Wie hoch ist das Optimierungspotenzial beim Antriebsstrang?

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Optimierungen am Verbrennungsmotor werden vermutlich nicht genügen, die ehrgeizigen CO2-Ziele für 2020 zu erreichen. Rettung versprechen Hybrid-Konzepte. Doch die erfordern eine Gesamtsystemoptimierung des Antriebsstrangs.

Kurt Blumenröder bringt es auf den Punkt: Rein motorisch lassen sich die ehrgeizigen CO2-Ziele für 2020 kaum erreichen, weiß der Geschäftsführer der Ingenieursgesellschaft IAV. Im Interview mit der MTZ über die künftigen Entwicklungstrends bei der Antriebsstrang-Gesamtoptimierung gibt er seine Einschätzung über die künftigen Entwicklungstrends bei der Antriebsstrang-Gesamtoptimierung. Und erklärt, dass künftige Fahrzeuge "Kombinationen verschiedener Antriebstechnologien nutzen und von einem deutlichen Zuwachs an Hybridsystemen bis hin zu reinen Elektroantrieben gekennzeichnet sein werden". Seiner Ansicht nach besteht neben der Systemoptimierung weiterhin ein hoher Bedarf an noch effizienteren Verbrennungsmotoren, Getrieben und auch "elektrischen Komponenten".

Zielt eine Systembetrachtung also auf eine konsequente Ausnutzung der Potenziale im Zusammenspiel aller Komponenten hin? Davon ist auszugehen meinen Experten. Und: "Neben verbesserten Verbräuchen und Fahrleistungen schließt eine gesamtheitliche Betrachtung auch die Minimierung der Gesamtaufwände mit ein", erklärt Blumenröder. In dieser Konsequenz sind für konventionelle Antriebe weiterhin hohe Anstrengungen im motorischen Bereich notwendig, bei hybridisierten Fahrzeugen "ist durchaus eine Verlagerung der Investitionen vom Verbrennungsmotor hin zu den elektrischen Komponenten erkennbar".

Getriebe als Schlüssel der Energieeffizienz

Die Folgen wären in dem Fall, dass sich auch der Aufwand bei der Auslegung des Getriebes erhöht. Immerhin ist das Getriebe die technische Grundlage für die effizienzoptimale Ausnutzung des Antriebsstrangs, so der IAV-Chef. Wegen der zunehmenden Komplexität der Hybridisierung ist eine intelligente Verbindung und Kennfeldwandlung zwischen Verbrennungsmotor, elektrischen Komponenten und Fahrzeug notwendig, erklärt er in dem Gespräch mit Springer-Autor Richard Backhaus. Im Mittelpunkt der Getriebeentwickler steht demnach unter anderem eine bedarfsgerechte Übersetzungsauslegung.

Zwar kann die Ganganzahl rein verbrennungsmotorisch angetriebener Fahrzeuge laut Blumenröder künftig mehr als zehn betragen. Doch bei Hybridfahrzeugen wird sich abhängig vom Elektrifizierungsgrad die Ganganzahl reduzieren. Ob es allerdings nur drei Gänge werden, wie sie aufgrund des Auslegungskompromisses zwischen maximalem Raddrehmoment, Höchstgeschwindigkeit und Energieeffizienz für kommende Batterie- und Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge von einigen Antriebsstrangspezialisten geplant werden, bleibt abzuwarten.

Getriebe für Plug-In-Hybridkonzepte

Doch wie viele Getriebestufen sind wirklich sinnvoll? Eine Antwort darauf geben unter anderem die Springer-Autoren Robert Fischer, Frank Beste, Muammer Yolga, und Wolfgang Fritz in "Getriebe mit sieben Betriebsmodi für Plug-in-Hybridkonzepte" Sie beschreiben darin den von AVL verfolgten ganzheitlichen Auslegungsansatz aller Kernkomponenten eines Plug-in-Hybridfahrzeugs. Das daraus entwickelte Konzept des "Future Hybrids" soll letztlich Aufschluss darüber geben, "wie viele Getriebestufen sinnvoll sind und ob statt vieler Gänge nicht besser die Anzahl der Fahrmodi zu betrachten ist, die durch die eingebundene elektrische Maschine auch bei wenigen Gängen steigt und damit sicherstellt, die Anforderungen an einen komfortablen hybriden Antriebsstrang zu erfüllen".

Immerhin haben in der jüngeren Vergangenheit zwei Entwicklungen eingesetzt, "die die optimale Anzahl der Getriebegänge in einem völlig neuen Licht erscheinen lassen", erklären die Autoren. Sie erwähnen zum einen künftige VKM mit besseren Kennfeldern und zum anderen die Unterstützung durch einen oder mehrere Elektromotoren, wie man sie bei geeigneten Hybridkonzepten findet. Deshalb, so zeigt der Beitrag, kann die Ganganzahl reduziert werden. Und weniger Gänge führen zu geringerem Gewicht, geringeren getriebeinternen Verlusten und reduzierter Komplexität.