Dr.-Ing. Marcus Bollig, Leiter des Bereichs Efficient Dynamics bei BMW
Uli Regenscheit
"Die voraussichtliche CO2-Gesetzgebung ab 2020 wird die Elektrifizierung des Antriebs stark fördern und damit einen technologischen Wandel auslösen." Dies erklärte Dr.-Ing. Marcus Bollig, Leiter des Bereichs Efficient Dynamics bei BMW, in seinem Keynote-Vortrag auf der Fachtagung "Reibungsminimierung im Antriebsstrang", die noch bis zum morgigen 27. November 2013 in Esslingen stattfindet. ATZlive veranstaltet diese Tagung mit Unterstützung von Schaeffler in diesem Jahr zum dritten Mal.
Bollig betonte den Erfolg der Efficient Dynamics-Maßnahmen bei Fahrzeugen von BMW. Demnach konnten die CO2-Emissionen in der Flotte seit 1995 um rund 30 Prozent reduziert werden, aktuell liegen schon 35 BMW-Modelle unter 120 g CO2/km. Neben der Reibungsverringerung ist Leichtbau eine der Maßnahmen zur CO2-Reduktion: "10 Prozent weniger Gewicht bedeuten 4 Prozent weniger CO2-Ausstoß bei konventionellen Fahrzeugen, bei Elektrofahrzeugen ist der Effekt noch höher", sagte Bollig. Zudem könnte durch Leichtbau und Reibungsreduzierungen die Fahrdynamik parallel zum Verbrauch verbessert werden. Bezogen auf den verbrennungsmotorischen Antrieb erklärte Bollig, dass BMW unter anderem an Oberflächenbeschichtungen, am Formhonen, an Zweiring-Kolben sowie an den Dimensionierungen der Kurbelwellenlager arbeite, um die Reibung und damit den Verbrauch künftig weiter zu reduzieren. Als Beispiel für Potenziale bei Nebenaggregaten nannte er die kennfeldgeregelte Ölpumpe, die den Verbrauch im NEFZ um bis zu 1,8 Prozent reduziert. Allerdings würde die Optimierung der konventionellen Antriebe ab 2020 beim voraussichtlichen Limit von 95 g CO2/km an Grenzen stoßen, sodass ein größerer elektrifizierter Anteil notwendig sei.
In die Details zur Optimierung der Kolbenreibung durch virtuelle Prüfläufe in der Motorenentwicklung schaute Dr.-Ing. Volker Lagemann, bei Daimler Research and Development in Ulm Leiter CAE, Bauweisen und Berechnung Powertrain. Als Beispiel führte er den aktuellen Vierzylinder-Dieselmotor OM 651 von Mercedes-Benz an: "Durch konsequentes und zielgerichtetes Vorgehen konnte bei der neuesten Version der Motorenbaureihe eine Reduktion der Kolbenreibung um 50 Prozent erzielt werden." Der Weg dahin führte über virtuelle Prüfläufe mit verschiedenen Kolben. So haben die Balligkeit und ihre Position am Kolbenhemd einen hohen Einfluss auf die Kolbenreibung. Bei großem Kolbenspiel verringert sich zwar die Reibleistung, jedoch erhöhen sich der Kippwinkel und damit die Körperschallemissionen – zumindest bei kaltem Motor. "Virtuelle Kolbenringläufe können wesentliche CO2-Potenziale darstellen. Damit kann man mit höherem Reifegrad in die Prüfstands-Testläufe gehen", so das Fazit von Lagemann.
Demgegenüber hat sich Florian Felbinger, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Antriebs- und Fahrzeugtechnik (IAF) der Universität Kassel, mit den Potenzialen der Reibungsreduzierung im gesamten Kurbeltrieb beschäftigt. In seinem Vortrag stellte er simulationsbezogene Ergebnisse des FVV-Vorhabens "Low Friction Powertrain" vor. Das Vorhaben verfolgt das Ziel, die Reibung im Gesamtantriebsstrang um 30 Prozent zu reduzieren. In diesem Zusammenhang wurden Verbesserungen am Kolbenringpaket untersucht, beispielsweise durch Honen, verringerte Ringvorspannung oder andere Öladditive. Am Kolben wurden Öle mit anderen Viskositäten, ein höheres Kolbenspiel und ein verbessertes Schmierölangebot als Mittel zur Reibungsreduktion identifiziert. Bei den Gleitlagern der Kurbelwelle wurden bei den Hauptlagern größere Spiele und geringere Lagerbreiten, bei den Pleuellagern Beschichtungen als Verbesserungsmöglichkeit herausgearbeitet. Zudem wurden die Auswirkungen von Wälzlagern an der Kurbelwelle erforscht: Mit Wälzlagern konnte die Hauptlagerreibung um 90 Prozent und die Pleuellagerreibung um 38 Prozent reduziert werden. "Mit konventionellen Maßnahmen sind Einsparungen bis 31 Prozent am Kurbeltrieb möglich. Das sind bezogen auf den Gesamtmotor 10 Prozent. Mit Wälzlagern sind sogar bis 50 Prozent Einsparungen am Kurbeltrieb möglich, das sind 18 Prozent bezogen auf den Gesamtmotor", erklärte Felbinger.
Die Tagung "Reibungsminimierung im Antriebsstrang" konnte in diesem Jahr einen Teilnehmerrekord verzeichnen: Rund 150 Teilnehmer – eine Steigerung von mehr als 20 Prozent im Vergleich zur letzten Veranstaltung im Jahr 2011 – dokumentieren das große Interesse, dass dem Thema Reibungsreduzierung bei der Entwicklung von Antrieben aktuell beigemessen wird.