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Antrieb 48 Volt: Mehr Spannung für Motor und Fahrwerk

| Autor: Thomas Günnel

Die kommende Mobilität wird geprägt sein von hybriden und elektrisch angetriebenen Fahrzeugen – während der Verbrennungsmotor weiter optimiert wird. Am Hockenheimring zeigte Borg Warner seine Entwicklungen für beide Welten.

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Die Elektrifizierung des Antriebsstranges nimmt zu und erlaubt weiter optimierte Verbrennungsmotoren. Ein Beispiel dafür ist der elektrische Verdichter, der den Motor auch bei geringen Drehzahlen auflädt.
Die Elektrifizierung des Antriebsstranges nimmt zu und erlaubt weiter optimierte Verbrennungsmotoren. Ein Beispiel dafür ist der elektrische Verdichter, der den Motor auch bei geringen Drehzahlen auflädt.
(Bild: Thomas Günnel/Automobil Industrie)

Unrunder Motorlauf und weißer Rauch am Heck beim Beschleunigen – nein, das ist nicht die Erinnerung an den Borg-Warner-Techniktag im Juni am Hockenheimring. Vielmehr quittierte das hier nicht näher genannte Testfahrzeug bei der Anreise zum Termin kurz vor sieben Uhr morgens annähernd den Dienst. Dank seiner beiden Kinder war ein Kollege ebenfalls bereits wach, bereit, die Autos zu tauschen – und ich kam nur wenige Minuten zu spät an.

„Pretty much one car out of two around the world has Borg Warner content“, erklärte gerade Fréderic Lissalde, President und General Manager des Zulieferers – laut der Berater von IHS Markit hatte das Unternehmen im vergangenen Jahr einen Marktanteil von rund 44 Prozent, bezogen auf Verbrennungsmotoren. Bis zum Jahr 2023 steigt dieser Anteil prognostiziert auf 53 Prozent – bei einem leicht rückläufigen Markt.

Bei Hybridfahrzeugen sind es aktuell 20 Prozent. Dabei sind alle Komponenten des Verbrennungsmotors Teil des hybriden Antriebsstranges, plus die Komponenten, die diesen elektrifizieren. Laut Prognose wächst der Anteil hier auf 42 Prozent. Und auch bei rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist der Zulieferer präsent: aktuell noch bei rund drei Prozent – auf dem Weg zu prognostizierten 29 Prozent.

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Elektrisch verdichten

Am Hockenheimring stellte der Zulieferer eine neue Komponente vor, die mittels Elektrifizierung – genauer dem 48-Volt-Bordnetz – das Turboloch schließt und Ottomotoren so zu ordentlich „Schub“ auch im unteren Drehzahlbereich verhilft: der sogenannte „eBooster“. Der elektrisch angetriebene Verdichter arbeitet in Reihe mit einem Turbolader und bietet bedarfsgerecht den benötigten Ladedruck. Innerhalb von 0,27 Sekunden läuft er aus dem Stand auf seine Maximaldrehzahl von 70.000 U/min hoch – laut Hersteller reagiert der Verdichter damit so schnell wie kein anderer. Er arbeitet so lange, bis die konventionellen Abgasturbolader selbst genug Ladedruck liefern.

Einige Runden auf dem Hockenheimring in einem mit dem „eBooster“ ausgerüsteten Q5 überzeugten: Das Beschleunigen aus Drehzahlen von um die 1.500 U/min gelingt spürbar besser – ohne Gangwechsel, das Ansprechverhalten erinnert eher an einen Diesel- und weniger an einen herkömmlichen Ottomotor. „Das Drehmoment des Motors liegt mit dem ‚eBooster‘ in etwa auf dem eines Q7“, erfahre ich vom begleitenden Ingenieur. Auf meine Frage, wann denn der „eBooster“ entsprechend im Q7 verbaut werde, erhalte ich ein Grinsen: Das habe man vorerst nicht vor.

Aber natürlich geht es nicht nur um mehr Fahrspaß: Mehr Drehmoment im unteren Drehzahlbereich sorgt auch dafür, dass schaltfaul und mit geringerer Drehzahl gefahren werden kann – laut Borg Warner ist mit dem Verdichter ein Verbrauchsvorteil von fünf bis zehn Prozent bei hubraumoptimierten Motoren möglich.

Vergleich mit und ohne E-Booster

Exemplarisch demonstrierte der Zulieferer das anhand eines Vergleichs der Leistungswerte dreier Motoren im Ford Mustang: eines 2,3-Liter-Ottomotors in der Serienausführung und eines klassischen 5.0-Liter-V8 ohne Aufladung. Dem gegenüber stand der Serien-2,3-Liter-Ottomotor – umgerüstet mit einem größeren Turbolader und dem „eBooster“.

Der mit dem neuen Verdichter ausgerüstete 2,3-Liter-Motor liefert in praktisch allen relevanten Bereichen bessere Werte als der Serien-Motor: Er hat mehr Drehmoment bei rund 2.000 U/min, die Zeit zum Drehmomentaufbau bei 1.500 U/min ist kürzer (0,95 s statt 1,25 s), und der Verbrauch reduzierte sich im Stadt- und Autobahnbetrieb um jeweils knapp einen halben Liter – um nur drei Werte zu nennen. Im Vergleich mit dem V8 sieht es ähnlich aus. Einzig bei der benötigten Zeit für den Drehmomentaufbau ist der V8 mit 0,35 Sekunden besser. Hubraum ist eben doch durch nichts zu ersetzen, außer durch mehr Hubraum – die Flottenlimits mal außen vor gelassen.

In Serie kommt der Verdichter erstmals im Sechszylinder-Ottomotor der neuen S-Klasse auf die europäischen Märkte. Produziert wird er in Kirchheimbolanden, am Hauptsitz von Borg Warner Turbo Systems.

Elektrisch stabilisieren

Ein weiteres System, das auf dem 48-Volt-Bordnetz basiert, ist das elektrische Heckantriebsmodul „electric rear drive module“ (eRDM). Es vereint zwei Funktionen: einen mechanischen Allradantrieb und elektrisches Torque-Vectoring. Das Modul beinhaltet alle Komponenten eines klassischen Heckantriebsmoduls, angetrieben von der hinteren Gelenkwelle – und einen 48-Volt-Elektromotor, der zwei Planetenradsätze antreibt. Eine Zahnradpumpe versorgt den 48-Volt-Motor mit Kühlmittel und ermöglicht das hydraulische Umschalten.

Das Modul kann entweder im Torque-Vectoring- oder Hybridmodus arbeiten oder den 48-Volt-Motor komplett vom System trennen. Im Hybridmodus ist der Motor über einen zweistufigen Schrägzahnradsatz mit dem Differenzialgehäuse verbunden: Im E-Modus unterstützt der Motor, rekuperiert beim Verzögern oder ermöglicht das elektrische Segeln. So weit, so bekannt. Verbunden mit dem Sonnenrad des doppelten Planetengetriebes jedoch, wechselt das Modul in den Torque-Vectoring-Modus. Abhängig von Informationen wie Gierrate, Raddrehzahl, Lenkwinkel und Gaspedalstellung verteilt „eRDM“ das Drehmoment aktiv zwischen den beiden Rädern – auch hier war bei Testrunden auf der Rennstrecke die höhere Stabilität des Fahrzeugs deutlich spürbar.

Wozu das Ganze? Zum Beispiel, um bei einem Ausweichmanöver das Fahrzeug so weit wie möglich zu stabilisieren. Außerdem, so Borg Warner, verbessere sich das Kurvenverhalten des Fahrzeugs. Da das System unabhängig von Gaspedalstellung und Beschleunigung arbeitet, ist das Fahrverhalten besonders beim Untersteuern sehr viel berechenbarer.

Drehmomente nach Bedarf verteilen

Mehr Fahrstabilität liefert auch das bedarfsgerecht gesteuerte Verteilergetriebe. Anhand von Parametern wie Lenkwinkel, Gaspedalstellung und Raddrehzahl regelt das Steuergerät die Drehmomentenverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse, indem ein Aktuator Druck auf das Kupplungspaket ausübt und es komprimiert. Das Verteilergetriebe ist pumpenlos aufgebaut – die Kette transportiert das Schmiermittel von der unteren zur oberen Ölwanne. Verfügbar ist das System zunächst für den neuen Jaguar XF – später folgen der XE und der Crossover F-Pace.

Weitere Produkte sind unter anderem Komponenten für künftige elektrifizierte Szenarien: etwa Hybridmodule, PTC-Hochvolt-Zuheizer für Fahrzeuge mit Hybrid- oder Elektroantrieb, ein 48-Volt-Motor-Generator oder ein elektrisches Antriebsmodul mit integriertem Getriebe – für eine Mobilität, die ganz ohne „Rauch“ und Abgasanlage auskommt.

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Über den Autor

 Thomas Günnel

Thomas Günnel

Redakteur/Fachjournalist, Redaktion AUTOMOBIL INDUSTRIE