ALTERNATIVE ANTRIEBE HYBRIDANTRIEB

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Hartmut Schmitt
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2 Ein Antrieb, der auf zwei oder mehr Prinzipien beruht. Bei Kraftfahrzeugen, die sowohl im Stadt wie auch im Überlandverkehr eingesetzt werden, kann ein aus Elektro- und Verbrennungsmotor bestehender Antrieb eingesetzt werden, wobei beide Motoren alternativ in den Verkehrssituationen Staufahrt und Überlandfahrt benutzt werden. Bei einem solchen Fahrzeug wird während des Verbrennungsmotorbetriebs die Batterie über den Generator geladen, während einer Stadtfahrt oder im Stau bewegt der Elektromotor das Fahrzeug weiter, falls dabei die Batterie leer wird, kann der Verbrennungsmotor wieder eingeschaltet und benutzt werden. Vorteil dieses Konzeptes ist, das der bei Stadt- und Staufahrten sehr uneffiziente und permanent Kraftstoff verbrauchende Verbrennungsmotor durch einen Elektromotor abgelöst wird, der im Stand keine Energie verbraucht und zudem unabhängig von der Last einen sehr hohe Wirkungsgrad - etwa 80-90% - besitzt. Bei langen Fahrten über Land wird der Verbrennungsmotor eingesetzt, der auf einen Kraftstoff mit hoher Energiedichte - Benzin oder Diesel - zurückgreift. Beide Antriebsarten werden entsprechend ihrer Vorteile eingesetzt. Nachteil dieses Konzeptes ist die hohe Komplexität des Antriebes: Einmal werden deutlich mehr Komponenten, z.b. der Generator, der Elektromotor, die Batterie und die Regeleinheit benötigt, die das Gewicht des Fahrzeugs wesentlich erhöhen. Andererseits wird die Steuerung eines solchen Fahrzeuges, in dem mal Elektromotor, mal Verbrennungsmotor an die Antriebsachse gekuppelt werden müssen, wesentlich aufwendiger. Serieller Hybrid Der serielle Hybrid besitzt gewöhnlich einen kleinen Verbrennungsmotor. Dieser "erste Antrieb" speist den üblicherweise verwendeten Elektromotor und benutzt eine Batterie zur Abdeckung von Leistungsspitzen. Nachteil: Emissionsfreier Betrieb in der Stadt ist damit nicht möglich. Aber: Bedingt durch die intelligente Koppelung beider Systeme kann der Verbrennungsmotor konstant mit der optimalen Drehzahl laufen. Parallelhybrid Der Parallelhybrid funktioniert nach dem "Entweder-oder-Prinzip": der Vortrieb wird entweder durch das eine oder durch das andere der beiden zur Verfügung stehenden Aggregate erzeugt. Der Elektromotor bezieht dabei seine Energie aus einer mitgeführten Batterie - vor Ort völlig emissionsfrei. Zumindest im Elektrobetrieb spricht also alles für das Parallelhybrid-Konzept. Groiß Patrick 2/

alternativ in den Verkehrssituationen Staufahrt und Überlandfahrt benutzt werden.

3 Die Energieeinsparung (von realistischen 10% im gemischten Verkehr) steht bei Umstellung auf Hybridantrieb nicht im Vordergrund, soll aber zusätzlicher Anreiz zum Kauf eines solchen, sicherlich teureren Fahrzeuges sein. Erheblich ist die Minderung von Emissionen im Stadtverkehr und hierbei besonders im Stau. Eine bessere Lösung auch auf längeren Strecken wäre wohl die Brennstoffzelle, aber das wird wohl doch noch etwas dauern Aufgabenverteilung Als Generator erhält der Elektroantrieb die zusätzliche Aufgabe, auch bei Bremsvorgängen elektrische Energie ins Netz einzuspeisen. Er kann sie Energie schonender in Form von Bewegungsenergie speichern und sie direkt beim Beschleunigen wieder abgeben, ohne das elektrische System zu belasten. Als Starter wird er wohl nicht nur bei Fahrtantritt, sondern auch bei Zwischenstopps, Stau und starker Beschleunigung aktiv werden. Letzteres würde auch den Einbau leistungs- und drehmomentschwächerer Motoren ermöglichen. Sogar das Zweimassenschwungrad und die für den Dreizylinder typische(n) Ausgleichwelle(n) könnten entfallen, wenn der Elektromotor bei entsprechender Ansteuerung auf die Drehschwingungen von Motor bzw. Getriebe beruhigend einwirkt. Auch lässt sich der Gewichts- und Raumnachteil dadurch verringern, dass man wegen dem zusätzlichen Drehmoment des E-Motors längere Übersetzungen wählt und Gänge einspart. Z.B. auch den Rückwärtsgang, der ausschließlich von E-Motor übernommen wird. Denkbar ist sogar ein zweiter E-Motor, der mit der bisher nicht angetriebenen Achse verbunden wird und den Allradantrieb teilweise ersetzt. Dieses Prinzip wird beim derzeit stärksten Lkw der Welt angewandt. Ein Dieselmotor erzeugt Strom und vier elektrische Radmotoren sorgen für die Fortbewegung. Eines ist jedenfalls all diesen Systemen gemein: Man sammelt bei Überlandfahrten elektrische Energie, die man in emissionsträchtigen Situationen zusammen mit oder ohne Verbrennungsmotor einsetzt. Zusätzlich kann man den leistungsstarken Verbrennungsmotor mit dem drehmomentstarken E-Motor in bestimmten Betriebsbereichen kombinieren. Groiß Patrick 3/

Eine bessere Lösung auch auf längeren Strecken wäre wohl die Brennstoffzelle, aber das wird wohl doch noch etwas dauern Aufgabenverteilung Als Generator erhält der Elektroantrieb die zusätzliche

4 : Toyota Prius Tankinhalt Normal (l) 50 Verbrennungsmotor Frontantrieb, kombinierter Serien- und Reihen-Hybridantrieb, elektronisch gesteuertes Planetengetriebe Vierzylinder-Reihenmotor mit 16 Ventilen und variabler Ventilsteuerung VVT -i, zwei obenliegende Nockenwellen Hubraum (ccm) Bohrung/Hub (mm) 75 x 84,7 Gemischaufbereitung elektronisch gesteuerte Einspritzanlage Verdichtung 13,5:1 Maximale Leistung 53 kw (72 PS) / min-1 Maximales Drehmoment 104 Nm/4.000 min-1 Treibstoffart Benzin bleifrei Elektromotor Wechselstrom-Synchronmotor Erregung Permanentmagnet Maximale Leistung 33 kw (45 PS)/ min-1 Maximales Drehmoment 301 Nm/0-940 min-1 Antriebsbatterie Nickel-Metall-Hybrid-Batterie Zellenanzahl 40 Kapazität 6,5 Ah Generator Wechsel-Synchron-Generator Maximale Leistung 21 kw/ min-1 Maximales Drehmoment 38 Nm/4.000 min-1 Fahrleistungen Höchstgeschwindigkeit (km/h) 160 Verbrauch (Jap Modus) 3,57l/100 km Leider beträgt die Höchstgeschwindigkeit nur knapp 160 (km/h) Groiß Patrick 4/

496 Bohrung/Hub (mm) 75 x 84,7 Gemischaufbereitung elektronisch gesteuerte Einspritzanlage Verdichtung 13,5:1 Maximale Leistung 53 kw (72 PS) / 4.000 min-1 Maximales Drehmoment 104 Nm/4.

5 Technischer Aufbau Groiß Patrick 5/

6 Bezugsquellen: ( bilder hybrid) Groiß Patrick 6/

energieinfo.de www.autokiste.de www.kfz-tech.

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