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Volvo Tests mit Schwungradspeicher-KERS

| Autor / Redakteur: Thomas Kuther / Bernd Otterbach

Volvo will einen Schwungradspeicher als Energierückgewinnungssystem einsetzen. Mit dieser Technik soll ein Vierzylinder-Motor die Leistung eines Sechszylinders erreichen – und dabei gleichzeitig bis zu 20 Prozent weniger Sprit verbrauchen.

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Schwungräder als Antrieb sind nicht neu. Typische Beispiele sind etwa Aufziehautos oder die in den 50er Jahren in der Schweiz eingesetzten Gyrobusse. Heute setzt beispielsweise Porsche beim 911 GT3 R auf ein Schwungrad als Energiespeicher und Active Power bietet USV-Anlagen auf Basis der Schwungrad-Technik an. Neu am System von Volvo ist, dass es sich um ein rein mechanisch gekoppeltes Speichersystem handelt. Bei der Entwicklung der Rekuperations-Technik auf Schwungradbasis wird die Volvo Car Corporation von der schwedischen Umweltbehörde mit einem Zuschuss von umgerechnet rund 735.000 Euro unterstützt. An dem Technik-Projekt beteiligen sich auch der Motorenhersteller Volvo Powertrain und die schwedische SKF-Group.

Ganzheitliches System für die Bremsenergie-Rückgewinnung

„Unser Ziel ist es, ein komplettes, ganzheitliches System für die Bremsenergie-Rückgewinnung zu entwickeln. Die neue Technik werden wir im zweiten Halbjahr 2011 in einem Volvo-Fahrzeug testen“, erläutert Derek Crabb, Vice President VCC Powertrain Engineering. „Das System hat ein Kraftstoff-Einsparpotenzial von bis zu 20 Prozent und bringt gleichzeitig eine Leistungssteigerung von 80 PS, die dem Fahrer das Gefühl vermittelt, er beschleunige mit einem Sechszylinder-Triebwerk, obwohl es sich um einen Vierzylinder-Motor handelt.“

Das Schwungrad rotiert mit 60.000 Umdrehungen in der Minute

Das neue System mit der Bezeichnung Flywheel-KERS (Kinetic Energy Recovery System) ist an die Hinterachse gekoppelt. Während des Bremsvorgangs erzeugt das Schwungrad bis zu 60.000 Umdrehungen in der Minute. Sobald die Bremsen betätigt werden, schaltet sich der Motor automatisch ab. Beim Anfahren wird die gewonnene Bremsenergie vom Schwungradspeicher über ein speziell entwickeltes Getriebe an das Hinterrad übertragen (schematische Zeichnungen im Anhang). Die Schwungrad-Energie kann sowohl für die Beschleunigung beim Anfahren als auch zur Unterstützung des normalen Fahrbetriebs genutzt werden.

Der Motor kann im NEFZ etwa die Hälfte der Fahrzeit ausgeschaltet bleiben

„Durch das neue System wird der Kraftstoffverbrauch deutlich gesenkt. Zudem haben unsere Berechnungen ergeben, dass der Motor bei Fahrten im Rahmen des offiziellen Testzyklus NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus) etwa die Hälfte der Fahrzeit ausgeschaltet bleiben kann“, ergänzt Derek Crabb. Die Schwungradspeicher-Technik ist auch deshalb so effektiv, weil das System seine größte Energiezufuhr während der höchsten Belastung erhält. Dies bedeutet: Je mehr Stopps und Starts, je länger die Fahrt, desto größer ist die Energiegewinnung und gleichzeitig auch die Kraftstoffeinsparung. Wird darüber hinaus der Motor mit der zusätzlich gewonnenen Rekuperations-Energie gespeist, steigert diese die Leistung um 59 kW und erhöht das maximale Drehmoment deutlich, sodass beispielsweise die Beschleunigung spürbar verringert werden kann.

Der Schwungradspeicher aus Kohlefaser wiegt nur 6 Kilogramm

Ein Vorläufer der Schwungradspeicher-Technik wurde bereits in einem Volvo 240 in den 1980er Jahren getestet. Das damalige Schwungrad wurde aus Stahl hergestellt. In jüngster Zeit haben verschiedene Hersteller ähnliche Konzepte erprobt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Stahlbauweise wenig effektiv und zu teuer ist.

Das neue System, das Volvo einsetzen wird, ist aus Karbonfaser in Leichtbauweise gefertigt. Es wiegt lediglich rund 6 kg und hat einen Durchmesser von nur 20 Zentimeter. Zudem arbeitet das Karbonfaser-Schwungrad in einem Vakuum, um Reibungsverluste zu vermeiden.

Schwungradsystem soll in wenigen Jahren serienreif sein

„Wir sind zwar nicht die ersten Hersteller, die diese Technik testen. Kein anderes Unternehmen hat bisher jedoch ein Verfahren entwickelt, das an der Hinterachse wirkende System mit einem Frontantrieb zu verbinden“, betont Derek Crabb. „Sollten die Tests erfolgreich verlaufen und die Entwicklung planmäßig voranschreiten, rechnen wir bereits in wenigen Jahren mit der Einführung des serienreifen Systems. Denn die Schwungradspeicher-Technik ist vergleichsweise günstig. Und obwohl es sich um eine sehr anspruchsvolle Top-Technik handelt, wie es auch beispielsweise der Plug-in-Hybrid ist, kann sie in den meisten unserer Volvo Modelle eingesetzt werden. Das System hat das Potenzial, innerhalb unserer ambitionierten Volvo Zukunftsstrategie DRIVe Towards Zero eine herausragende Rolle zu spielen.“

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