Powertrain Downspeeding mittels Fliehkraftpendel

Autor / Redakteur: Wolfgang Pester / Thomas Günnel

Mit ausgeklügelter Antriebstechnik wird am Verbrauch gespart. Downspeeding, das Fahren im so genannten Drehzahlkeller, gehört zum Sparprogramm – ein Trick hierbei heißt Fliehkraftpendel.

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Mit ausgeklügelter Antriebstechnik wird am Verbrauch gespart. Downspeeding, das Fahren im so genannten Drehzahlkeller, gehört zum Sparprogramm – ein Trick hierbei heißt Fliehkraftpendel.
Mit ausgeklügelter Antriebstechnik wird am Verbrauch gespart. Downspeeding, das Fahren im so genannten Drehzahlkeller, gehört zum Sparprogramm – ein Trick hierbei heißt Fliehkraftpendel.
(Foto: Schaeffler)

Die Ressourcen zum Spritsparen im Antriebsstrang sind noch nicht ausgeschöpft. Dazu gehören leistungsstarke Motoren mit vergleichsweise kleinen Hubräumen, sogenannte „Downsizing“-Motoren. Aber nicht alle spritenthaltsam projektierte Motoren sind in der Basis Downsizing-Aggregate. Denn ist ein Benzin- oder Dieselmotor ohne Verringerung des Verbrennungsraums so ausgelegt, dass Hubraum, Leistung und Drehmoment, Verbrauch und Einsatzbedingungen optimal zueinanderpassen, sprechen die Ingenieure von „Rightsizing“. Dabei werden die Methoden Downsizing und Rightsizing mit dem ausgeklügelten Verfahren des sogenannten Downspeeding verknüpft, dem Fahren im Drehzahlkeller – das senkt den Kraftstoffverbrauch deutlich.

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Optimierungspotenzial von 15 bis 20 Prozent

Das spezielle Optimierungs-Potenzial im Antriebsstrang beziffert Christian Beidl, Professor für Verbrennungsmotoren und Fahrzeugantriebe an der TU Darmstadt, immerhin auf 15 Prozent bis 20 Prozent. Wobei durch Motor-Getriebe-Lösungen signifikante Effizienzsteigerungen erzielt werden, betont Peter Gutzmer, Forschungs- und Entwicklungschef des Automobilzulieferers Schaeffler. Und: „Die Getriebeabstufung wird dabei eine größere Bedeutung erhalten als bisher.“

50 km/h im fünften Gang

Fahren im Stadtverkehr mit 50 km/h im fünften Gang? Das ist bei Downspeeding-Pkw eher die Regel, als die Ausnahme. Mit der hohen Gangstufe, die vormals zum Abwürgen beziehungsweise zum starken Stottern des Motors führte, fahren handgeschaltete Kompaktautos jetzt ruckelfrei. Downspeeding gibt’s bei Premium-Modellen ebenso mit feinen Automatik-Getrieben. Ihnen allen ist gemein, dass sie mit Geschwindigkeiten bis 70 km/h und niedriger Motordrehzahl zwischen 1.000 U/min bis 1.250 U/min in der sechsten Gangstufe problemlos fahren. Und auf der Autobahn mit Tempo 130 km/h dreht sich die Kurbelwelle meist nur mit etwa 2.100 Umdrehungen je Minute (U/min). Diese Autos haben im Alltagsverkehr eine Vier vor dem Komma, wenn es um die Berechnung des Kraftstoff-Verbrauchs je Liter auf 100 Kilometer geht – und das ohne Einbußen an Fahrqualität.

Motor und Getriebe projektieren

Das heißt, dass der CO2-optimierte Benziner oder Diesel mit einem speziellen Getriebe projektiert wird und sie gemeinsam den verbrauchsarmen Fahrzeugantrieb darstellen. Der Motor wird derart konzipiert, dass das maximale Drehmoment teilweise bereits ab etwa 1.600 U/min anliegt. Bei rund 1.000 U/min steht dann schon weit mehr als die Hälfte des Drehmomentmaximums für den Antrieb bereit. Die große Kraft des Motors sichert im Downspeeding-Betrieb so den akzeptablen Antrieb und den geringen Kraftstoffverbrauch, der laut Schaeffler vergleichsweise durch Downspeeding um 4,5 Prozent sinkt.

In der Golfklasse erleben Fahrer von zwei neuen Kombi-Modellen mit Dieselmotor und 6-Gang-Handschaltgetriebe das spritsparende Downspeeding: Beide verbrauchen im Alltagsbetrieb nur 4,6 Liter je 100 Kilometer und fahren mit einem 1,6-Liter-Vierzylinder. Der Peugeot 308 SW e-HDi FAP 115 Stop&Start ist auf 85 kW/115 PS Leistung ausgelegt und offeriert 270 Newtonmeter maximales Drehmoment bei 1.750 U/min. Etwas mehr bietet der Renault Mégane Grandtour Energy dCi 130 Start&Stop mit 96 kW/130 PS sowie 320 Newtonmeter bei 2.000 U/min.

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Hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl

Ebenso sparsam geben sich die Premium-Modelle mit Downspeeding: Der Vierzylinder-Diesel im neue Audi A6 Avant 2.0 TDI ultra S tronic konsumiert mit 4,8 Liter je 100 Kilometer etwas mehr als 308 und Mégane, hat aber mit rund 1.800 Kilogramm ein um 400 Kilogramm höheres Leergewicht als die Kompakten. Er schöpft aus 2,0 Liter Hubraum 140 kW/190 PS, stemmt sein maximales Drehmoment von 400 Newtonmeter bereits bei 1.750 U/min auf die Kurbelwelle und bildet mit dem neuen 7-Gang-Doppelkupplungs-Getriebe die effektive Antriebseinheit. Doch der massigste Pkw der Downspeeding-Beispiele ist auch der effektivste, wie die Tests des ADAC belegen: Mit nur 5,1 Liter Diesel je 100 Kilometer begnügt sich der Mercedes S 300 BlueTec Hybrid 7G-Tronic Plus, und das, obwohl er mit fast 2,1 Tonnen Leergewicht zwölf Zentner mehr auf die Waage bringt als die 0,5 Liter weniger verbrauchenden Franzosen.

2.000 U/min bei 130 km/h

Jedoch geht nicht allein der geringe Verbrauch der Oberklasse-Limousine auf die Rechnung des elektrifizierten Antriebs mit Energierückgewinnung. Die in der Wandler-Automatik montierte E-Maschine steuert zwar 20 kW/27 PS Leistung hinzu, aber das Herz des hervorragenden Antriebs ist der 150 kW/204 PS leistende 2,15-Liter-Vierzylinder-Diesel. Er hält die höchste Kraftfülle von 500 Newtonmetern bereits bei 1.600 U/min bis 1.800 U/min bereit. Die in Millisekunden schaltende Getriebe-Mechatronik der 7-Stufen-Wandler-Automatik betreibt den Motor meist zwischen 1.100 U/min und 1.200 U/min bis 70 km/h in der sechsten Fahrstufe; bei 100 km/h und 130 km/h dreht sich die Kurbelwelle mit 1.750 U/min respektive 2.000 U/min. Der S 300 BlueTec Hybrid 7G-Tronic Plus und der A6 Avant 2.0 TDI ultra S tronic glänzen im Downspeeding-Betrieb mit höchstem Fahrkomfort, den die Golfklässler aus Frankreich nicht erreichen können. Und das liegt an der Kraftübertragung.

Verbrauch und Komfort

Doppelkupplungs- und Wandler-Automatikgetriebe sind auf die Betriebsweise des Downspeeding optimal abzustimmen, anders solche, wo der Fahrer die Hand anlegt. Thomas Weber, Daimler-Forschungsvorstand und Entwicklungschef bei Mercedes-Benz Pkw, bringt dies auf die Formel: „Hochwirksame Torsionsdämpfer-Konzepte mit Fliehkraftpendel ermöglichen sehr niedrige Motordrehzahlen bei maximalem Komfort“. Dabei liegt der Schwerpunkt seiner Aussage auf „Fliehkraftpendel“. Zwar dämpft das sogenannte Zweimassenschwungrad (ZMS) der Schaeffler-Tochter LuK seit nunmehr fast 20 Jahren die Drehschwingungen im Antriebsstrang so effektiv, dass das starre Schwungrad zwischen Motor und Getriebe in fortschrittlichen Autos heute kaum mehr eingesetzt wird.

Doch Premium hat einen hohen Anspruch, wenn es um Fahrkomfort geht: Spürbare Drehschwingungen im Antrieb müssen getilgt werden. Besonders im schwingungsanfälligen Downspeeding-Betrieb. Und das leisten in den Getrieben die sogenannten „Fliehkraftpendel“ (FKP).

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Fliehkraftpendel gegen Drehschwingungen

Mit esoterischen Pendeln hat das Fliehkraftpendel vom Autozulieferer LuK überhaupt nichts zu tun. Die Experten entwickelten das FKP-System als erweitertes Torsionsdämpfer-Konzept, das mit Zunahme der Downspeeding-Motoren immer mehr Fahrt aufnimmt. Speziell in Deutschland, wo vor fünf Jahren beginnend in Premium-Autos Fliehkraftpendel verwendet werden. Sie übernehmen sowohl in Handschalt- und Doppelkupplungs-Getrieben sowie in hydrodynamischen Drehmomentwandlern von Automatikgetrieben das Feintuning der Drehschwingungen gegen null.

Die Wirkung der Fliehkraftpendel wird dadurch erzielt, dass die Schwingung der Pendelmasse am ZMS eine Kraft entgegen der Drehrichtung des Motors erzeugt. Diese Kraft gleicht speziell im unteren Drehzahlbereich die starken Schwingungen des Verbrennungsmotors aus. Mercedes tilgt in beiden Wandler-Automatikgetriebe 7G- und 9G-Tronic mit Fliehkraftpendeln die Drehschwingungen. Ihr Einsatz muss auf jede Motorisierung speziell abgestimmt sein – denn ein Mercedes im Downspeeding-Betrieb muss fahren wie ein Mercedes: komfortabel.

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