Schaeffler präsentiert Elektrifizierungsbaukasten

Weltpremieren in Baden Baden: Schaefflers Unternehmensbereich E-Mobilität stellt unterschiedliche Antriebsalternativen vor

Sorgten für gute Stimmung und eine lockere, doch sehr tiefgreifende Präsentation: Thomas Pfund, Leiter Geschäftsbereich E-Systems und Andreas Englisch, Leiter Geschäftsbereiche Hybridgetriebe und Elektrische Achsen. | Foto: G. Soller
Sorgten für gute Stimmung und eine lockere, doch sehr tiefgreifende Präsentation: Thomas Pfund, Leiter Geschäftsbereich E-Systems und Andreas Englisch, Leiter Geschäftsbereiche Hybridgetriebe und Elektrische Achsen. | Foto: G. Soller
Gregor Soller

Dem Vorwurf, Schaeffler hätte keine E-Antriebe, tritt Thomas Pfund, Leiter des Geschäftsbereiches E-Systems vehement entgegen – um im anschließenden Vortrag mit seinen Kollegen den kompletten und umfangreichen Elektrifizierungsbaukasten von Schaeffler vorzustellen. Tatsächlich umfasst der in erster Linie diverse Hybridisierungsmodule und nicht „den einen Elektromotor samt Getriebe und Steuerung“, den andere Zulieferer so gern proklamieren.

Doch da sich die gesetzlichen Vorgaben und Kundenpräferenzen von Land zu Land unterscheiden, setzt der neue Schaeffler-Unternehmensbereich E-Mobilität eben auf eine Vielfalt unterschiedlicher Antriebslösungen. Die Kunst lag laut Pfund vor allem darin, trotzdem einen kostengünstigen Elektro- und Hybridbaukasten zu realisieren. Und dazu musste man die elektrischen und elektronischen Antriebskomponenten auf eine gemeinsame Entwicklungsplattform stellen. Sie umfasst sowohl Hardware-Komponenten wie E-Maschinen und Leistungselektronik als auch alle wesentlichen Software-Bausteine, die für die Regelung des Antriebs erforderlich sind.

Bereits 1981 entwickelte man für VW die sogenannte „Schwungnutzautomatik“ und die Wolfsburger legten ihre „Formel e“ genannte Energiesparreihe mit extra langem größten Gang und extra Spoilern auf. Dann kam tatsächlich erst 1999 wieder Fahrt in das Thema, als Doppelkuppler aufkamen und Getriebe sukzessive elektrifiziert wurden. Dazu kam die Hybridisierung der Antriebsstränge. Stand der Technik sind Doppelkupplungen und Hybridmodule für Hybridfahrzeuge, bei denen der elektrische Antrieb zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe positioniert ist – Ingenieure sprechen von einer „P2-Anordnung“.

Doch das braucht Bauraum, wie Pfund zugibt. Entsprechend arbeitet man bei Schaeffler auch an einer Reduktion des Platzbedarfs. In der aktuellen zweiten Generation des Hybridmoduls ist es bereits gelungen, die Trennkupplung, die das Hybridmodul während des elektrischen Fahrens vom Verbrennungsmotor entkoppelt, im Inneren des Elektromotors unterzubringen. Mit der dritten auf dem Schaeffler-Kolloquium erstmals präsentierten Generation des Moduls wandert nun auch die komplette Doppelkupplung in den Innenraum der E-Maschine, genauer gesagt, in den Hohlraum des Rotors. Um den notwendigen Kraftschluss sicherzustellen, kommen mehrlagige Lamellenkupplungen zum Einsatz, wie sie prinzipiell auch bei Hochleistungssportwagen verwendet werden. Im Verbund mit der ebenfalls hochintegrierten Aktorik für die Betätigung der drei Kupplungen entsteht so ein extrem kompaktes Hybridmodul, das im Vergleich zu einer rein verbrennungsmotorischen Variante nur wenig mehr Bauraum beansprucht. Die ganze Bauraumproblematik könnte aber künftig gelöst werden, verspricht Joachim Hoffmann, der Leiter der Produktlinie trockene Kupplungen. Möglich machen soll das eine weitere Integration der einzelnen Komponenten und Fertigungsoptimierungen.

Und statt die E-Maschine vor und hinter dem Getriebe anzuordnen, wird es denkbar, elektrischen Antrieb und Getriebe so zu verheiraten, dass sich eine Bau- und Funktionseinheit ergibt. Ein revolutionäres Konzept für ein solches „dediziertes Hybridgetriebe“ stellt Schaeffler auf dem Kolloquium erstmals der Öffentlichkeit vor. Das „DH-ST 6+2“ (Dedicated Hybrid Transmission) basiert auf einem automatisierten Schaltgetriebe und bietet zwei elektrische und sechs mechanische Gänge. Die zum Verbrennungsmotor parallel arbeitende E-Maschine ist so in die Getriebestruktur eingebunden, dass für sie zwei Übersetzungsstufen verfügbar sind. Der Vorteil: Auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten kann der Elektromotor sehr effizient betrieben werden. Exklusiv für den Verbrennungsmotor stehen ebenfalls zwei Übersetzungsstufen zur Verfügung.

Eine Art Vervielfältigungsgetriebe zwischen den beiden Teilgetrieben sorgt dafür, dass der Verbrennungsmotor auch das Teilgetriebe des elektrischen Pfads mit nutzt, so dass ihm vier weitere Gänge zur Verfügung stehen. Durch die Doppelnutzung einer Radsatzebene sind nur fünf Radebenen für die sechs Gänge erforderlich. Simulationen von Schaeffler zeigen, dass mit dem „DH-ST 6+2“ bei einer Systemleistung von 220 Kilowatt nicht nur sportliche Fahrleistungen, sondern auch niedrige WLTC-Kraftstoffverbräuche zu erzielen sind. Das Einsparpotenzial betrachtet Pfund im dem Zusammenhang noch nicht als ausgeschöpft.

Bereits 2011 stellte Schaeffler ein Konzeptfahrzeug auf Basis eines Skoda Octavia mit zwei elektrischen Achsantrieben an Vorder- und Hinterachse vor, das zusätzlich über eine aktive Drehmomentverteilung zwischen den Rädern einer Achse verfügte. Mittlerweile ist Schaeffler nicht nur mit Schlüsselkomponenten für einen solchen Antrieb in Serie, sondern hat einen kompletten Baukasten für elektrische Achsen entwickelt. Er umfasst sowohl achsparallele als auch koaxiale Antriebsvarianten einschließlich der optionalen Komponenten für Differenzial, schaltbares Zweiganggetriebe sowie die aktive Momentenverteilung. Mittels eines Konfigurators, den das Unternehmen auf dem Kolloquium erstmals vorstellt, können elektrische Achsantriebe für Elektro- und Hybridfahrzeuge künftig je nach Anforderungen an Bauraum, Fahrleistungen und Funktion definiert werden.

Und die seitdem erzielten Fortschritte sind laut Pfund enorm: Das zeigt ein Vergleich des Achsantriebs von 2011 mit einer aktuellen Ausführung. Stellte die 2011er-Version bei einem Gewicht von 90 Kilogramm 60 Kilowatt Maximalleistung zur Verfügung, kommt die neueste Generation auf 145 Kilowatt, obwohl das Gewicht um zehn Kilogramm reduziert werden konnte. „Solche Ergebnisse sind nur zu erzielen, weil wir elektrische, mechanische und elektronische Komponenten unserer Antriebe mit einem Systemansatz entwickeln“, erläutert Schaeffler Automotive-Vorstand Matthias Zink.

Ein besonders harte Nuss zu knacken galt es auch mit dem elektrischen Radnabenantrieb, der den Technikbaukasten ab 2022 ergänzen soll und im „Mover“ erstmals zum Serieneinsatz gelangen könnte.

Was bedeutet das?

Ganz so einfach über einen Kamm scheren lässt sich Elektrifizierung des Antriebsstranges dann doch nicht: Das Motto „One size fits all“ wäre hier fehl am Platz, erklärt Entwickler Pfund die Problematik – zumal wenn man noch diverse Hybridiseirungs- und Getriebevarianten berücksichtige – von den unterschiedlichen Fahrzeuggrößen -leistungen und Eingangsdrehmomenten einmal ganz zu schweigen. Entsprechend komplex und langwierig war es für Schaeffler, einen umfangreichen Elektrifizierungsbaukasten aufzusetzen – der jetzt steht.