Energieeffiziente Antriebskonzepte

Das optimale Zusammenspiel der Einzelkomponenten ist künftig ein entscheidender Faktor zur Verbrauchsabsenkung. Hier bietet Schaeffler der Automobilindustrie Vorteile, wie es kaum ein zweiter Zulieferer bieten kann. Ein Schlüssel für den Erfolg ist die bereichsübergreifende Entwicklungsarbeit, bei der Schaeffler das Know-how aus den unterschiedlichen Fachbereichen zusammen bringt.

Der Verbrennungsmotor, das Getriebe sowie die elektrischen Komponenten werden im Verbund betrachtet, um so gemeinsam Lösungen zu erarbeiten. „Als Beispiel ist hier die enge Verzahnung der Entwicklungsarbeit von Zylinderabschaltstrategien im Bereich des Verbrennungsmotors, der Auswirkungen auf den Steuertrieb und der notwendigen Beherrschung der veränderten Drehschwingungsanregungen durch optimierte Dämpfersysteme im Getriebe zu nennen“, so Klaus Cierocki, Leiter Unternehmensbereich Motorsysteme bei Schaeffler. Das umfassende Produktportfolio für Lösungen rund um Motor, Getriebe und Fahrwerk ermöglicht Synergien in der Entwicklung von kundenorientieren Produkten.

Optimierung des Verbrennungsmotors

Weiterhin einen Schwerpunkt bilden Maßnahmen zur Optimierung des Verbrennungsmotors. Neben der Reduzierung von Reibung - zum Beispiel durch hocheffiziente Beschichtungsverfahren im Ventiltrieb, durch Umstellung von Gleit- auf Wälzlagerungen oder durch leistungsfähige Spann- und Entkopplungssysteme im Nebenaggregatetrieb - arbeitet Schaeffler unter anderem auch an der Einführung von wälzgelagerten Turboladern, der thermodynamischen Effizienzsteigerung und vielfältigen technischen Lösungen wie Thermomanagement, variablen Ventiltrieben und elektromechanischen Nockenwellenverstellern.

Thermomanagement

Ein wichtiger Baustein ist das Thermomanagement-Modul (TMM), das energieeffizient und präzise den Motortemperaturhaushalt steuert und ein schnelles Erreichen des für Motor und Getriebe idealen Temperaturfensters erlaubt. Parallel wäre es auch in der Lage den Temperaturhaushalt von Hybridkomponenten und Batterien zu regeln. So wird zum einen die Kaltlaufphase durch Vollsperrung des Wassermantels deutlich verkürzt.

Und zum anderen können einzelne Komponenten gezielt heißer gefahren werden, als dies im Falle einer Thermostatsteuerung möglich wäre. Damit wirkt sich das Modul auch positiv auf die Lebensdauer der Bauteile des Antriebsstrangs aus. Weiterer Vorteil: die Motortemperatur kann bei Volllast abgesenkt und so die Klopfneigung und Volllastanfettung reduziert werden.

Das macht das auf Kundenwunsch individuell anpassbare Modul zu einem Schlüssel für eine Verringerung von Kraftstoffverbrauch sowie CO2-Emissionen. Nach den erfolgreichen Markteinführungen in Europa und Asien, wird diese Technologie 2017 auch auf dem nordamerikanischen Markt in Serie gehen. So ist die modular aufgebaute neueste Generation des Thermomanagment-Moduls kompakter und mit erweiterten Funktionen, wie der sogenannten intelligenten Smart-Aktuator Technologie, ausgestattet.

Die Integration der Regelung in das Modul entlastet das Motorsteuergerät und führt zur optimalen Abstimmung aller Betriebspunkte. Im Zuge der Strategie „In der Region für die Region“, wird Schaeffler das Thermomanagement-Modul zukünftig auch auf dem amerikanischen Kontinent produzieren.

Variable Ventiltriebe

Von Phasenverstellern über schaltbare Schlepphebel bis hin zum vollvariablen Ventilsteuersystem UniAir - Schaeffler bietet einen umfassenden Baukasten für die Variabilität im Ventiltrieb an. Maßgeschneiderte Betriebsstrategien, wie zum Beispiel die Zylinderabschaltung oder spezielle Ventilhubverläufe, können so je nach Kundenwunsch realisiert werden. Mit der Serieneinführung der UniAir-Technologie begann 2009 ein neues Zeitalter der Ventilsteuerung.

Damit setzte Schaeffler einen neuen Maßstab für die Technik umweltfreundlicher und zugleich dynamischer Motoren. In Nordamerika wurden bis heute mehr als eine Millionen UniAir-Systeme produziert. Weltweit wird 2016 sogar die Zwei-Millionen-Marke geknackt. Das vollvariable elektrohydraulische Ventiltriebssystem UniAir steuert die Motorventile bedarfsgerecht und ermöglicht eine nahezu beliebige Variation des Ventilhubs. Durch diese Technologie können erhebliche Verbrauchs- und Emissionsreduzierungen ebenso dargestellt werden, wie auch eine deutliche Verbesserung der Drehmomentverläufe.

Teil- und vollvariable Ventiltriebsysteme ermöglichen auch die Abschaltung einzelner Zylinder während der Fahrt. Damit lässt sich beispielsweise der Kraftstoffkonsum eines Achtzylinders durch zeitweiligen Vierzylinderbetrieb senken. Für die Deaktivierung bestimmter Zylinder kommen meist hydraulisch schaltbare Ventiltriebkomponenten zum Einsatz.

UniAir vergrößert auch die Möglichkeiten des situationsbedingten und bedarfsgerechten Motorbetriebs. So lässt sich auch eine rollierende Zylinderabschaltung ausführen, bei der jeder Zylinder reihum stillgelegt werden kann. Das hat den Vorteil, dass die deaktivierten Zylinder nicht auskühlen. Nach einem Kaltstart lässt sich dieses System zudem schneller aktivieren.

Elektromechanischer Nockenwellenversteller

Ein weiterer Ansatz ist die Ablösung hydraulischer Systeme durch Elektromechanik. Der elektromechanische Nockenwellenversteller von Schaeffler regelt die Nockenwelle schneller und präziser auf die jeweiligen Betriebsbedingungen des Motors ein. Mit Hilfe der Elektromechanik ist es dabei möglich, die Nockenwelle mit einer Geschwindigkeit von bis zu 600 Grad Kurbelwinkel pro Sekunde zu verstellen. Durch den gegenüber hydraulischen Systemen deutlich vergrößerten Verstellbereich werden moderne, hocheffiziente Brennverfahrenskonzepte ermöglicht.

Gleichzeitig sinken Verbrauch und Emissionen. Weitere Vorteile: die Steuerzeit beim Motorstart lässt sich frei wählen. Dadurch ist es wiederum möglich, die effektive Kompression des Motors gezielt zu verändern und damit ein sanftes Einsetzen der Verbrennung beim Motorstart zu erreichen. Dies ist eine wichtige Option für die zunehmende Zahl von Motor-Start-Stopp-Systemen und Hybridantrieben, bei denen der Verbrennungsmotor während der Fahrt mehrfach an- und ausgeschaltet wird.

Moderne Getriebetechnologien aus dem Hause Schaeffler

Auf dem Weg zu optimalen Gesamtsystemlösungen spielen die umfangreichen Getriebetechnologien von Schaeffler eine entscheidende Rolle. Ganz klar: Ein Schlüssel in puncto Verbrauchs- und Emissionssenkung liegt im Getriebe. Moderne Getriebe ermöglichen zum Beispiel über eine zunehmende Zahl von Gängen den Motorbetrieb in verbrauchsoptimalen Punkten des Kennfeldes. Mit innovativen Dämpferkonzepten, wie dem Drehmomentwandler mit Fliehkraftpendeln, lassen sich Schwingungen reduzieren und Drehzahlen verbrauchsoptimierend absenken.

Matthias Zink, Leiter des Unternehmensbereichs Getriebesysteme Schaeffler, sieht in neuen Dämpfertechnologien einen wesentlichen Beitrag, um motorseitige Trends wie Downspeeding, Downsizing und Zylinderdeaktivierung wirkungsvoll zu unterstützen. Zink ist ebenfalls von der Bedeutung des Getriebes für die Gesamteffizienz im Antriebsstrang überzeugt und betont zudem den Nutzen der bereichsübergreifenden Entwicklungsarbeit: „Wir erarbeiten die Lösungen gemeinsam mit den Kollegen aus den Bereichen Motorsysteme und E-Mobilität, betrachten den Verbrennungsmotor, die elektrischen Komponenten sowie das Getriebe im Verbund.“ Dieses Zusammenspiel des Know-Hows aus unterschiedlichen Fachbereichen ist eine der großen Stärken von Schaeffler. Damit bieten wir den Automobilentwicklern optimale Gesamtsystemlösungen.“

In den vergangenen Jahren wurde eine Vielzahl von neuen Getrieben entwickelt und auf den Markt gebracht. Mit innovativen Komponenten und Systemen treibt Schaeffler die Entwicklung für alle Bauformen und Konzepte maßgeblich voran. Das bietet mehr Fahrkomfort, geringeren Verbrauch und mehr Bauraum, der wiederum für Hybridmodule genutzt werden kann.

Diese neuen integrierten Hybridgetriebe-Generationen stellen die Getriebespezialisten bei Schaeffler vor interessante Herausforderungen. „Die Kupplung wird bei der Hybridisierung verschiedenster Getriebetypen in den kommenden Jahren eine entscheidende Rolle spielen – Kupplung und Aktorik integriert in den Rotor der E-Maschine, exzellente Regelbarkeit, geringste Verluste sowie eine gute Wärmeabfuhr aus dem Rotor sind nur einige der relevanten Funktionsanforderungen“, so Zink.

Bereits seit 2010 liefert Schaeffler wesentliche Komponenten für die elektrischen Antriebssysteme von P2-Hybriden. Das Gesamtsystem, das in der Getriebeglocke zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe integriert wird, besteht aus einem Zweimassenschwungrad (ZMS), einer automatisierten rotorintegrierten Trennkupplung mit Aktor und einer elektrischen Maschine. Mit dem Hybridmodul bietet Schaeffler eine Baukasten-Lösung mit geringen Adaptionsaufwand, die je nach spezifischen Kundenanforderungen variabel zusammengestellt werden kann.

Das Modul kann an alle gängigen Getriebearten flexibel angepasst werden – egal, ob Planeten-Automatgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe (nass oder trocken), stufenloses CVT (Continuously Variable Transmission) oder AMT (Automated Manual Transmission). Darüber hinaus bietet es die komplette Hybridfunktionalität, wie beispielsweise das elektrische Fahren, Boosten, Segeln, die Rekuperation und den schnellen Start des Verbrennungsmotors. Damit ist das Modul für Mild-, Voll- und Plug-In-Hybride sowie für den Längs- als auch Quereinbau geeignet.