Elektrische Kleinantriebe im Kfz - Einsatzbereiche - Unterschiede in Aufgabenstellungen - Anforderungen - Speziallösungen - Kraftstoffverbrauch Prof. Dr.-Ing. Ralph Kennel
Komfort Karosserie und Ausstattung Klimagebläse, Klappensteuerung Spiegelverstellung Leuchtweitenregulierung Elektrische Antriebe im Automobil Kühlgebläse Starter, Generator Schiebedach Softcloseautomatik Regensensor Wischer Fensterheber automat. Kupplung und Getriebe ABS, ASR, FDR Drosselklappensteller Sicherheit Fahrwerk und Bemsen Kraftstoff-, Wasser-, Scheibenwaschpumpen Türschließer Sitzversteller Lenksäulenversteller Mobilität Motor und Kühlung Elektrische Antriebe in einem Kfz der oberen Mittelklasse Starter, Generator, Kraftstoffpumpe, Luftpumpe Abgastechnik, Hilfsluftpumpe 5 Umwälzpumpe-Heizung, Umwälzpumpe-Klima 4 Hauptgebläse, Heizungsgebläse, Standheizung 3 Drosselklappe, Lüftungsklappen 7 Stellantriebe im Motorraum 4 Scheibenwischer, Wischwasserpumpen 3 ABS/EPS, Zusatzlüfter im Radlauf 2 Lüfter für Zentralelektronik 2 Leuchtweitenregulierung 2 Lenkradschloß, Türschließer, Heckdeckelfernschließung 3 Außenspiegel, Innenspiegel, Fensterheber, Schiebe-Hebedach, Heckrollo 12 Kombi-Schrittmotoren für Drehzahl, Geschwindigkeit, Tankanzeige 4 Sitzverstellung, Lenksäulenverstellung 18 schwenkbare Anhängekupplung, Kühlfachbox 2 Sitzbelüftung 32 CD-Wechsler 4 107
Elektrische Antriebe im Kfz Stellantriebe positioning drives Funktionale Antriebe process drives Automatisierte Schaltgetriebe (ASG) automatic shift gear Fenster-/Sitz-/Schiebedach-/ Spiegel - Verstellung window lift/seat positioning/ sun roof/mirror E-Gas... Wischerantriebe wiper drives Ventilversteller valve drives ABS Motorkühlung engine cooling fan ECF Pumpen pumps Treibstoffpumpen fuel pumps Klimageräte/ Heizgebläse Air conditioning/ Heating HVAC Wasserpumpen coolant pumps
Anforderungen an elektrische Antriebe im Kfz allgemeine Anforderungen hoher Wirkungsgrad - insbesondere bei Dauerläufern (niedriger Treibstoffverbrauch) geringes Gewicht und Bauvolumen Laufruhe geringe Kosten Höchste Beanspruchungen (Temperatur, Staub, Korrosion, Feuchtigkeit, mech. Schwingungen) Hohe Zuverlässigkeit und Überlastbarkeit (Sicherheitskritische Funktionen, z.b. ABS, Drosselklappensteller, Scheibenwischermotor) Unterschiedliche Betriebsarten und Betriebsdauern von elektrischen Antrieben (Dauerbetrieb - z.b. Gebläseantrieb (bis 6000 h), Kurzzeitbetrieb -z.b. Sitzversteller (bis 100 h)) Kleinmotoren im Kfz = Speziallösungen Kleinmotoren im Kfz - hohe Stückzahlen - Spezialantriebe, elektrisch und konstruktiv an Applikation angepaßt - Ausnutzung ungewöhnlicher Konstruktionsprinzipien - enge Abstimmung zwischen Kunden, Entwicklungsteam, Zulieferern - wichtige Aspekte wie Kosten, autom. Fertigung, Bauraum, Geräusch "Optimaler" Kompromiß Beispiel: Verstellmotoren Fensterheber, Sitz Schiebedach Autom. Kupplung / Getriebe Charakteristisch: Motor und Getriebe = Einheit (Funktionenintegration) Ankerwelle = 1. Getriebestufe (keine Kupplung) Bauraum Flachmotoren Versteller MAnzug Strom Rechts - / Linkslauf Bürstengestaltung Bauraum, Anzugsmoment, Leerlaufdrehzahl hohe Getriebeübersetzung Schneckengetriebe Selbsthemmung Rastmoment, Getriebe Kosten tiefgezogenes Polgehäuse, Hartferrite, gerollte Schnecke, Zylinderlager Großserie fertigungsgerechte Konstruktion (Montage von einer Seite, etc.)
Widerspruch Hilfsantriebe - Kraftstoffverbrauch Hoher Grad an Sicherheit, Komfort und Funktionaliät Niedriger Kraftstoffverbrauch (Flottenverbrauch, 3 l - Auto) Hohe Anzahl an Hilfsantrieben (mehr als 100/Auto) Hohes Gewicht Hoher Bordenergieverbrauch Hoher Kraftstoffverbrauch Zukünftige Entwicklungsrichtungen der Hilfsantriebe Widerspruch Hilfsantriebe - Kraftstoffverbrauch Gewicht Kraftstoffverbrauch Otto: 100 kg 0,34 l/km Diesel: 100 kg 0,3 l/km (Mittelwert aus EUROMIX, NEFZ, US) Erzeugung elektrischer Energie Kraftstoffverbrauch 1 kw 1,7 l/100 km (Stadtzyklus) 100 W elektrischer Leistungsmehraufnahme 50 kg Gewichtsersparnis (bei gleichem Kraftstoffverbrauch) Quelle: Ehlers, Forum "Bordnetzarchitektur", VDI Kongreß, Elektronik im Kfz 1996