Die Zeitung des Rheinmetall-Konzerns Ausgabe 1/2011 Neckarsulm/Neuss. Nicht erst seit der Gründung der nationalen Plattform Elektromobilität durch die Bundesregierung dürfte jedem in unserem Lande klar sein, dass das Thema batteriegetriebene Fahrzeuge und die damit verbundene Elektromobilität aus unserer zukünftigen automobilen Welt nicht mehr wegzudenken sind. Zu diskutieren bleiben zurzeit nur der Umfang und der Zeitrahmen, in dem sich Elektrofahrzeuge durchsetzen werden. Schon die letzte Pkw-IAA in Frankfurt (2009) hat deutlich gemacht, wie stark sich die Automobilhersteller weltweit mit diesem Thema beschäfti gen. Ganze Forschungsbudgets wurden von anderen innovativen Antriebstechniken abgezogen und Entwicklungsabteilungen im Bereich Elektrofahrzeuge verstärkt und ausgebaut. Die IAA 2011 (15. 25. September 2011) wird diese Entwicklung unterstreichen und auch mit neuen Fahrzeugen dokumentieren. Auch angesichts dieser vielfältigen Aktivitäten auf allen Ebenen sind wir uns heute bewusst, dass es noch einige Jahre in Anspruch nehmen wird, bis wir uns vollelektrisch in dem heute bekannten Maße fortbewegen werden können. Dies liegt zum einen an den noch erheblichen Entwicklungsanstrengungen, die die Elektromobilität derzeit an die Forschungsinstitute und die Ent wicklungs abteilungen der Automobilunternehmen und der Zulieferer stellt. Dabei wird die Zukunft der Elektromobilität sehr stark abhängig sein von der Weiterentwicklung der Batterietechnologie im Hinblick auf Kapazität, Gewicht, Volumen, Aufladezeit und Lebensdauer. Zum anderen hat auch der Verbrennungsmotor noch ein erhebliches Potenzial zur Verbesserung und Optimierung, das vergleichsweise kostengünstig gehoben werden kann. Dieses Potenzial ich denke beispielsweise an den Themenbereich Ladungswechsel, aber auch an weitere Möglichkeiten zur Verbrauchseinsparung und Schadstoffreduzierung wird die Zulieferer in den nächsten zehn bis 20 Jahren weiter intensiv beschäftigen, zumal der Weg zum Elektrofahrzeug über verschiedene Stufen der Hybridisierung erfolgen wird, und dabei ist immer auch ein Verbrennungsmotor im Spiel. Aber dennoch: Wir gehen davon aus, dass der Elektroantrieb zumindest bei kleineren Stadtfahrzeugen kommen wird, und Kolbenschmidt Pierburg (KSPG) seine System-Kompetenz in gleichem Maße in die Entwicklung von Komponenten für Elektrofahrzeuge einbringen wird. Wir sehen dies als einen kontinuierlich und langfristig wachsenden Markt für uns an. Dabei kommt batteriebetriebenen Fahrzeugen aus heutiger Sicht eine Zwischenstellung zu. E-Traktion für uns attraktiv KSPG-VORSTANDSCHEF DR. GERD KLEINERT ÜBER NEUE ANTRIEBSTECHNIK Ihre Nutzung wird sich nach unserer Markteinschätzung auf den Einsatz für Pendler im städtischen Umfeld oder als Liefer- oder Servicefahrzeuge konzentrieren. Wer auf lange Strecken angewiesen ist, wird zunächst wohl weiter zum optimierten Verbrennungsmotor vielleicht auch in Form eines Hybrids und später zur Brennstoffzelle greifen, obwohl auch hier noch einige Entwicklungsaufgaben vor uns liegen. Die Kompetenzen von KSPG im Bereich der erweiterten Elektromobilität liegen insbesondere in der Elektrifizierung von Nebenaggregaten des Antriebs sowie im Bereich der Lagerung, dar über hinaus bei Pumpen oder im Sektor Leichtbau und bei der Herstellung von Strukturbauteilen aus Aluminium. Hinzu kommt das weite Feld der Systemintegration des Thermomanagements von Elektrofahr zeugen, wozu die Bereiche Antrieb, Batterie und Leistungselektronik gehören, aber beispielsweise auch die damit verbundenen Verbraucher wie Heizung, Lüftung und Klima. Last not least sind wir seit vielen Jahren in Versuchsfahrzeugen mit Brennstoffzellen antrieb vertreten und haben aktuell einen Auftrag von einem namhaften deutschen Automobilhersteller für eine Kleinserie von Wasserstoff komponen ten in der Brenn stoffzellentechnik erhalten. Damit sehen wir uns in der Lage, auch in Zukunft einen wesentlichen technischen Beitrag zur individuellen Mobilität zu leisten. Dr. Gerd Kleinert Foto: Petra Senn Foto: Thomas Frank Auch Elektroautos machen Spaß: Dr. Gerd Kleinert beim Test eines Tesla Elektro-Roadsters, der in weniger als vier Sekunden auf 100 Kilometer pro Stunde beschleunigt und eine Reichweite von über 200 Kilometern erzielt. Das Fahrzeug ging Ende 2010 wegen einer spektakulären Weltumrundung durch die Medien.
Der Blumenstrauß zukünftiger Antriebe wird stetig größer Fotos (2): Thomas Klink Dr. Hans-Joachim Esch prognostiziert, dass der Blumenstrauß der unterschiedlichen Antriebssysteme immer größer wird. Beitrag zu leisten. Und die Gesetzgebung in Hinblick auf CO2-Reduzierung verschafft jetzt auch einen Anreiz, dafür Geld auszugeben, denn wir können damit vermeiden, dass die OEMs Strafzahlungen zu leisten haben. KSPG in motion: Wie könnten denn konkret Entwicklungsrichtungen aussehen, um diese Ziele zu erreichen? Esch: Wir haben ja vor einigen Jahren begonnen, uns mit dem Thema variable Ventilsteuerung zu beschäftigen. Das ist genau aus diesem Grund erfolgt, weil wir sagen, variable Ventilsteuerung ist eines der wirkungsvollsten und kosteneffizientesten Mittel, um weitere Verbrauchsreduzierung in die Tat umzusetzen. 2010 haben wir die Rechte an dem vollvariablen Ventilsteuerungssystem UniValve von der entec CONSULTING GmbH erworben; gemeinsam mit entec und der Universität Kaiserslautern entwickeln wir zurzeit dieses System zur Serienreife weiter. Und wir versprechen uns auch bei aufgeladenen Motoren Verbrauchsund CO2-Reduzierungspotenziale um bis zu zehn Prozent. Lösungen für aufgeladene Ottomotoren im Markt haben. KSPG in motion: Gehört zu diesen Herausforderungen auch die Reduzierung der Reibleistung innerhalb des Motors? Esch: Es liegt ja nahe, dass man die Leistung, die man im Motor durch den thermodynamischen Prozess erzeugt hat, auch möglichst vollständig nutzen will. Reibungsverluste sind für niemanden nützlich, und es muss unser oberstes Ziel sein, sie zu minimieren. KSPG hat seit vielen Jahren hier auch sehr grundlegende Entwicklungsarbeit betrieben. Und wir sehen auf allen Gebieten bei Gleitlagern, bei Kolben, bei Zylinderkurbelgehäusen und bei Pumpen noch ein Entwicklungspotenzial, durch Feinarbeit die Reibungsverluste weiter zu minimieren. Und da arbeiten wir unter anderem dran. KSPG in motion: Wie geht diese Arbeit im Detail vor sich? Esch: Es gibt ja einen neuen Prüfstand in Neckarsulm. Dort können wir die Reibungsverluste zwischen Kolben und Zylinder direkt messen und ermitteln so Foto : fotolia Neckarsulm/Neuss. Mit der Zusammenführung der Vorentwicklungsbereiche innerhalb der Kolbenschmidt Pierburg-Gruppe (KSPG) unter der Leitung von Dr. Hans-Joachim Esch hat das Unternehmen weitere Maßnahmen eingeleitet, um gerade in diesem zukunftsrelevanten Unternehmensteil ein größtmögliches Maß an Synergien sicherzustellen. KSPG in motion sprach mit dem Generalbevollmächtigten Forschung und Technologie über die Ausrichtung der Entwicklungsaktivitäten im Hinblick auf Neuerungen in der Motorentechnik und mögliche Beiträge zu alternativen Antriebskonzepten. KSPG in motion: Herr Dr. Esch, es mehren sich die kritischen Stimmen, die vor allzu optimistischen Vorstellungen in Bezug auf eine baldige Umstellung auf Elektroantriebe warnen. Wie sehen Sie die Entwicklung der vollelektrischen Antriebstechnologie in den noch verbleibenden neun Jahren bis 2020? Esch: Die rein batteriebetriebenen Fahrzeuge werden sich sicherlich nicht in den verbleibenden neun Jahren bis 2020 marktdeckend durchsetzen können. Da sprechen zu viele Faktoren dagegen: Zunächst einmal sind dies die Kosten, dann die Verfügbarkeit der notwendigen Infrastruktur, und last but not least wären sicherlich auch die ganzen Rohstoffe, die man für die vielen Batterien brauchen würde, gar nicht in der Kürze der Zeit verfügbar. Aber, um es etwas plakativ zu sagen: Der Blumenstrauß der unterschiedlichen Antriebssysteme wird immer größer. KSPG in motion: Wenn wir jetzt einmal über das Stichdatum 2020 hinausdenken: Wie werden unsere Autos in 20, 30 oder 40 Jahren angetrieben? Esch: Das ist eine Frage, die sich so losgelöst nicht beantworten lässt. Das hängt in starkem Maße davon ab, welche CO2-Reduktionsziele künftig wirklich angestrebt werden. Es gibt ja eine Studie von McKinsey, die sagt, wenn man dem Ziel einer um zwei Grad reduzierten globalen Erwärmung näher kommen will, dann müssen die Automobile beim CO2 in der Größenordnung 20-30 Gramm pro Kilometer runter. Das wäre dann noch einmal 1/3 des Grenzwertes, den wir im Moment für 2020 anpeilen. Und das wäre zwangsläufig mit einer Revolution verbunden. Denn das wird man dann mit der jetzt praktizierten Optimierung der bestehenden Antriebssysteme nicht mehr erreichen können. Man müsste völlig umdenken. In diesem Falle wären wir wahrscheinlich auf dem Weg zur Brennstoffzelle oder zur rein elektrischen Mobilität. Ob sich das in die Tat umsetzen lässt, kann man heute wirklich noch nicht sagen. KSPG in motion: Aber zunächst fungieren ja die verschiedenen Formen des Hybridantriebs als Zwischenschritt. Wie ist KSPG da aufgestellt? Esch: Wenn man an Hybrid denkt, denkt man im ersten Schritt immer an den elektrischen Antriebsmotor. Für Kolbenschmidt Pierburg tun sich dennoch große Potenziale in der Hybridisierung auf, weil das Zusammenspiel von Elektromaschine und Verbrennungskraftmaschine ein äußerst komplexer Vorgang ist. Da muss vieles geregelt und gesteuert werden. Wir müssen beispielsweise über Heizungen nachdenken, und dort bieten sich gerade auf dem Gebiet, das von den Geschäftsbereichen Pierburg und Pierburg Pump Technology (PPT) abgedeckt wird, hervorragende Entwicklungspotenziale. Dipl.-Ing. Andreas Rehl, Projektleiter Triebwerk und Tribologie im F&T-Bereich von KSPG, am Reibleistungsprüfstand in Neckarsulm. KSPG in motion: Wenn wir jetzt mal das Elektrofahrzeug und auch den Hybrid beiseitelassen und an die Weiterentwicklung konventioneller Motoren denken, stellt sich ja zunächst einmal die Frage nach den verfügbaren Brennstoffen. Wie sieht es denn da aus? Esch: Auch da gilt das Bild vom Blumenstrauß: Er wird größer und bunter. Die heutigen Brennstoffe Benzin und Dieselöl werden sicherlich nicht grundsätzlich vom Markt verschwinden. Was eine zunehmende Bedeutung einnehmen wird, sind entweder Beimischungen oder vielleicht in fernerer Zukunft auch 100-prozentige regenerative Kraftstoffe, beispielsweise Biofuel der 2. Generation. Hinzu kommt die Nutzungsmöglichkeit der vorhandenen Gase, die ja heute noch großteils abgefackelt werden. Und wie ich eingangs schon sagte, wird es damit immer schwieriger, eine Zwei-Tanksäulen-Strategie, wie wir sie früher einmal hatten, durchzuführen. Wir müssen davon ausgehen, dass es z.b. kommunale Flotten bei öffentlichen Verkehrsmitteln, Fahrzeuge von Stadtverwaltungen oder einen innerstädtischen Lieferverkehr geben wird, die mit ganz anderen Kraftstoffen betrieben werden als die Fahrzeugflotte, die sowohl in der Stadt als auch über Land eingesetzt wird. Und ich denke, das macht auch viel Sinn. KSPG in motion: Wie sieht es denn in der weiteren Kette aus? Wird sich beim Motor selber noch etwas tun oder anders gefragt: Ist der Verbrennungsmotor technisch am Rande seiner Entwicklungsmöglichkeiten? Esch: Gott sei Dank ist die Entwicklung nie zu Ende. Auch nach 125 Jahren Automobil tut sich ja noch etwas, und ich denke, der Wettbewerbsdruck durch die Elektromobilität hat dazu geführt, dass auf der so genannten konventionellen Seite deutlich größere Anstrengungen zur Optimierung der Antriebe gemacht werden. Aus meiner Sicht gibt es im Grundsatz zwei Hauptrichtungen: Bei Dieselmotoren wird die Entwicklung primär weitergetrieben durch das Bestreben, NOx und Feststoffe/Partikel zu reduzieren. Dieser Motor hat ja traditionell schon immer ein recht gutes Verbrauchsverhalten gehabt. Hingegen ist es beim Ottomotor genau umgekehrt: Von der Sauberkeit in puncto konventioneller Schadstoffe also NOx, HC, CO ist er sehr gut, muss aber beim Verbrauch noch besser werden. Beide Entwicklungsrichtungen haben hervorragende Potenziale insbesondere für die Zulieferindustrie, denn wir sind hier gefordert, unseren Interview mit Dr. Hans-Joachim Esch KSPG-Generalbevollmächtigter für Forschung und Technologie KSPG in motion: Wie sehen Sie das Marktpotenzial, und wo liegen die Vorteile von UniValve gegenüber anderen variablen Ventilsteuerungssystemen? Esch: Mit UniValve haben wir ein mechanisch robustes System, das auch von der Einbausituation sehr günstig ist. Im Vergleich zum Wettbewerb bietet es aus unserer Sicht den großen Vorteil, dass wir durch die rein mechanische Auslegung einen zuverlässigen Betrieb über die gesamte Lebensdauer des Motors wesentlich leichter darstellen können, als das bei hydraulischen Systemen der Fall ist. KSPG in motion: Sehen Sie andere motorische Bereiche, in denen KSPG mit neuen Produkten in den kommenden zehn bis 15 Jahren in den Markt gehen kann? Esch: Einer der wesentlichen Technologietreiber oder -trends in den nächsten Jahren ist die Abgasturboaufladung bei Ottomotoren. Während sie in der Vergangenheit eigentlich ein Nischenmarkt für Hochleistungsmotoren war, wird sie aus unserer Sicht in den nächsten fünf bis zehn Jahren zum Standard bei allen Ottomotoren werden, um mit dem so genannten Downsizing große Verbrauchspotenziale zu heben. Die Aufladung bei Ottomotoren bietet KSPG eine große Chance, denn wir haben an der Peripherie der Aufladung, also z.b. bei der Betätigung des so genannten Waste-Gates oder auch bei Schubumluftventilen ein bedeutendes Wachstumspotenzial. Außerdem ist da das Triebwerk, sprich Kurbelgehäuse und Kolben. Hier kommen große Herausforderungen auf uns zu, weil natürlich die Belastung dieser Bauteile bei der Aufladung stark zunimmt. Und auch das bietet uns Chancen, weil wir schon seit einigen Jahren sehr wettbewerbsfähige Kolbenschmidt Pierburg in motion Herausgeber: Kolbenschmidt Pierburg AG Karl-Schmidt-Str., D-74172 Neckarsulm www.kspg.com Verantwortlich: Peter Rücker, Folke Heyer, Rolf-D. Schneider die grundsätzlichen Zusammenhänge. Aufgabe der Zukunft wird es jetzt sein, diese Erkenntnisse auf den Vollmotor zu übertragen und die Vorteile auch am Vollmotor nachzuweisen. Das haben wir uns für dieses Jahr vorgenommen. KSPG in motion: Und der Bereich Gewichtsreduzierung? Wir stellen ja im Augenblick fest, dass die OEMs Allianzen zum Einsatz faserverstärkter Materialien schmieden, wie beispielsweise jüngst Audi mit Voith. Ist das auch für KSPG ein Zukunftsfeld im Rahmen des Leichtbaus? Esch: Leichtbau wird natürlich durch das Zusatzgewicht, das Hybridsysteme und insbesondere batterie-elektrische Fahrzeuge mit sich bringen, immer dringlicher. Und deswegen ist man offensichtlich heute auch bereit, in Lösungswege einzusteigen, die bisher aus Kostengründen nicht in Betracht kamen, dazu zählen auch faserverstärkte Werkstoffe. Gerade die KS Aluminium-Technologie hat schon seit Längerem Erfahrung mit Faserverstärkungen von Aluminiumwerkstoffen, und es ist nicht auszuschließen, dass wir in Zukunft dieses Themenfeld wieder aufgreifen, um zu noch günstigeren Gewichten zu kommen. KSPG in motion: Sehen Sie demgegenüber in der Abgasnachbehandlung noch Potenzial, oder wird sich das Spiel in Zukunft auf den Motor selber konzentrieren? Esch: Primär versucht man natürlich, alles innermotorisch zu erledigen. Da dürfen wir uns nichts vormachen; außermotorisch kann man keine Verbrauchsverbesserungen realisieren. Außerdem haben natürlich der Fahrer und das Fahrzeug selbst einen erheblichen Einfluß auf den realen Kraftstoffverbrauch. Folke Heyer Satz: Strack + Storch KG Gladbacher Straße 15 D-40219 Düsseldorf Druck: Druck & Medienservice Schürfeld Stolper Straße 8a, D-47269 Duisburg
msc/fhe Neckarsulm. Aufgrund ihrer geringen Akkukapazitäten sind die Reichweiten der derzeitigen ausschließlich batteriebetriebenen Elektrofahrzeuge begrenzt. Und wenn der Akku erst einmal leer ist, sind sie im Gegensatz zum schnellen Tanken konventioneller Antriebe erst nach längerer Aufladezeit wieder einsatzbereit. Um stressfrei das Ziel erreichen zu können, bietet sich daher der Einsatz von Range Extendern an, die wie ihr englischer Name schon sagt die Reichweite elektrisch betriebener Fahrzeuge im Bedarfsfall verlängern. Technisch gesehen handelt es sich dabei um zusätzliche Aggregate, in den meisten Fällen kleine Verbrennungsmotoren, die einen Generator antreiben. Dieser versorgt wiederum Akkumulator und Elektromotor mit elektrischer Energie. Kolbenschmidt Pierburg (KSPG) hat jetzt gemeinsam mit der FEV Motorentechnik GmbH ein Konzept für einen kompakten Range Extender mit einer Leistung von 30 Kilowatt entwickelt. Fotos: KSPG/shutterstock Das erstmals zur IAA 2011 vorgestellte Konzept besteht aus einem Zweizylinder-Ottomotor in V- Bauweise mit einer vertikal stehenden Kurbelwelle und zwei Generatoren mit Zahnradantrieb. Alle Komponenten bis auf den Kraftstofftank und den Kühler sind auf einem Tragrahmen montiert. Die stehende Kurbelwelle erfordert nur eine geringe Bauhöhe, so dass das Modul im Unterflurbereich eines Kleinwagens integriert werden kann und dabei beispielsweise in einer Reserveradmulde Platz findet. Diese Einbaumöglichkeit geht mit geringem Modifikationsaufwand gegenüber dem herkömmlichen Fahrzeugaufbau einher und belässt interessante Optionen für das Fahrzeug- Packaging sowie das Styling. Das weitgehend universell verbaubare Modul ermöglicht eine Begrenzung des Entwicklungsund Applikationsaufwands für den Aggregateund Fahrzeughersteller. Es ist so konzipiert, dass Bewusst an der Obergrenze Konzept für kompakten Range Extender die Schnittstellen im Fahrzeug auf ein Minimum reduziert sind und die Integration einschließlich Montage sich vergleichsweise unproblematisch gestaltet. Das Automobil kann deshalb mit oder ohne Range Extender produziert werden. Dies trägt dem Gedanken eines Baukastensystems Rechnung und ermöglicht es den Herstellern, den Range Extender beispielsweise als zusätzliche Ausstattungsoption anzubieten. Insgesamt erreicht der Range Extender mit den Generatoren und Anbauteilen ein Gewicht von gut 60 Kilogramm. Aufgrund seiner speziellen Konstruktion mit aktiver Schwingungskompensation und günstiger Aggregate-Lagerung weist er optimale Werte bei NVH (Noise-Vibration-Harshness) auf, so dass der Eindruck geräuscharmen elektrischen Fahrens durch das Anspringen des Range Extenders kaum beeinträchtigt wird. Der batterieelektrische Antrieb beschränkt sich derzeit noch auf das Kleinwagensegment. Ein nicht mit der Antriebsachse gekoppelter Range Extender, der sich auf die Stromerzeugung beschränkt, ist hier die adäquate Lösung. Für Fahrzeuge ab der Kompaktklasse, die nicht nur auf urbanen Kurzstrecken im Einsatz sind, sondern auch längere Überlandfahrten meistern sollen, sind andere hybride Antriebskonzepte besser geeignet. Der Einsatz des Range Extenders könnte aber den Einstieg in eine Generation batteriebetriebener Kleinwagen beschleunigen und den Gesetzgeber bei seinen Bemühungen um die CO2-Emissionsreduzierung unterstützen, denn die Vorteile derartiger Aggregate liegen unter anderem in Kosten- und Gewichtseinsparungen für verringerte Batteriegrößen. Mit ihrer Hilfe kann zudem die gewohnte Reichweite auch ohne lange Zwischen-Ladezeiten erzielt werden, wobei das zeitweilige Zuschalten des Range Extenders in Abhängigkeit von der gewählten Betriebsstrategie erfolgt. Dazu Prof. Dr. Eduard Köhler, in der Vorentwicklung der Kolbenschmidt Pierburg Gruppe zuständig für den Themenbereich Elektromobilität: Angesichts der vor uns liegenden anspruchsvollen CO2-Gesetzgebung ist der Range Extender aus unserer Sicht die Lösung der Zeit, denn er ermöglicht eine gegenüber der vorhandenen Batterietechnik erweiterte Mobilität und stellt dennoch im NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus) den geforderten geringen CO2-Ausstoß sicher. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass die derzeitige Gesetzgebung den Range Extender begünstigt. Damit könnte er als Brückentechnologie zum Wegbereiter für eine breitere Akzeptanz von Elektrofahrzeugen werden. Große Aufmerksamkeit hat Kolbenschmidt Pierburg bei seinem Konzept der Leistungsfähigkeit des Aggregats geschenkt. Eduard Köhler: Wir sind mit der Leistung von 30 Kilowatt bewusst an die obere Top aktuell: Gemeinsam mit der FEV Motorentechnik GmbH (Aachen) hat KSPG ein Konzept für einen kompakten Range Extender mit einer Leistung von 30 Kilowatt entwickelt. Grenze gegangen, um sicherzustellen, dass im Betrieb die im heutigen Überlandverkehr und auf Autobahnen geforderte not- wendige Agilität insbesondere auch ausreichende Fahrleistungen an Steigungen erreicht werden können. Die für Range Extender geforderte geringe Motorengröße befindet sich heute bei vielen Fahrzeugherstellern noch nicht im Portfolio. Hier bieten sich daher Chancen für Modulanbieter mit einbaufertigen Komplettlösungen. In Bezug auf die Verbreitung von Range Extendern geht die Unternehmensberatung McKinsey indes in ihrer Anfang 2011 veröffentlichten Studie Boost! davon aus, dass bei einem mäßig verschärften CO2-Grenzwert unter 100 Gramm CO2 pro Kilometer für das Jahr 2050 (Übergang auf Well-to- Wheel, also von der Energieerzeugung bis zum Auspuff gemessen) Elektrofahrzeuge mit Range Extender (REEVs) bis 2035 einen Anteil in der Größenordnung von 15% der Neuzulassungen erreichen können. Bei entsprechend verschärftem Szenario mit einem Grenzwert unter 40 Gramm CO2 pro Kilometer geht die McKinsey-Studie sogar davon aus, dass dieser Anteil bereits im Jahr 2030 überschritten wird und sich bis 2035 fast verdoppelt. Deutschland im Sommer 2011: Elektrischer Strom ist in aller Munde. Politisch wird ein beschleunigter Ausstieg aus der Kernenergie vorangetrieben. Fahrräder mit Hilfsmotor sind wieder in. Anders als der Klassiker, das Velo-Solex, nicht laut knatternd, sondern dank Elektromotor fast unhörbar summend. Auch das Auto soll künftig elektrisch angetrieben werden. Was vor wenigen Jahren als wenig ernst zu nehmende Nischentechnik belächelt wurde, gilt plötzlich einer ganzen Industriebranche als Entwicklungsleitbild. So schnell sich das Thema Elektromobilität auf den Agenden nach vorne drängte, so unübersehbar sind die damit verbundenen Aufgabenstellungen. Dabei ist die Beschäftigung mit Alternativen zum Ottomotor für die Automobilindustrie alles andere als neu. Bereits die Portierung der Dieseltechnik von Großmotoren und Lkw auf den Pkw war eine Pionierleistung, der anfangs wenig Potenzial beigemessen wurde. Flottenversuche mit Erdgas, Wasserstoff oder Brennstoffzellen in den 90er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts und erste Auseinandersetzungen mit Hybridantrieben in der zurückliegenden Dekade füllen viele Archivmeter. Und dennoch hat die Elektrifizierung des Antriebsstrangs eine neue Dimension. Die Herausforderungen lauten, Elektromotoren Kommentar Ein Spagat mit Anspruch in für Autos geeigneten Leistungsbereichen für die Großserienfertigung zu ertüchtigen, Speichertechnologien zu entwickeln, die eine gewisse Mindestreichweite ermöglichen sowie eine Infrastruktur aufzubauen, die ein engmaschiges Nachladen gestattet. Der damit verbundene Aufwand ist enorm. Deshalb lohnt es sich, die Vor- und Nachteile der einzelnen Antriebstechnologien ideologiefrei gegenüberzustellen: Der klassische Verbrennungsmotor darf nach 125 Jahren Automobilgeschichte als durchaus ausgereifte Technik betrachtet werden. Kontinuierliche Weiterentwicklungen am Motorblock sowie seinen Nebenaggregaten haben über die Jahrzehnte zu einer hohen Zuverlässigkeit geführt und gleichzeitig den Verbrauch sowie die Abgasemissionen deutlich gesenkt. Vorleistungen von Automobilherstellern und Zulieferern lassen erwarten, dass es damit weitergehen wird. Bei den Nachteilen des Verbrennungsmotors muss zunächst einmal der Wirkungsgrad genannt werden. Nur ein vergleichsweise geringer Anteil der eingesetzten Energie wird tatsächlich für den Vortrieb genutzt. Dazu kommt, dass sich bei weiteren Maßnahmen zur Effizienzsteigerung und Emissionsreduzierung zwar die Kosten kumulieren, die Effekte jedoch nicht. Foto: Thomas Klink Anders sieht es beim Elektroantrieb aus. Die Produktion künftiger Elektrofahrzeuge wirft zahlreiche Fragestellungen auf, die eine intensive interdisziplinäre Kooperation erfordern. Dabei stehen die vier Themenkomplexe Fahrzeugkonzepte, Batterien, Wertschöpfungsstrukturen und Produktionstechnik im Vordergrund. Damit verbunden ist die Aufgabe, bereits frühzeitig die Achsen so zu verknüpfen, dass die Spezifikationen der Systeme sowie der späteren Produktionsprozesse bestmöglich aufeinander abgestimmt sind. Die Kardinalsfrage, wann und mit welchen Stückzahlen sich der Markt für die Elektromobilität entwickeln wird, ist weiterhin offen. Nicht zuletzt deshalb, weil Elektrofahrzeuge wegen der teuren Batterien mit einem hohen Preisaufschlag gegenüber Autos mit Verbrennungsmotoren angeboten werden müssen. Denn mit der Batterietechnologie selbst steckt auch deren Produktionstechnik noch in den Kinderschuhen. Eng mit der Batterietechnik ist die Frage der Reichweite von Elekt rofahrzeugen verbunden. Als Brückentechnologie ist der Hybridantrieb in seinen verschiedenen Ausprägungen zu sehen. Eine Kombination von Verbrennungs- und Elektromotor kann in der Tat die Stärken beider Technologien verbinden. Leider addieren sich jedoch auch die Kosten und schmälern so die Akzeptanz auf den Märkten. Für die Automobilhersteller und ihre Zulieferer ist das Nebeneinander an Technologien, die es zumindest vorübergehend parallel gibt, mit einer hohen Komplexität verbunden. Die Aufgabe lautet nicht weniger, als die Grundsatzentwicklungen zur Elektromobilität weiter voranzutreiben, gleichzeitig weitere Optimierungen an Verbrennungsmotoren vorzunehmen und überdies Zwischentechnologien wie das HCCI-Brennverfahren oder alternative Kraftstoffe nicht aus den Augen zu verlieren. Auch wenn dies mit einem Kraftakt verbunden ist, lohnt es sich, am Ball zu bleiben. Gilt es doch, im Mutterland des Automobilbaus auch für die Zukunft die Nase technologisch vorne zu halten. Stefan Schlott
Foto: Michael Rennertz Foto: Thomas Klink Nachhaltige Reduktion: Dipl.-Ing. Heinrich Dismon, Leiter der Vorentwicklung bei KSPG, präsentiert das mechanisch vollvariable Ventiltriebsystem UniValve, mit dem der Kraftstoffverbrauch um bis zu zehn Prozent verringert werden kann. Neuss. Die gesetzlichen Vorschriften zur Schadstoffreduzierung werden stetig verschärft. Die heute beispielsweise im Pkw-Sektor gültige Euro-5-Norm wird 2014 durch Euro 6 abgelöst, und auch die nächste Version der Abgasnorm aus Brüssel ist zu erwarten. Unterdessen versuchen die Hersteller durch inner- und außermotorische Maßnahmen den Schadstoffausstoß moderner Motoren weiter zu senken. Wesentliche Fortschritte bei der Stickoxidminderung von Dieselmotoren etwa wurden im Hinblick auf Euro 5 unter anderem mit der externen gekühlten Abgasrückführung erzielt. Systeme und Komponenten für dieses Verfahren werden seit einigen Jahren unter anderem von Pierburg entwickelt und hergestellt. Aber die Entwicklung geht schon weiter: Die derzeitigen Hochdruck-AGR-Systeme sollen schon bald durch Niederdruck-AGR-Systeme ergänzt werden, mit denen sich die Vorgaben der Euro-6-Norm einfacher erreichen lassen. Auch bei Ottomotoren gibt es noch Luft nach oben, etwa durch den Einsatz von Sekundärluftsystemen oder durch Abgasturbolader, die wie heute schon bei Dieselantrieben Gang und Gäbe sparsamere Motoren mit hoher Leistung ermöglichen. Dazu erforderliche Komponenten wie etwa elektrische Wastgate-Aktuatoren werden bei Pierburg mit Hochdruck entwickelt. Für die Abgasnormen von heute und morgen Spezialist bei Verbrauchs- und Schadstoffreduzierung Eine weitere Innovation, die schon bald auf den Markt kommen soll, ist die variable Ventilhubsteuerung Uni- Valve, mit der sich der Kraftstoffverbrauch von Otto-Saugmotoren in Verbindung mit Nockenwellenphasenstellern um bis zu 10 Prozent reduzieren lässt. Darüber hinaus leistet das Unternehmen auch Pionierarbeit bei alternativen Antriebskonzepten. So soll demnächst ein Rezirkulationsgebläse, mit dem Wasserstoff durch den sogenannten Stack von Brennstoffzellen gefördert wird, in Serie gehen wenn auch zunächst nur mit kleinen Stückzahlen (siehe Kasten). Je weniger Kraftstoff ein Fahrzeug verbraucht, desto weniger Abgase und mithin Schadstoffe werden in die Luft geblasen. Diese Faustformel gilt seit jeher. Allerdings ist der Begriff Schadstoff mittlerweile neu definiert worden. Denn im Zeichen der globalen Klimaerwärmung rangiert Kohlendioxid (CO2) inzwischen auf Platz 1 der gesetzlichen Vorschriften, obwohl dieses Gas anders als etwa die giftigen Stickoxide wie NO oder NO2 ein natürlicher Bestandteil der Luft ist. Die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte ist für die Automobilhersteller sozusagen die Eintrittskarte in den Markt. Denn ansonsten können sie ihre Fahrzeuge gar nicht erst verkaufen, erklärt Dipl.-Ing. Heinrich Dismon, Leiter der Vorentwicklung bei Kolbenschmidt Pierburg (KSPG). Mit der Entwicklung der externen gekühlten Abgasrückführung konnte der Schadstoffausstoß von Dieselmotoren schon deutlich gesenkt werden. Aber mit der Euro-6-Norm werden die Hürden nochmals höhergelegt. Deshalb arbeiten wir momentan an Komponenten für Niederdruck-AGR- Systeme, die u.a. aufgrund besserer Kühlraten nochmals effizienter sind als die bisherigen Hochdrucksysteme, so Dismon. Zudem könne mit diesem System auch der Kraftstoffverbrauch um bis zu 2 Prozent reduziert werden. Denn die Abgase werden erst hinter dem Abgasturbolader entnommen, wodurch sich Wirkungsgradvorteile am Lader erschließen lassen. Aber auch beim Ottomotor sind aus Sicht des Abgasexperten die Spielräume für Verbesserungen längst noch nicht ausgereizt. Denn dort geht der Trend ebenso wie bei den Dieselantrieben hin zu kleineren und damit leichteren Motoren, die j e d o c h vor ein üp- Drehmoment bieten Stichwort Downsizing. nach wie piges Dabei werden Abgasturbolader eine wichtige Rolle spielen. Damit die so aufgeladenen Motoren jederzeit sofort auf das Gaspedal ansprechen, sind schnelle und präzise Regeleingriffe am Abgasturbolader notwendig. Hierzu entwickeln wir neue Produkte wie beispielsweise Wastegate-Aktuatoren (Foto unten), die rein elektrisch betrieben werden. Diese regeln betriebspunktunabhängig den Bypasspfad der Abgasturbine, berichtet Dismon. Überhaupt würden künftig viele elektropneumatische und elektrohydraulische Systeme auf rein elektrische Lösungen umgestellt, wodurch ein weites Betätigungsfeld für die Gruppe entstehe. Quantensprünge in Sachen Verbrauchsreduzierung seien bei Ottomotoren indessen nur durch Entdrosselung und somit mit Systemen für den Ladungswechsel zu realisieren, ist der Vorentwicklungsleiter überzeugt. Deshalb stelle sich KSPG auf diesem Gebiet neu auf. So hat das Unternehmen 2011 alle Rechte an dem UniValve - System der entec CONSULTING GmbH (Hemer) übernommen. Dazu Dismon: Dabei handelt es sich um eine variable rein mechanische Ventilhubsteuerung. Automobilbauer, die eigene Ventilsteuersysteme entwickelt haben, stellen diese natürlich ungern dem Wettbewerb zur Verfügung. Darin liegt die Chance für KSPG: Wir entwickeln gerade gemeinsam mit einem großen Fahrzeughersteller Prototypen eines relativ kleinen Ottomotors. Außerdem haben bereits weitere Hersteller Interesse an unserer Ventilsteuerung bekundet, sagt der Vorentwicklungsleiter. Das erscheint auch nicht weiter verwunderlich. Denn mit UniValve lässt sich der Durst der Motoren um bis zu 10 Prozent verringern. Dr. Thomas Oelschlägel Foto: Christoph Schuhknecht Foto: KSPG Bei Brennstoffzelle mit von der Partie Die Kolbenschmidt Pierburg AG (KSPG) steht traditionell für Komponenten rund um den Verbrennungsmotor. Zugleich leistet der Automobilzulieferer jedoch seit nunmehr zehn Jahren ebenso Pionierarbeit für elektrische Antriebe, will heißen bei Nebenaggregaten für Brennstoffzellenmodule. Zu Beginn reichte dieses Engagement von der Sensorik, über elektrische Kühlmittelpumpen bis hin zu mechatronischen Regelventilen. Heute liegt der Fokus auf Peripheriesystemen für den so genannten Stack der Brennstoffzelle, also dem Ort, an dem aus der kalten Verbrennung von Wasser- und Sauerstoff elektrische Energie erzeugt wird. Da die Spannung einer einzelnen Brennstoffzelle nur für den Betrieb einer Glühbirne ausreicht, müssen im Fahrzeug viele Zellen aneinander gestapelt, sozusagen in Reihe geschaltet werden. Ein solcher Stapel (auf Englisch: stack ) funktioniert mittels einer speziellen Membrane, die gleichmäßig mit Brennstoff und einem Elektrolyt versorgt wird. Dazu hat KSPG für einen großen Automobilhersteller ein so genanntes Rezirkulationsgebläse entwickelt, das demnächst in einer Kleinserie produziert wird. Zwar handelt es sich zunächst nur um sehr geringe Stückzahlen, aber es laufen bereits Gespräche über eine Beteiligung an weiteren Brennstoffzellen-Programmen dieses Herstellers. Da bei Fahrzeugen mit einem solchen Antrieb Emissionen lediglich in Form von Wasserdampf aus dem Auspuff kommen, scheint diese Technologie auf den ersten Blick sehr umweltfreundlich. Jedoch hängt die Energiebilanz letztlich von der gesamten Emissionskette ab, oder anders ausgedrückt: Erst wenn der für die Herstellung des Wasserstoffs erforderliche elektrische Strom ausschließlich aus regenerativen Energien wie Wind, Wasser und Sonne erzeugt wird, ist das schadstofffreie Fahrzeug Realität. tho
Bremskraftverstärkung beherrscht das Segeln Vakuumpumpe für Elektrofahrzeuge Achim Brömmel, Leiter Entwicklung bei Pierburg Pump Technology: Bei Hybridfahrzeugen kann die elektrische Vakuumpumpe das rein elektrische Fahren bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor möglich machen, wobei stets die volle Bremskraftunterstützung erhalten bleibt. msc Neckarsulm. Hydraulische Bremsanlagen haben sich vor Jahrzehnten flächendeckend im Automobilbau durchgesetzt. Die Systeme sind einfach aufgebaut, dauerhaltbar und erreichen durch den Einsatz pneumatischer Bremskraftverstärker ein bis dahin unerreichtes Maß an komfortablem Pedalgefühl und Bediensicherheit. In modernen Fahrzeugen entfällt aus Gründen der höheren Effizienz immer häufiger der Unterdruckaufbau des Ottomotors, der bis dato die Pneumatik speiste. Seither ist es dank moderner Vakuumpumpen möglich, dass dieses kosteneffiziente, robuste und komfortable Bremssystem beibehalten werden kann. Nicht zuletzt im Hinblick auf alternative Antriebssysteme wird die Pierburg Pump Technology GmbH künftig eine elektrisch betriebene Vakuumpumpe anbieten, die als trocken laufende Flügelzellenpumpe konzipiert ist. Sie dient als alleinige Unterdruckquelle und bleibt ein Fahrzeugleben lang wartungsfrei. Damit setzt Pierburg Pump Technology ihren eingeschlagenen Weg der Elektrifizierung von Neben aggregaten des Motors konsequent fort. Das Bremsen ist beim Autofahren lebenswichtig infolgedessen wird hersteller- und kunden- seitig größter Wert auf einen sicheren Betrieb der pneumatischen Bremsanlage gelegt. Der Unterdruckaufbau der elektrischen Pumpenvariante entspricht deshalb auch dem der millionenfach bewährten mechanischen Unterdruckpumpen und gewährleistet, dass die Pumpe den Bremskraft- verstärker beispielsweise auch bei sehr häufigen Bremsmanövern oder beim Betrieb in schweren Geländewagen optimal versorgt. Auch in Fällen, in denen gänzlich auf eine mechanische Pumpe verzichtet wird also bei einer Auslegung als Stand-alone Lösung ist die neue kuumpumpe in der Lage, die durch ein modernes, Va- leistungsfähiges Bremssystem gestellten Anforderungen zu erfüllen. Bei Hybridfahrzeugen macht sie außerdem das rein elektrische Fahren bei abge- schal- tetem Verbrennungsmotor möglich, wobei stets die volle Bremskraftunterstützung erhalten bleibt. Dazu Achim Brömmel, Leiter Entwicklung bei Pierburg Pump Technology: Die neue Vakuumpumpe gestattet darüber hinaus den Betriebsmodus des so genannten Segelns, wie er bei Hybridfahrzeugen vorkommt. Dabei handelt es sich um einen Modus, in dem der Antrieb während der Fahrt abgeschaltet und entkoppelt ist und aufgrund des fehlenden Widerstandes durch den Antriebsstrang eine zusätzliche Energieeinsparung erfolgt. Aber auch bei konventionellen Antrieben bietet die elektrische Pumpenvariante zusätzliche Vorteile. Herkömmliche mechanische Vakuumpumpen, die direkt an den Verbrennungsmotor gekoppelt sind, sind zwar kostengünstig, haben jedoch den Nachteil, dass sie im Fahrzeugbetrieb auch ohne Bedarf stetig mitlaufen betriebspunktabhängig auch mit hohen Drehzahlen. Die elektrische Vakuumpumpe wird dagegen abgeschaltet, wenn kein Bremsdruck abgerufen wird. Sie spart dadurch Kraftstoff und reduziert Emissionen. Achim Brömmel erläutert weitere Vorzüge: Durch den Entfall der ständig laufenden mechanischen Pumpe wird darüber hinaus das Motoröl-Schmiersystem entlastet. Daher kann die entsprechende Ölpumpe kleiner dimensioniert werden, was wiederum die Effizienz des Antriebs steigert. Außerdem kann die Pumpe unabhängig von anderen Aggregaten installiert werden. Als schnelle und unkomplizierte Applikation bietet sie erhebliche Vorteile und kann im Rahmen einer Gleichteilestrategie eingesetzt werden. Das minimiert Applikationszeiten und -kosten. Fotos (2): Thomas Klink Foto: KSPG Bild: Christoph Schuhknecht Neuss. Elektrische Kühlmittelpumpen der Pierburg Pump Technology GmbH (PPT) werden heute sowohl bei Fahrzeugen mit konventionellen als auch alternativen Antrieben eingesetzt. Bei Verbrennungsmotoren können mit ihnen Verbrauch und CO2-Emission um bis zu 3 Prozent reduziert werden. Denn im Unterschied zu ihren mechanischen Pendants ermöglichen sie eine optimale Anpassung der Kühlung an die jeweilige Motorleistung und andere Einflußfaktoren wie zum Beispiel die Umgebungstemperatur, also ein Thermomanagement. Und bei Fahrzeugen, die zeitweise wie Hybrid-Modelle oder ständig von Elektromotoren angetrieben werden, geht ohne elektrische Kühlmittelpumpen gar nichts mehr. Denn die teuren Batterien müssen aktiv gekühlt werden, um nicht zu heiß zu werden, ansonsten könnten sie Schaden nehmen. Und auch die Leistungs- und die Ladeelektronik müssen entsprechend temperiert werden. Die ständigen Ladezyklen stellen zudem besondere Anforderungen an das Stehvermögen der Pumpen. Denn unterm Strich kommen so mindestens fünfmal mehr Betriebsstunden als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor zusammen. Auch bei Elektroantrieben zu Hause Elektrische Kühlmittelpumpen sorgen für eine effiziente Temperaturregelung Verbrennungsmotoren können grundsätzlich sowohl mit mechanischen, also riemengetriebenen Pumpen als auch mit elektrischen gekühlt werden. Sitzen die Motoren jedoch in Hybrid- Fahrzeugen, wo zusätzlich noch ein Elektroantrieb unter der Haube steckt, führt kein Weg an elektrischen Kühlmittelpumpen vorbei. Sonst würden in dem Moment, wo der Verbrennungsmotor nicht mehr läuft, sämtliche Kühlkreisläufe zusammenbrechen, erläutert Dipl.-Ing Thomas Wienecke, der im Entwicklungsressort der PPT die Produktentwicklung für elektrische Kühlmittelpumpen leitet. Das hätte auch fatale Auswir- kungen für den Elektroantrieb. Denn sowohl die Batterien als auch die Leistungselektronik, mit der die Energie für die Einspeisung in den Antrieb umgeformt wird, und die Ladeelektronik würden schnell zu heiß werden und irgendwann versagen. Elektrische Kühlmittelpumpen von PPT sind in zahlreichen Hybrid-Modellen, die heute angeboten werden, vertreten. Außerdem werden sie seit mehreren Jahren in Versuchsfahrzeugen mit elektrischem Brennstoffzellen-Antrieb erprobt. Dabei werden heute 12V Pumpen verwendet anders als in der Vergangenheit, wo noch Hochvoltpumpen zum Einsatz kamen. Dazu Wienecke: Die Batterien haben eine Spannung zwischen 250 und 400 Volt. Deshalb liegt es nahe, Pumpen direkt über das HV Bordnetz zu versorgen. Die Pumpen müssen aber hinsichtlich der Isolation ganz andere Anforderungen erfüllen als bei einem herkömmlichen 12-Volt- Bordnetz. Über kurz oder lang kann er sich für Brennstoffzellen-Antriebe und Hybrid-Fahrzeuge eine höhere Betriebsspannung vorstellen. Denn dadurch lasse sich der Wirkungsgrad der Pumpen deutlich erhöhen. Allerdings gelte dies auch für den Preis, so der Pumpen-Experte. Deshalb müssten hinter spezi- Bei Hybrid-Fahrzeugen führt kein Weg an elektrischen Kühlmittelpumpen vorbei. In dem Moment, in dem der Verbrennungsmotor nicht mehr läuft, würden sämtliche Kühlkreisläufe zusammenbrechen, erläutert Dipl.-Ing Thomas Wienecke, der bei PPT die Produktentwicklung für elektrische Kühlmittelpumpen leitet. ellen Lösungen in der Regel auch entsprechende Stückzahlen stehen. Bei Fahrzeugen, die ausschließlich elektrisch angetrieben werden, müssen Kühlmittelpumpen zudem besonders hohe Anforderungen in puncto Betriebsdauer erfüllen. Diese beträgt bei Modellen mit Verbrennungsmotor durchschnittlich 7.000 Stunden, was einer Fahrleistung von circa 250.000 Kilometern entspricht. In einem Entwicklungsauftrag für eine Kühlmittelpumpe eines Elektrofahrzeugs lautete die Anforderung des Herstellers sogar 40.000 Stunden, berichtet Wienecke. Der Grund für diese sehr hohen Parameter liegt in dem besonderen Fahrzyklus der Elektromobile. Denn jede Stunde Weges erfordert ein Vielfaches an Ladezeit, in der die Pumpen nach wie vor gefordert sind. Diese haben bisher 20.000 Stunden auf den Prüfständen der PPT zuverlässig absolviert. Von dieser Basis aus werden die Experten des Unternehmens die zweite Hälfte mit ausgeklügelten Methoden hochrechnen. Sonst kämen gut und gerne fünf Jahre zusammen. So viel Zeit hat man in der Entwicklung schlichtweg nicht, konstatiert Wienecke. PPT hat jedoch auch ein umfassendes Produktportfolio von der Stange. Die Leistung dieser Kühlmittelpumpen reicht von 15 bis 400 Watt, oder anders ausgedrückt: Die größte Pumpe hat ein Fördervolumen von 9.000 Litern pro Stunde und die kleinste Ausführung bringt es auf 1.000 Liter. Insgesamt werden zurzeit sieben unter- schiedliche Größen angeboten. Künftig sollen noch weitere Ausführungen hinzukommen, um für jede Anforderung eine Pumpe mit optimalem Preis-Leistungs-Verhältnis anbieten zu können denn elektrische Power kostet nun mal Geld. So werden zurzeit eine 20- und eine 35-Watt-Pumpe entwickelt. Da die elektrischen Kühlmittelpumpen sowohl in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor als auch in Hybrid-Modellen oder reinen Elektromobilen eingesetzt werden können, blickt Wienecke optimistisch in die Zukunft: Wohin die Reise bei den Antrieben auch immer geht, wir können jederzeit flexibel auf die Anforderungen des Marktes reagieren, ist er sicher. tho Foto: KSPG
Unterstützung für s Thermomanagement Magnetventile: Kleine Bauteile mit großer Wirkung für die Umwelt Neuss. Um die immer anspruchsvolleren internationalen Abgasnormen zu erfüllen, müssen die Automobilhersteller und deren Zulieferer an zahlreichen Stellschrauben drehen. Zusätzlich wird das vorhandene Potenzial zur Verbrauchsminderung in allen Bereichen gehoben. So stellt die Pierburg GmbH beispielsweise Magnetventile her, die zur CO2- len zu erreichen. Dazu Dr. Sonnenschein: Wenn ein kleines Standardventil mit nur halb so viel elektrischer Energie geschaltet würde, kann das schon 0,2 Gramm CO2 pro Kilometer einsparen. Unter dem Strich kann so einiges zusammenkommen. Und angesichts drohender EU-Pönalen ist jedes eingesparte Gramm Klimagas wichtig. Reduktion von Motoren an den unterschiedlichsten Deshalb hat Pierburg ein Magnetventil entwickelt, das Stellen zum Einsatz kommen. Dies immer mit dem auf einem vom Unternehmen patentierten Druck- Ziel, den Schadstoffausstoß weiter zu reduzieren, nicht zuletzt durch einen minimierten ses Ventil einen geringeren Strom- und damit Kraftstoffverbrauch. Schaltwiderausgleichsverfahren beruht. Dadurch hat die- Mit Magnetventilen werden bei Pierburg heute stand und benötigt damit auch beispielsweise Abgas- weniger Kupfer, und Bypassklappen von Systemen zur gekühlten d.h. es zieht nicht viel Strom und ist Abgasrückführung bei Die- leichter und preiswert, selmotoren gesteuert. Um erläutert Dr. den CO2-Ausstoß weiter zu reduzieren, rücken Ventile für Sonnenschein. Daher sei es für Anwendungen das Thermomanagement der des Antriebe immer stärker in den Motorölkreislaufs Vordergrund. Denn mit ihrer Jüngste bestens geeignet, Hilfe ließen sich zum Beispiel Innovation: etwa für eine variab- Ölkreisläufe gezielter steuern. elektrische le Steuerung des Öl- Ein Beispiel dafür sei das Öl in Schubumluftventile, drucks. Denn mit elekt- Getrieben, sagt Dr. Karsten Sonnenschein (Foto oben), Leiter der die in nahezu jedem rischen Pumpen lässt sich neueren aufgelade- dieser Druck optimal an die je- Pierburg Business Unit Magnetventile. Denn wenn es nach dem Start des nen Benzin-Motor weilige Lastsituation des Motors vorhanden sind. anpassen ein weiterer Schritt auf Motors zunächst über Komponenten, die schnell warm werden, wie etwa einen integrierten Abgaskrümmer, die Abgasrückführung oder den Turbolader geleitet würde, könne die Reibung im Getriebe in der Startphase deutlich reduziert werden, was wiederum CO2 einspare. Um dieses Ziel zu erreichen, muss der Ölfluss exakt gesteuert werden, was nur mit elektrisch geschalteten Ventilen möglich ist. Gleiches gilt für die zunehmend im Markt verbreiteten variablen Ölpumpen für den Motorölkreislauf. Aber Strom kommt bekanntlich nicht einfach aus der Steckdose, sondern im Falle eines Fahrzeuges von der Lichtmaschine, die wiederum Kraftstoff verbraucht und so für den CO2-Ausstoß mitverantwortlich ist. Ziel ist es also, eine möglichst geringe Schaltleistung auch bei den Venti- Obwohl in den vergangenen Jahren bereits viel erreicht wurde, bietet der Verbrennungsmotor nach wie vor Potenzial für weitere Verbesserungen. Denn die Verringerung des Hubraums bei gleicher Motorleistung und mittels Aufladung Stichwort Downsizing ist ein ungebremster Trend. Das ist auch nicht verwunderlich, denn kleine, mittels Abgasturbolader aufgeladene Motoren haben einen geringeren Kraftstoffverbrauch, ohne auf Leistung verzichten zu müssen. Und weniger Verbrauch an fossilen Brennstoffen bedeutet gleichzeitig eine Reduzierung der CO2-Emissionen. Komponenten für die Aufladung von Verbrennungsmotoren machen einen Großteil der Geschäftsaktivitäten des Bereiches Magnetventile der Pierburg GmbH (Neuss) aus. Bei den dazu eingesetzten elektropneumatischen Ventilen dem Weg der stetigen Reduzierung des Verbrauchs und damit des Schadstoffausstoßes von Verbrennungsmotoren. Und wie sieht es für die Zukunft aus? Auch da zeichnen sich für Dr. Karsten Sonnenschein im Bereich Magnetventile weitere Betätigungsfelder beispielsweise im Thermomanagement von Elektrofahrzeugen oder in Bezug auf die weitere CO2-Reduktion ab, denn um die vorgeschriebenen Grenzwerte zu unterschreiten, werden von den Automobilherstellern derzeit alle Register gezogen: Wir verfügen über eine jahrzehntelange Erfahrung bei Steuerungs- und Regelaufgaben, die mit Hilfe von Magnetventilen bewerkstelligt werden können, und werden unsere Kompetenz in diesem Bereich auch im Zuge der Weiterentwicklung der Antriebstechnik einbringen. Dr. Thomas Oelschlägel Innovationen für turbogeladene Motoren ist das Unternehmen heute weltweit Marktführer. Zu den jüngsten Innovationen zählen etwa elektrische Schubumluftventile, die in nahezu jedem neueren aufgeladenen Benzin-Motor vorhanden sind. Momentan wird ein ent sprechendes Ventil mit nochmals reduziertem Gewicht entwickelt. Dadurch verringert sich außerdem der dafür benötigte Bauraum. Ein weiteres Beispiel für neue technologische Lösungen von Pierburg ist ein elektrischer Wastegate -Aktuator, mit dem sich kurz gesagt der Ladedruck noch exakter als mit den bisher dafür verwendeten Druckdosen steuern lässt. Außerdem kann dieser Aktuator in On-Board- Diagnose-Systeme von Fahrzeugen eingebunden werden. Diese Neuentwicklung befindet sich aktuell im B-Muster- Status. tho Foto: Thomas Klink Foto: Christoph Schuhknecht Illustration: KSPG Kaufering. Die Forderung nach Hybrid- und Elektroantrieben ist mit großer Wucht über die Automobilhersteller und ihre Zulieferer hereingebrochen. Zu behaupten, dies sei plötzlich und unerwartet geschehen, wäre indes falsch. Bereits seit Jahren sind Vorboten des Paradigmenwechsels zu beobachten. Die ingenieurtechnische Auseinandersetzung mit der effizientesten und am besten geeignetsten Motorisierung von Automobilen ist so alt wie das Auto selbst. Bereits in der Frühzeit des Automobilbaus standen Elektro- und Verbrennungsantriebe in Konkurrenz zueinander. Dass sich im zurückliegenden 20. Jahrhundert schließlich Otto- und Dieselmotoren durchsetzen konnten, lag an der Verfügbarkeit billiger und energiereicher petrochemischer Kraftstoffe. Dass diese bei allen Unwägbarkeiten der Prognosen zu ihrer Reichweite endlich sind, wurde erstmals während der Ölkrise in den 70er-Jahren deutlich. Auswirkungen hatte dies zunächst nicht. Die Autofahrer schimpften über hohe Benzinpreise und tankten weiter. Auch die Stimmen grüner Interessengruppen, die Ressourcenverbrauch und Emissionen beklagten, wurden lange Zeit allenfalls zur Kenntnis genommen. Ein Stimmungswechsel zeichnete sich Ende der 90er-Jahre im Umfeld des Klimagipfels von Kyoto ab. Vor dem Hintergrund von Ozonloch und Klimawandel schienen die erforderlichen Gegenmaßnahmen plötzlich dringlicher zu werden. Obwohl der Straßenverkehr nur zu einem geringen Prozentsatz an den Emissionen von CO2 und anderen Schadstoffen beteiligt ist, geriet die individuelle Mobilität ins Visier. Nur folgerichtig waren nicht nur Politiker und Klimaforscher nach Kyoto gereist. Auch die Automobilindustrie nahm indirekt am Klimagipfel teil. So nutzte BMW eine Begleitausstellung zu der Veranstaltung, um intensiv für Wasserstoffantriebe zu werben. Andere OEMs präsentierten Brennstoffzellenkonzepte. Elektrofahrzeuge, wie sie heute in aller Munde sind, spielten noch keine Rolle. Höchstens in Form selbstgebastelter Solarfahrzeuge. Als direkte Folge von Kyoto verschärften die Regierungen in allen wichtigen Automobilmärkten zunächst einmal die Emissionsgrenzwerte. Gleichzeitig verstärkten Automobilhersteller und Zulieferer ihre Bemühungen um weitere Optimierungen des verbrennungsmotorischen Antriebs. Mit durchaus respektablen Erfolgen. Über die Optimierung von Diesel und Benziner haben wir in den vergangenen Jahren bereits den Kraftstoffverbrauch um 15 Prozent reduziert, heißt es beispielsweise in einem Politikbrief des Verbands der Automobilindustrie (VDA) aus dem vergangenen Jahr. Weitere 25 Prozent Einsparvolumen stellt die Veröffentlichung für die nächsten Jahre durch Downsizing und ein optimales Energiemanagement in Aussicht. Langsam entwickelte sich nebenbei die Beschäftigung mit Hybrid- und Elektroantrieben. Die geringe Marktresonanz von Fahrzeugen wie dem EV-1 von General Motors oder der ersten Generation des Toyota Prius ließen das Engagement zunächst jedoch überschaubar bleiben. Antriebstechnik ist im Wandel Ganz anders der allgemeine Fahrzeugabsatz. Nach Zahlen des Branchendienstes Polk wurde 2010 weltweit erstmals die Zahl einer Milliarde zugelassener Fahrzeuge erreicht. Durch die zunehmende Motorisierung auf den Emerging Markets und allen Umweltdiskussionen zum Trotz mit weiter steigender Tendenz. Krux dabei: Die erhöhten Umweltstandards der Fahrzeuge können die Umweltbelastungen durch die hohe Zahl an Neuzulassungen nicht ausgleichen. Diese Erkenntnis, eine gestiegene Sensibilität gegenüber ökologischen Fragestellungen in weiten Teilen der Gesellschaft und nicht zuletzt die Fortschritte bei den verfügbaren Technologien haben zwischenzeitlich zu einem Umdenken geführt. Elektroantriebe gelten nicht mehr als Nischentechnik, sondern als wichtiges Innovationsfeld. In der Branche gilt es als ausgemacht, dass die Zukunft des Automobils elektrisch sein wird. Offen ist nur die Frage, wann diese Zukunft beginnen wird. Die politischen Vorgaben in Deutschland sind durch die Ausrufung der Nationalen Plattform Elektromobilität im Mai 2010 ambitioniert. Gleichzeitig hat international ein Rennen um die besten Startpositionen für den Zukunftsmarkt begonnen. Für Dr.-Ing. Joachim Schneider, Präsident des Verbands der Elektrotechnik (VDE), ist die Elektromobilität ein Paradigmenwechsel, der dem Automobilbau ganz neue Potenziale eröffnet. Auch eine Trendumfrage unter 1.300 VDE-Mitgliedsunternehmen ergab eine hohe Affinität gegenüber dem Thema. Die wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Potenziale der Elektromobilität sehen die Studienteilnehmer vor allem in der angestrebten Technologieführerschaft, in einer Stärkung des Wirtschaftsstandorts Deutschland, im Umweltschutz sowie in der Nutzung knapper Energieressourcen. Zudem sind etwa zwei Drittel der Befragten der Meinung, dass Elektrofahrzeuge in der Bevölkerung auf hohe Akzeptanz treffen und ihr Ausbau einen wichtigen ökologischen Beitrag zum Erreichen der EU-Emissionsziele leistet. Ob dem wirklich so ist, wird letztlich auch eine Frage der Preisgestaltung sein. Bereits bei der Einführung von Fahrzeugen mit Erdgasantrieb mussten die OEMs die Erfahrung machen, dass ein Preisaufschlag von rund 1.500 Euro gegenüber Benzinern sehr bremsend sein kann. Nach aktuellen Prognosen wird es auch mittelfristig bei Elektrofahrzeugen mit 1.500 Euro Mehrkosten nicht getan sein. Insofern bleibt abzuwarten, ob bei den Verbrauchern das grüne Gewissen über rein kaufmännische Überlegungen siegen wird. Oder aber, wann der Ölpreis so gestiegen sein wird, dass er die aktuellen Kostennachteile der Elektromobilität neutralisiert. Stefan Schlott
Aluminium verleiht Fahrzeugen Flügel Motorblöcke und Fahrwerksteile in Leichtbauweise Fotos (4): Thomas Klink tho Neckarsulm. Nach dem Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) lassen sich pro 100 Kilogramm weniger Gewicht rund 0,35 Liter Kraftstoff einsparen. Dadurch kann der CO2-Ausstoß bei Ottomotoren um 8 und bei Dieselmotoren um bis zu 9 Gramm reduziert werden. Damit Fahrzeuge beim Gewicht weiter abspecken, ist jedoch ein Bündel von Maßnahmen erforderlich. Als Spezialist für Gießverfahren stellt die KS Aluminium-Technologie GmbH Motorblöcke aus Aluminium her, die deutlich leichter sind als Motorblöcke aus Grauguss. Eine spezielle Beschichtung der Zylinder, an der die Experten des Unternehmens gerade arbeiten, wird in absehbarer Zeit zusätzliches Einsparpotenzial bieten und zugleich den Wirkungsgrad der Motoren erhöhen. Außerdem laufen Entwicklungsprojekte, mit denen Fahrwerksund Strukturbauteile aus Eisenguss oder Stahlstrukturen durch entsprechende Bauteile aus Aluminium ersetzt werden sollen ein zusätzliches Betätigungsfeld für das Neckarsulmer Unternehmen. Aluminium ist mit einem Dichteindex von 2,7 fast um den Faktor 3 leichter als Stahl. Das bedeutet aber nicht, dass ein Motorblock aus diesem Material zwangsläufig um zwei Drittel leichter ist als ein Pendant aus Grauguss, betont Dr. Christian Klimesch (Foto rechts), Leiter Produktentwicklung bei KS Aluminium-Technologie. Denn bei Stahl könnten die Wände dünner gegossen werden. Deshalb müssten bei Aluminium-Motorblöcken Versteifungsrippen eingebracht werden, was sich wiederum in zusätzlichem Gewicht niederschlägt. Unter dem Strich geht der Guss-Experte jedoch von einem Einsparpotenzial bei Ottomotoren von bis zu 40 Prozent und bei Dieselmotoren von bis zu 35 Prozent aus, jeweils bezogen auf einen vergleichbaren Grauguss-Motorblock. Darüber hinaus sieht Dr. Klimesch auch noch Möglichkeiten bei den Wandstärken der Aluminium-Motorblöcke, die heute in der Regel im Niederdruckkokillenguss bei 4,5 Millimetern liegen: Die Tendenz geht in Richtung 4 Millimeter. Aber das ist schon die hohe Kunst. Im Druckgussverfahren können heute bereits Wandstärken um 3,5 Millimeter dargestellt werden. Dass das Unternehmen diese Kunst beherrscht, belegen Motorblöcke für verschiedene OEMs. Jedoch lässt sich diese Wandstärke bisher noch nicht durchgängig realisieren. Dazu der Guss-Experte: Um den kompletten Motorblock so dünnwandig zu gießen, sind an mehreren Stellen Fließwege erforderlich. Und oft bekommt man das Aluminium dann nicht mehr durch vier Millimeter hindurch. Er ist jedoch zuversichtlich, dieses Problem in absehbarer Zeit zu lösen. Denn je nachdem, wie optimal die Automobilhersteller in Kooperation mit den Gusslieferanten ihre Motorblöcke konstruieren, lassen sich in heutigen Aluminium-Motorblöcken bis zu zehn Prozent Gewicht einsparen. Damit ist das Ende der sprichwörtlichen Fahnenstange jedoch noch nicht erreicht. Denn auch die Lauffläche der Zylinder bietet mittels Beschichtung ebenfalls noch Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung, die es künftig zu heben gilt. Einige OEMs setzen bereits entsprechende Beschichtungen ein. Wenn die Zylinderlaufflächen nicht wie oft aus Grauguss (sog. Buchsenlösungen) bestehen, sondern komplett aus Aluminium plus einer circa 150 Mikrometer dünnen Eisenbeschichtung, lässt sich nochmals rund fünf Prozent Gewicht einsparen, ist Dr. Klimesch überzeugt. Was zunächst nicht nach viel aussieht, erweist sich bei genauerem Hinsehen doch als signifikant. Denn bei einem Vierzylinder-Motorblock, der 20 Kilogramm wiegt, schlägt dies immerhin mit einem Kilogramm zu Buche. Zudem wird auch der Verzug der Zylinder reduziert und eine verbesserte Wärmeabführung erzielt. Aber die Experten versprechen sich noch weitere Effekte: Zurzeit untersuchen wir, inwieweit sich Reibungsverluste durch eine Beschichtung der Zylinderlaufflächen minimieren lassen, oder was dieses Verfahren in puncto Resistenz gegenüber alternativen Kraftstoffen ausrichten kann, erläutert der Guss-Experte. Bisher konzentrierten sich die Aktivitäten von KS Aluminium-Technologie vor allem auf den Motorblock. Aber das Unternehmen ist dabei, weitere Betätigungsfelder zu erschließen. Dabei liegt das Augenmerk vor allem auf Fahrwerks- und Strukturbauteilen. Denn diese Teile werden noch vorwiegend aus Eisenguss oder Stahlstrukturen hergestellt. Aluminium biete hier jedoch ebenfalls Einsparpotential in Sachen Gewicht, steht für Dr. Klimesch fest. Das könnten beispielsweise große Integralträger oder Federbeindome sein. Die dazu erforderlichen Gießverfahren beherrschen die Aluminium-Experten von KSPG ohnehin aus dem Effeff. St. Leon-Rot. Die Automobilhersteller entwickeln immer kleinere Verbrennungsmotoren, die weniger Kraftstoff benötigen und weniger Schadstoff ausstoßen. In puncto Performance brauchen sich diese Motoren gegenüber größeren Aggregaten indessen nicht zu verstecken. Denn was früher Sechs- oder gar Achtzylinder leisteten, schaffen heute oft vier. Und in nicht allzu ferner Zukunft werden drei oder sogar nur zwei Zylinder State of the Art sein. Diese Entwicklung ist ohne innovative Gleitlager nicht denkbar. So schrumpfen die Produkte der KS Gleitlager GmbH im Gleichtakt mit den Motoren. Neue Werkstoffe und Beschichtungsverfahren sorgen für eine zusätzliche Reduzierung der Reibungsverluste. Dies ist vor allem mit Blick auf die kompakten Stetig kompakter und immer leistungsfähiger Innovative Lager für den Hybrid-Antriebsstrang und hochgezüchteten Motoren von Hybrid- Fahrzeugen ein Muss so kommen etwa die Hauptlager des Chevrolet Volt von KS Gleitlager. Aber auch die Lagerung des Getriebes stellt bei diesen Fahrzeugen besondere Ansprüche. Um auch für künftige Anforderungen gewappnet zu sein, experimentiert der Gleitlager-Spezialist aus St. Leon-Rot mit neuartigen Gleitsystemen und Materialoberflächen. Dass ein Antrieb mit rund zwei Litern Hubraum heute etwa 160 kw (220 PS) und ein Drehmoment von 500 Nm bietet mit deutlich weniger Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß als vergleichbare Motoren früher, wäre ohne innovative Gleitlager unmöglich. Denn diese Werte gehen mit sehr hohen mechanischen und thermischen Belastungen einher, die nur von extrem leistungsfähigen Lagern aufgenommen werden können, die zudem immer kleiner werden, erklärt Dr. Klaus Damm (Foto oben), Leiter des Bereichs Anwendungstechnik und Produktdesign des Unternehmens aus St. Leon-Rot. Und das so genannte Downsizing der Motoren geht unaufhörlich weiter. Denn die Fahrzeughersteller arbeiten bereits mit Hochdruck an 3-Zylinder-Antrieben, die ein Maximum an Performance bei nochmals reduziertem Kraftstoffverbrauch bieten. Dadurch sieht Dr. Damm neue Herausforderungen auf die Hersteller von Gleitlagern zukommen, beispielsweise durch noch kleinere Bauformen mit unverändert hoher mechanischer Tragfähigkeit. Außerdem müssten die Lager mit noch dünnflüssigeren Ölen und Biokraftstoffen fertig werden. Das geht nach seiner Überzeugung nur mit neuen korrosions- und reaktionsresistenten Gleitwerkstoffen, an denen das KS Gleitlagerteam zurzeit arbeitet. Hightech-Gleitlager sind auch in Hybrid-Fahrzeugen gefragt. Denn diese haben neben einem Elektroantrieb nach wie vor einen Verbrennungsmotor an Bord. So liefert KS Gleitlager etwa die Hauptlager für die Kurbelwelle im Motor des Chevrolet Volt, der seit Mitte 2010 auf dem Markt ist. Dieser Benziner, dessen vier Zylinder mit zusammen 1,4 Litern Hubraum 63 kw (84 PS) liefern, wird zudem auch im Opel Ampera eingesetzt, der voraussichtlich im November 2011 an den Verkaufsstart geht. Aber der Lagerspezialist setzt nicht nur auf motorische Gleitlager, sondern widmet sich verstärkt auch der Lagerung von Getrieben für Hybrid-Fahrzeuge. Dazu Dr. Damm: Das ist eine besondere Herausforderung, da die in diesen Fahrzeugen verwendeten Getriebe extrem klein sind, um so viel wie möglich an Gewicht einzusparen. Außerdem laufen Wellen und Rädersätze zum Teil mit sehr hohen Drehzahlen. Deshalb sind dort Gleitlager gefordert, deren Design und Werkstoffe den daraus resultierenden Beanspruchungen standhalten. Zugleich ermöglichen Gleitlager anders als die bisher überwiegend eingesetzten Wälzlager über dünnere Wandstärken eine Miniaturisierung des Getriebes selbst. Darüber hinaus beschäftigt sich das Unternehmen mit neuartigen Gleitwerkstoffsystemen, die bisher unerreichbare Eigenschaften in Sachen Tribologie, das heißt Reibung, Verschleiß und Schmierung, bieten. Dazu wird beispielsweise ein Lack als Lauf-/ Einlaufschicht auf ein metallisches Lager aufgebracht, was vor einigen Jahren noch nicht vorstellbar war. Ein anderer Ansatz zielt auf die Mikrogeometrie des Materials der Oberflächen. So lassen sich vielleicht mit speziellen Strukturen Haifischhaut-Effekte bewirken, mit denen die Reibung nochmals verringert werden kann. Aber da bewegen wir uns in der Grundlagenforschung, betont Dr. Damm. Daraus entstehen jedoch bekanntlich die innovativen Produkte für die Automobile von morgen und übermorgen, wie die Vergangenheit schon oft gezeigt hat. Dr. Thomas Oehlschlägel
he Neckarsulm. Kaum getrübt durch die Einbußen der Wirtschaftskrise, ist im Bereich Elektromobilität in der Automobilindustrie in den vergangenen Jahren sehr viel in Bewegung geraten. KSPG in motion sprach mit Prof. Dr. Eduard Köhler, zuständig für den Themenkreis Elektromobilität im Ressort Forschung und Technologie der Kolbenschmidt Pierburg Gruppe, über die Einschätzungen der künftigen Entwicklung in diesem Bereich und die Konsequenzen, die das Unternehmen aus der gegenwärtigen Aufbruchstimmung in Bezug auf Elektroantriebe zieht. KSPG in motion: Herr Professor Köhler, wird es schnell vorangehen mit der Entwicklung der Elektromobilität, oder kühlt die Begeisterung ab? Köhler: Es gibt auf der einen Seite sicherlich augenblicklich einen Hype. Es gibt auf der anderen Seite aber auch eine technisch geprägte realistische Einschätzung seitens derer, die an der Realisierung der Elektromobilität beteiligt sind, und es ist im Prinzip vernünftig, dass man sich jetzt auf dem Boden der Tatsachen wiederfindet. Das heißt nicht, dass man langfristige ehrgeizige Ziele völlig korrigieren muss, sondern es ist ein normaler Prozess, dem man sich gedanklich stellen muss. Wer ein bisschen Sportsgeist hat, erkennt auch neue Chancen, nicht zuletzt für die eigene Tätigkeit. KSPG in motion: Es gibt wahrscheinlich verschiedene Übergangsphasen auf dem Weg zur Elektromobilität? Köhler: Ich denke, man muss die Situation von zwei diagonalen, diametral entgegengesetzten Punkten aus betrachten. Wir haben auf der einen Seite die Teilelektrifizierung oder die zunehmende Elektrifizierung des Antriebs. Dabei bekommt der Verbrennungsmotor einen elektrischen Assistenten, und das ist eigentlich völlig undramatisch, es hilft ihm, antriebsseitig eine insgesamt bessere Performance zu beweisen. Ich denke, dieser Weg wird sich fortsetzen, und wir werden mit der Zeit eine Vergrößerung der Leistung der elektrischen Antriebe sehen. Und auf der anderen Seite, also am diametral entgegengesetzten Ende, gibt es tatsächlich den Einstieg in die Elektromobilität in Form des batterieelektrischen Antriebs. KSPG in motion: Gilt das für unseren heutigen Fahrzeugbestand in Gänze? Köhler: Es ist heute so, dass reine batterieelektrische Fahrzeuge eigentlich nur im A-Segment, also im Kleinwagensegment, realisierbar sind. Deshalb wird die Elektromobilität im Großstadtbereich eingeführt werden. Man überfordert dort reichweitenmäßig nicht die derzeitigen Möglichkeiten und hat größere Vorteile dadurch, dass man eine eventuelle Citymaut unterlaufen kann oder die sicherlich zunehmenden Null-Emissions-Zonen befahren darf. KSPG in motion: Wird dann der Einsatzzweck in Zukunft noch stärker über die Art des Antriebs entscheiden? Köhler: Ja, man muss sich in Zukunft lösen von der herkömmlichen Denkweise, dass es ein einziges Antriebskonzept gibt. Wir werden im A-Segment sicherlich eine Chance für die rein batterieelektrischen Kleinwagen haben, möglicherweise dann auch für eine größere Reichweite, also für Stadt- und Überlandfahrt, beispielsweise in der Kompaktklasse mit Range Extender. In den größeren Pkw wird es dann den Vollhybrid Plug-in geben, und für die Langstrecke sehe ich den Diesel nach wie vor als das Maß aller Dinge. KSPG in motion: Das wird dann eine ziemlich heterogene Fahrzeugwelt? Köhler: Ich sehe das Ganze völlig unproblematisch, denn aus Verbrauchersicht ist es so, dass jeder sein eigenes Nutzerprofil hinterfragen und das für ihn maßgeschneiderte Antriebskonzept wählen kann. KSPG in motion: Ist aus Ihrer Sicht denkbar, dass sich durch das Thema Elektromobilität das Prinzip My car is my castle verändern wird zugunsten flexibler Nutzungskonzepte? Köhler: Es gibt zumindest Erkenntnisse, dass sich die Automobilhersteller und auch gewisse Provider auf eine Veränderung des Nutzerverhaltens einstellen. Hinzu kommt, dass sich die Skizziert Perspektiven: Professor Dr. Eduard Köhler verantwortet bei Kolbenschmidt Pierburg im Rahmen der Vorentwicklung das Thema Elektrotraktion. Kilometer verkaufen wie Handy-Minuten Prof. Dr. Eduard Köhler zum Thema Elektromobilität Gewohnheiten beispielsweise jugendlicher Käufer schon deutlich verändert haben. Wertigkeiten verschieben sich, und die individuelle Mobilität ist nicht mehr ganz so wichtig. Dafür erhalten andere Dinge wie Kommunikation also der Computer oder das Smartphone als Statussymbole eine wachsende Bedeutung. Man kann davon ausgehen, dass in Zukunft Car-Sharing-Modelle oder Modelle, bei denen Provider im Prinzip Kilometer verkaufen, wie sie heute Handy-Minuten verkaufen, größere Bedeutung gewinnen werden. Wobei es hier sicher eine stärkere Differenzierung geben wird zwischen urbanen Regionen, wo so etwas viel einfacher machbar ist, und dem flachen Land, wo auch die öffentlichen Verkehrsmittel sich immer weiter ausdünnen. KSPG in motion: Wo gibt es in der Entwicklung von Elektrofahrzeugen noch offene Flanken? Köhler: Die Achillesferse der Elektromobilität betrifft natürlich die Batterie mit der vergleichsweise geringen Energiedichte und dem hohen Gewicht sowie den noch sehr hohen Batteriekosten. Wobei die Welt der Batterie wiederum eine zweigeteilte Welt ist. Die Zellen kommen aus Fernost, aber die Batteriesysteme werden zunehmend hier gebaut, weil die Fahrzeughersteller sich im Klaren sind, dass sie letztlich für die Funktion des Batteriesystems die Verantwortung übernehmen müssen. Dazu zählen z.b. das Thermomanagement bzw. das Batteriemanagement insgesamt, Temperatur, Spannung, Strom oder Ladezustand jeder einzelnen Zelle. Die Automobilhersteller übernehmen letztendlich die Funktionsgarantie. KSPG in motion: Jetzt haben Sie gerade den Begriff Thermomanagement genannt. Das ist ja ein Bereich, in dem Kolbenschmidt Pierburg Erfahrung hat Foto: Thomas Klink und Kompetenz besitzt. Könnte dies ein Sektor sein, in dem sich das Unternehmen zukünftig stärker engagiert? Köhler: Grundsätzlich ja! KSPG fertigt ja schon heute Produkte, die für das Thermomanagement direkt oder mit gewisser Adaption genutzt werden können. So ist zum Beispiel der Geschäftsbereich PPT (Pierburg Pump Technology) im Hybridantriebsgeschäft tätig. Allerdings liegt der Leistungsumfang, auf den sich das Thermomanagement erstreckt also der gesamte Bereich Elektrotraktion mit dem Traktionsmotor, der Batterie, der Leistungselektronik und dem Ladegerät letztlich in der Hand unserer Kunden. Wenn wir hier eine Systemkompetenz darstellen wollen, erfordert das eine neue Denkweise und neue Kooperationsmodelle. KSPG in motion: Was schließt der Begriff Thermomanagement alles ein? Köhler: Ich denke, dass wir nicht nur vom Kühlen sprechen, sondern dass wir vom Heizen, Kühlen und vom Temperieren sprechen müssen. Die unterschiedlichen Systemkomponenten der Elektrotraktion haben sehr unterschiedliche Wohlfühltemperaturen. Die Batterie fühlt sich wohl im Temperaturbereich 20 bis 35 Grad Celsius, bei der Leistungselektronik kann das Temperaturlimit im Prinzip je nach Auswahl sprich Kosten der Bausteine schon im Bereich von 60 bis 70 Grad Celsius liegen. Und im Bereich des Elektromotors liegen wir bei noch höheren Temperaturen. Insofern wird das Ganze aufwändiger mit der Notwendigkeit, möglicherweise einen Hoch- und Niedrigtemperatur- sowie einen Kältekreislauf zu betreiben. KSPG in motion: Hier zählen also auch Komfortthemen hinein? Köhler: Absolut, es geht nicht nur um den reinen Fahrzeugbetrieb bzw. das thermische Überleben der Bauteile und Komponenten. Es geht sicherlich auch um das, was unsere Kunden unter dem Begriff HVAC zusammengefasst haben, also Heating, Ventilation and Air Conditioning, also darum, dem Fahrer ein gewohntes Komfortumfeld bereitzustellen. Bei Flottenerprobungen hat sich gezeigt, dass die Erwartungen, was HVAC angeht, bisher nicht befriedigend erfüllt werden konnten. Somit ist Letzteres der Hauptkritikpunkt. Man muss sich darüber klar sein, dass wir unter bestimmten Umgebungsbedingungen HVAC dann auch rein elektrisch bedienen müssen, und wenn wir somit für diese Anwendung elektrische Energie abzweigen, dann geht das zu Lasten der ohnehin bescheidenen Reichweite. Bei HVAC sind daher größere Fortschritte erforderlich, um das Gesamtpaket batterieelektrisches Fahrzeug so zu trimmen, dass die Kunden in den nächsten Jahren voll zufrieden gestellt werden können. Da wir hier an physikalische Grenzen stoßen, muss intensiv auch über unkonventionelle Maßnahmen nachgedacht werden. Es ist noch offen, wo im Rahmen unserer Kompetenzen die Möglichkeiten und Grenzen eines erweiterten Engagements liegen. Der Themenkomplex Thermomanagement greift bei Elektrotraktion jedenfalls deutlich weiter als beim herkömmlichen Antrieb. KSPG in motion: Kann man über den Pumpenbereich hinaus schon einzelne konkretere Bereiche benennen, um die sich die KSPG-Vorentwicklung bei dieser Thematik Thermomanagement kümmert? Köhler: Wir haben für 2011 ein Projekt geplant, bei dem wir zunächst das Systemverständnis dieses erweiterten Komplexes Thermomanagement erarbeiten wollen. Auf dieser Basis werden wir dann auch Möglichkeiten für eine weitere Betätigung in diesem Feld identifizieren. Daraus sollen konkrete Vorschläge für Vorentwicklungsprojekte resultieren. Letztlich werden wir nicht umhin können, konkret aufzuzeigen, wie sich der Konzern längerfristig auch in Richtung Elektromobilität entwickeln könnte. KSPG in motion: Die Karten werden jetzt im Prinzip neu gemischt in der Beziehung zwischen Zulieferer und OEM? Köhler: Absolut, ich denke alle Zulieferer müssen sich neu sortieren. So werden viele feststellen, dass sie sich nicht auf ihrem herkömmlichen Produktportfolio ausruhen können. Und auch wir müssen in diesen Bereich hinein, müssen sichtbar werden, müssen Ideen generieren und müssen Kompetenz zeigen. Das ist die Herausforderung, vor der wir in den nächsten Jahren stehen. KSPG in motion: Was ist Ihre Empfehlung, wie sich Kolbenschmidt Pierburg beim Thema Elektromobilität aufstellen sollte? Köhler: Ich sehe auf jeden Fall eine Notwendigkeit, sich dem Thema sehr aufgeschlossen zu stellen. Denn die Elektrotraktion wird sich längerfristig zu einer auf unseren Straßen auch zählbaren Realität entwickeln. Die jüngste Katastrophe in Japan ruft uns allerdings die Problematik CO2-neutraler Stromerzeugung in Erinnerung. Nicht vergessen werden dürfen zudem die eingeschränkten Voraussetzungen und Kapazitäten vieler Länder, auch von Deutschland, hinsichtlich regenerativer Stromerzeugung. Politik und Energieversorger stehen hier vor einer großen Herausforderung. KSPG in motion: Die Autobauer haben sich bereits positioniert? Köhler: Wir sehen ganz eindeutig, dass sich die Automobilhersteller offiziell klar und deutlich auf die Seite der Elektromobilität gestellt haben. Ihr Ziel ist es, auch in ferner Zukunft Fahrzeuge zu verkaufen, aber nicht unbedingt Verbrennungsmotoren. So sehr der eine oder andere Hersteller auch für seine Motoren gerühmt wird, so wenig werden diese Unternehmen ihre Existenz gefährden, indem sie irgendwann zu den ewig Gestrigen zählen. Nein, sie werden versuchen, mit dem Stand der Technik mitzuhalten, besser noch, diesen weiterhin maßgeblich zu bestimmen. Sie werden versuchen, alsbald für den Nutzer durchaus zufrieden stellende Fahrzeugangebote in den Markt zu bringen. Und sie erwarten natürlich von den aufgeschlossenen Zulieferern, dass sie diesen Weg eindeutig mitgehen. Insofern kann ich nur empfehlen, genau hinzuhören, wo unsere Kunden hin wollen, Antriebe, die auf das jeweilige individuelle Nutzerprofil passgenau zugeschnitten sind auch hier ist der Weg das Ziel, selbst wenn Letzteres aus heutiger Sicht noch nicht in jedweder Hinsicht und Bandbreite eindeutig verifiziert und definiert ist. und zu prüfen, welchen Weg wir mitgehen können. KSPG in motion: Wobei es Grenzen gibt. Köhler: Richtig! Wir können natürlich nicht beliebige Sprünge machen, und wir können nicht sinnlos investieren in unsichere Zukunftskonzepte. Aber ich denke, wir sollten uns weiterhin als starker Partner der Automobilindustrie anbieten, um dort stark zu bleiben, wo wir stark sind, und dort stark zu werden, wo es neue Chancen einer sinnvollen Betätigung gibt. Und wir werden sicher, wenn wir uns darauf einlassen, auch strategische Produkte identifizieren, von denen wir in Zukunft profitieren können. Wir müssen jetzt in die Zukunft investieren, nicht nur finanziell, sondern vor allem gedanklich. Foto: shutterstock