Die "Doppelt rotierende Elektrische Maschine" (DrEM) könnte die sehr komplexen Planetengetrieben ersetzen, mit denen sogenannten Split-Hybride bislang serienmäßig ausgerüstet werden.
Heike Fischer / TH Köln
Im Rahmen des Forschungsprojektes "DrEM Hybrid" des Instituts für Automatisierungstechnik der TH Köln ist ein Plug-in-Hybrid mit Allradantrieb entwickelt worden, der rund ein Viertel weniger Kraftstoff verbrauchen soll als ein vergleichbares Serienfahrzeug. Zusammen mit den Unternehmen Meta Motoren- und Energie-Technik sowie Centre for Concepts in Mechatronics (CCM) haben die Wissenschaftler der Hochschule einen Antriebsstrang entwickelt, der die Drehzahl des Verbrennungsmotors von der Fahrzeuggeschwindigkeit entkoppelt. So könne dieser immer im effizienten Bereich laufen, erklären die Forscher.
Kernstück: doppelt rotierende elektrische Maschine
Kernstück der neuen Antriebstopologie sei eine sogenannte "Doppelt rotierende Elektrische Maschine" (DrEM), die zwischen Vorderachsdifferential und Verbrennungsmotor eingebunden ist. Durch sie könne der Verbrennungsmotor als Range Extender unabhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Räder bei jeder beliebigen Drehzahl betrieben werden. "Optimal ist eine Drehzahl zwischen 2000 und 3400 Umdrehungen. Dann erreichen wir bei einer 'Standardfahrt' nach dem Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) eine Spritersparnis von 25 Prozent gegenüber einem serienmäßigen Fahrzeug seiner Klasse", sagt Projektleiter Professor Dr. Andreas Lohner, Leiter des Labors für Leistungselektronik, Elektrische Antriebe und Automatisierungstechnik, der gleichzeitig Konsortialführer des "DrEM Hybrid"-Projekts war.
Der Verbrennungsmotor treibt die Vorderachse an, wobei über die DrEM, je nach Arbeitspunkt, die Batterie ge- oder entladen wird. "Die Hinterräder haben jeweils einen radnah angeordneten Elektromotor, der auch einzeln angesteuert wird. Damit erhöhen wir sowohl die Fahrstabilität, als auch die Fahrdynamik", erklärt der wissenschaftliche Mitarbeiter und Doktorand Magnus Böh. Für kurze Strecken lässt sich der Prototyp auch rein elektrisch fahren - mit einer Reichweite von etwa 25 Kilometer. Dann arbeite die DrEM als "klassischer" Elektromotor und erhöht das Traktionsmoment des Fahrzeugs. Die Batterien können an jeder normalen Steckdose aufgeladen werden, was eine emissionsfreie Fortbewegung ermöglichen soll, so die Wissenschaftler.
Kostenvorteile durch geringere Komplexität
"Die sogenannten Split-Hybride werden bislang serienmäßig mit sehr komplexen Planetengetrieben ausgerüstet", sagt Böh. "Der von uns gewählte Aufbau des Antriebs mit der DrEM ist deutlich einfacher und könnte in großer Stückzahl kostengünstiger produziert werden." In der dreijährigen Projektlaufzeit habe der Fokus neben der Entwicklung des Antriebsstrangs auf den umfangreichen Simulations- und Programmierungsarbeiten gelegen. Insgesamt zwölf Bachelor- und Masterarbeiten wurden im Rahmen des Projektes angefertigt, eine Doktorarbeit stehe vor der Fertigstellung. "Als nächsten Schritt möchten wir unser Konzept weiterentwickeln und die Simulationsergebnisse 'auf der Straße' verifizieren - entweder über ein Förderprogramm oder mit einem Industriepartner. Dazu sind wir auf der Suche nach Kooperationspartnern", sagt Lohner.
Das Projekt wurde unterstützt durch das Förderprogramm Ziel 2 des Landes Nordrhein-Westfalen und das EU-Förderprogramm Eureka.