzweigte Hybridantrieb hat neben einem Verbrennungsmotor eine Elektromaschine. Beide sind auf der Vorderradachse angebracht. Im Gegensatz zur Parallelhybridbauweise kann die Gesamtleistung nicht einfach aus der Einzelleistung der beiden Getriebe ermittelt werden. Die erzeugte Leistung wird zum einen Teil zum Fahren des Fahrzeuges verwendet und zum anderen als elektrische Energie in der Batterie gespeichert. [Geben Sie Text ein] 5

6 Der serielle Hybridantrieb Das Fahrzeug hat einen Verbrennungsmotor, eine E-Maschine und zusätzlich einen Generator. Die Leistung des Verbrennungsmotors kommt hier jedoch nicht direkt über eine Welle am Rad an. Den Antrieb des Fahrzeuges übernimmt die E- Maschine. Ist die Kapazität der Batterie zu gering, wird der Verbrennungsmotor gestartet. Über einen Generator lädt der Verbrennungsmotor die Batterie auf und die E-Maschine kann wieder Energie aus der Batterie entnehmen. Argumente für den Hybridantrieb Leistungsoptimierung Der Verbrennungsmotor benötigt zur Abgabe eines Drehmoments eine Leerlaufdrehzahl. Der Motor kann kein Drehmoment beim Stillstand abgeben. Bei Anhebung der Drehzahl des Verbrennungsmotors steigt das Drehmoment. Die E-Maschine hat ab der ersten Umdrehung ihr maximales Drehmoment. Sie benötigt keine Leerlaufdrehzahl. Ei steigender Drehzahl sinkt ihr Drehmoment. Die E-Maschine unterstützt den Verbrennungsmotor dort, wo seine konzeptionellen Schwächen liegen nämlich under der Leerlaufdrehzahl. Gesetzliche CO 2 -Begrenzung Der CO 2 Ausstoss und der Verbrauch eines Fahrzeuges bilden einen fast proportionalen Zusammenhang. Je höher der Kraftstoff Verbrauch desto mehr CO 2 Wird in die Umweltabgegeben. Daher zielen die gesetzlichen Vorgaben zur Begrenzung des CO 2 - Ausstosses vor allem auf grosse Fahrzeuge mit hoher Leistung. Die Hybrid-Technologie bietet eine Möglichkeit, auch mit hoher Leistung unter den gesetzlichen Grenzwerten zu bleiben, da der Wert für das abgegebene CO 2 als Durchschnittswert in Gramm CO 2 pro gefahrenen Kilometer gebildet wird.. [Geben Sie Text ein] 6

7 Der VW Touareg Hybrid Der Touareg Hybrid gehört zu SUV- Klasse und verfügt neben einem 3,0 l-v6-tsi-motor mit Kompressoraufladung mit 245kW Leistung zusätzlich noch über einen Elektrischen 3-Phasen- Drehstrohm-Motor mit 34kW Leistung. Dadurch verbessert der seine Beschleunigung 0-100km/h im Vergleich zu Schwestermodel mit reinem Verbrennungsmotor von 7.8s auf 6.5s. Das von Volkswagen entwickelte Hybridkonzept, das erstmals beim Touareg zum Einsatz kommt, basiert auf dem Parallel-Hybridantrieb. E-Maschine und Verbrennungsmotor werden also für den mechanischen Antrieb über einen gemeinsamen Antriebsstrang genutzt. Beide Antriebsarten sitzen auf einer Welle. Damit kommt das Hybridkonzept von Volkswagen mit wesentlich weniger Hybridkomponenten aus als beim leistungsverzweigten oder Seriellen Hybridsystem. Durch die Verwendungsmöglichkeit der E-Maschine sowohl als Antrieb, Generator und Starter konnten Anlasser und Lichtmaschine weggelassen werden. Das Elektrische Fahren mit der E-Maschine macht es notwendig, Komponenten, die bei herkömmlichen Fahrzeugkonzepten durch den drehenden Verbrennungsmotor versorgt wurden Bsp. Kühlmittelpumpe und Lenkunterstützung, mit elektrischen Antrieben auszustatten. [Geben Sie Text ein] 7

8 Zukunftsaussichten für den Hybridantrieb Wir sehen im Hybridantrieb eine grosse Zukunft auf dem Markt, da er die Vorteile eines Elektroantriebes mit der Zuverlässigkeit eines Verbrennungsmotors verbindet. Er ist aber noch ziemlich teuer und für die Produktion fallen weit mehr Schadstoffe an als für einen herkömmlichen Motor. Deshalb wird irgendwann der reine Elektroantrieb den Hybridantrieb wahrscheinlich ablösen, sobald die Technologie soweit entwickelt ist. Quellen: Elitegarage AG Bildquellen: über Elitegarage AG Titelbild: Bild Touareg Hybrid: [Geben Sie Text ein] 8

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