Nachbericht zum 13. Internationalen CTI Symposium - Automotive Transmissions, HEV and EV Drives, 14.-15. Mai 2014, Berlin, Deutschland
(ots) - Das Getriebe wird zum Manager des
Antriebsstrangs
Etwa 30 neue Fahrzeuge mit elektrifiziertem Antrieb wird die
deutsche Automobilindustrie allein in diesem und kommenden Jahr
einführen, sagte Professor Ferit Küҫükay zum Auftakt des 13.
CTI-Symposiums in Berlin. Die Elektrifizierung sorgt für zunehmenden
Wettbewerb unter den Antriebskonzepten und für immer mehr
Möglichkeiten, Motor- und Getriebekonzepte miteinander zu
kombinieren. Daher wird der Antrieb auch in Zukunft ein
hochspannendes Arbeitsfeld für Ingenieure bleiben. Berlin zeigte:
Integrative und ganzheitliche Entwicklungsansätze werden immer
wichtiger, es ist aber auch mehr Offenheit für neue Ansätze
gefordert. Das Ende des Verbrennungsmotors ist zwar längst noch nicht
beschlossene Sache. Er wird aber immer häufiger in Gesellschaft einer
E-Maschine anzutreffen sein, bis hin zur Integration in
Aktivgetriebe. Das Getriebe als "Herz" des Antriebsstrangs war eine
Formulierung, die in dieser oder ähnlicher Form immer wieder auf der
Tagung gewählt wurde. Vielleicht ist dadurch auch das weiter
zunehmende Interesse am CTI-Symposium zu erklären, welches dieses
Jahr mit rund 1350 Teilnehmern einen Zuwachs von über 20 Prozent
erlebte. Erstmals fand es im Estrel-Hotel im Berliner Südosten statt,
das trotz voller Säle in immerhin acht Fachsektionen pro Tag genügend
Platz für die Teilnehmer und 120 Aussteller bot. Die Teilnehmer waren
aus 28 Nationen angereist, um die zukünftige Entwicklung der
Getriebetechnik zu diskutieren.
Evolutionäre Elektrifizierung heutiger Fahrzeugkonzepte
Den Auftakt der Plenarsektion am ersten Tage machte Bernhard
Mattes, Vorsitzender der Geschäftsführung der Ford-Werke GmbH. Er
beschrieb das Spannungsfeld, in dem ein großer OEM heute Fahrzeuge
entwickelt. Dazu gehören die Anforderungen nach mehr
Fahrzeugsicherheit und weniger Schadstoffemissionen, welche zudem
international unterschiedlich geregelt sind. Auch die Forderungen
nach lokaler Emissionsfreiheit werden zunehmen, wie jüngst Äußerungen
der Pariser Bürgermeisterin Anne Hidalgo zeigen. Sie will Autos
vollständig aus dem Zentrum der französischen Hauptstadt verbannen,
ausgenommen sollen nur besonders emissionsarme Fahrzeuge sein. Ford
setzt auf modulare Antriebskonzepte, behält aber das
Gesamtfahrzeugkonzept bei. Ein Beispiel: Der Ford Focus - ob mit
Verbrennungsmotor oder elektrischem Antrieb - läuft in Saarlouis vom
selben Band. Derzeit reicht das Spektrum des Unternehmens von
konventionellen Otto- und Dieselmotoren über einen
leistungsverzweigten Hybridantrieb und einen Plug-in Hybriden bis zum
reinen Elektroantrieb. Ford setzt weiterhin auf die Nutzung
konventioneller Gesamtfahrzeugkonzepte, um die Elektrifizierung
möglichst vielen Autofahrern zugänglich zu machen.
Das Getriebe als Herz des modernen Antriebsstrangs
Professor Helmut List, Vorsitzender und CEO der AVL List GmbH,
begrüßte seine Zuhörer mit einem Bonmot: Das CTI-Getriebesymposium
sei ein wahres "Wonderland für Getriebe und Antriebe". Für AVL haben
Getriebe eine enorme Bedeutung gewonnen, denn heute lässt sich der
Antriebsstrang nur noch in einer integrierten Betrachtung von Motor
und Getriebe sinnvoll entwickeln. Das Getriebe sei "somit das Herz
des Antriebsstrangs". Der integrierte Entwicklungsansatz von AVL
prägt die gesamte Prozesskette von der Simulation bis zum Real World
Testing. Von der integrierten Entwicklung des Antriebsstrangs
verspricht sich Helmut List eine Kostensenkung von bis zu 10 Prozent.
Angesichts der hohen Vielfalt von Motor Getriebekombinationen
plädiert er für ein flexibles "Portfolio-Management". So sind
deutlich mehr als sechs Gänge bei einem Handschaltgetriebe kaum
nutzbar, was einen breiten Sweetspot des Motors erfordert. Umgekehrt
darf dieser enger sein, wenn eine Automatik zum Beispiel neun Gänge
zur Verfügung stellt. Dafür bedarf es allerdings eines modularen
Motorkonzeptes, bei dem die Komplexität des Grundmotors variiert
werden kann. Insgesamt sieht AVL nach wie vor Chancen für weniger
Gänge. Dabei kann die Vergrößerung des Sweetspots durch
Motormaßnahmen helfen, aber auch eine Hybridisierung, bei der die
E-Maschine ineffektive Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors zu
vermeiden hilft.
Der "Commander" des Energiemanagements
Auch Terry Nakatsuka, CEO der Jatco LTD., sagt dem Getriebe eine
herausragende Funktion voraus: Jatcos Vision sei das Getriebe als
"Commander" und als "Gate" der Antriebsmomente, das Anforderungen
auch sensieren und an das Antriebssystem rückmelden kann. Zukünftig
könnte sich das Getriebe sogar zum Energielieferanten aufschwingen,
etwa durch Kombination des CVTs mit einem Schwungradspeicher, der
sich gut mit dem stufenlosen Getriebe kombinieren lasse. Ein weiterer
Vorteil für die Zukunft des CVTs bestehe in der guten Eignung für
Szenarien des teilautonomen Fahrens, beispielsweise dem
Kolonnenfahren oder einer adaptiven Abstandsregelung. In derartigen
Szenarien wirkt sich laut Nakatsuka die stufenlose Anpassung der
Übersetzung besonders günstig aus. In Zukunft soll das CVT allerdings
auch Erfolg in Europa haben, wo die akustische Entkoppelung von
Drehzahl und Vortrieb weniger gut ankommt als in Japan. Daher bietet
zum Beispiel der aktuelle Nissan Qashqai eine Funktion namens D-Step,
die bei zügiger Fahrweise Gangstufen simuliert. Das soll europäischen
Kunden mehr Fahrdynamik vermitteln. Bei ruhigerer Fahrweise bleibt es
aber bei der kraftstoffeffizienteren stufenlosen
Übersetzungsanpassung.
Viele Wege führen zum Null-Emissions-Fahrzeug
Prof. Dr.-Ing. Jens Hadler, Geschäftsführer der
Automobil-Prüftechnik Landau GmbH, ist auch am Lehrstuhl für
nachhaltige Mobilität der Otto-von-Guericke-Universität in Magdeburg
tätig. Er verblüffte mit der Aussage, dass etwa eine Stunde
Sonneneinstrahlung genügt, um die gesamte Weltbevölkerung ein Jahr
lang mit Energie zu versorgen. Die zweite überraschende Erkenntnis:
Fossile Kraftstoffe heutiger Prägung sind eigentlich einem Zufall
entsprungen, denn ihr ursprünglicher Zweck diente eher der
Beleuchtung als der Mobilität. Dies kann auch als Chance für
regenerativ gewonnene Kraftstoffe gesehen werden, die gezielt
"designt" werden können. Ob E-Mobilität oder regenerative
Kraftstoffe: Entscheidend sei letztlich, dass der Energieträger einen
"Zero-Impact-Emission-Powertrain" ermöglicht. Kraftstoffe werden
weiter den Vorteil behalten, dass sie als Energieträger einfach
lager- und transportierbar und somit unabhängig von den Launen von
Wind und Wetter sind. Für die nähere Zukunft erwartet Jens Hadler
kleinere Fahrzeuge, kleinere Verbrennungsmotoren und eine zunehmende
Elektrifizierung. Bei Stufengetrieben hält er eine Gangzahl zwischen
7 und 10 für sinnvoll. Die Motortechnologien für weniger Gänge
"müssten erst einmal kommen". Ähnlich wie Prof. List sieht er die
Notwendigkeit einer höheren Integration der Motor- und
Getriebesteuerung sowie eines modularen Getriebeportfolios, um den
internationalen Marktanforderungen und der Skalierung des
Antriebstrangs gerecht werden zu können.
Mehr Gänge sind nicht effizienter, können aber den Komfort erhöhen
Die sinnvolle Anzahl der Gänge beschäftigt die Experten weiter.
Wie viele Facetten das Thema hat, zeigte Prof. Dr.-Ing. Stefan
Pischinger, Leiter des Lehrstuhls für Verbrennungskraftmaschinen der
RWTH Aachen und Vorsitzender der Geschäftsführung der FEV GmbH. Er
stellte fest, dass hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz 5 bis 7 Gänge
eigentlich ausreichen. 10 Gänge scheinen demnach allenfalls sinnvoll,
wenn bei sehr leistungsstarken Fahrzeugen ein Downspeeding bei hohen
Fahrzeuggeschwindigkeiten gefragt ist. Anders sieht die Betrachtung
aus, wenn der Fahrkomfort priorisiert wird. Denn Gangsprünge sollten
nicht als störend wahrgenommen werden und das Anfahrverhalten kann
von einer kurzen Stufung profitieren. Prof. Pischinger zeigte
beispielsweise, dass ein DKG mit aufgeladenem Downsizing-Motor im
Vergleich zu einer Wandlerautomatik deutliche Nachteile bei der
Anfahrperformance hat. Um das Fehlen der Drehmomentüberhöhung zu
kompensieren, ist somit ein zusätzlicher kurzer Gang beim DKG
sinnvoll. Stefan Pischinger wollte aber nicht einer Gang-Inflation
das Wort reden, denn ob "Kriechgänge sinnvoll sind, sei einmal dahin
gestellt". Vernünftig findet er durchaus ein DKG-Radsatzkonzept, bei
dem die funktionale Trennung zwischen den Getriebehälften aufgehoben
wird. Dadurch lassen sich beispielsweise zehn Gänge realisieren, ohne
die Anzahl an Zahnrädern gegenüber sieben Gängen wesentlich zu
erhöhen. Bei zukünftigen Hybridantrieben hält er, wie vor ihm Prof.
List, weniger Gänge für sinnvoll und erwartet integrierte
Antriebsstrangkonzepte, bei denen die E-Maschine in das Getriebe
integriert wird.
Podiumsdiskussion und TED-Umfrage
Die traditionelle Podiumsdiskussion am ersten Tag des Symposiums
wurde wieder mit einer TED-Umfrage verbunden. Erstmals gab es auch
die Möglichkeit, über ein Web-Interface Fragen an die
Diskussionsteilnehmer zu stellen. Auf die Frage, in wie vielen
Fahrzeugen 2025 noch Verbrennungsmotoren zu finden sein werden, gab
es eine recht einhellige Antwort: Es werden wohl 90-95 Prozent sein,
wobei der Anteil von Hybridantrieben deutlich steigen wird. Eine
weitere Frage lautete: Wie viele Gänge sind für rein elektrische
Antriebe sinnvoll? Hier glaubte eine große Mehrheit von 40 Prozent im
Saal an zwei Gänge, immerhin 29 Prozent favorisierten drei. Terry
Nakatsuka glaubt auch beim E-Antrieb an das CVT, immerhin 11 Prozent
des Publikums sahen das ähnlich. Dieselbe Frage in Bezug auf
Vollhybride: Jeweils 31 Prozent stimmten für 5 oder 6 bzw. für 6 oder
7 Gänge. Diese Einschätzung ordnete Prof. Pischinger ein:
Hybridantriebe benötigen zwar weniger Gänge, doch bei einer Evolution
des Antriebsstrangs wird man auf bestehender Technik aufsetzen.
Ähnlich pragmatisch war die Diskussion zu Energieträgern: Wie schon
Jens Hadler in seinem Plenarvortrag zeigte sich Rolf Najork offen für
neuartige Kraftstoffe und nannte in diesem Zusammenhang als Beispiel
das e-gas-Projekt von Audi, bei dem per Elektrolyse Wasserstoff und
in einer weiteren Reaktion mit CO2 Methan hergestellt werden kann.
Najork hält die Überlegenheit eines lagerbaren flüssigen Kraftstoffs
für ein "Riesenargument". Außerdem: "Zero-Impact ist ein wichtiger
Gedanke, wie man das erreicht, ist egal."
Der moderne Antriebsstrang schaut voraus
Dr. Rüdiger Steiner, Senior Manager, Research and Advanced
Engineering, Daimler AG, befasste sich im ersten Vortrag des zweiten
Tages weniger mit Getriebetechnik als mit ihrer Rolle im
technologischen Gesamtkontext. Bereits mit einer E-Maschine mit 15 kW
könnten 90 bis 95 Prozent der kinetischen Bremsenergie rekuperiert
werden. Langfristig sei ein CO2-Ausstoß von 70 g/km anzustreben. Die
Wege dahin führen über eine bessere Aerodynamik, Leichtbau sowie den
Antriebsstrang, bei dem noch eine um gut 20 Prozent höhere Effizienz
erreichbar sei. Vor dem Hintergrund des 95 g/km-Ziels hält er
48-Volt-Mild-Hybride für ein "Muss". Neben der Elektrifizierung sieht
Daimler viel Einsparpotenzial durch moderne Fahrerassistenzsysteme,
bis hin zum autonomen Fahren. Als Beispiel nannte Steiner eine
prädiktive Fahrstrategie, wie sie beim Actros bereits in Serie ist.
Hierbei wird das Wissen um das Streckenprofil genutzt, um etwa die
kinetische Energie bei Gefällestrecken für den nächsten Anstieg zu
nutzen. Voraussetzung dafür sind Navigationsdaten mit topographischen
Daten sowie eine Antriebssteuerung, die dieses Wissen in eine
geeignete Schaltstrategie umsetzen kann. Einen Schritt weiter geht
eine Betriebsstrategie wie im Mercedes S500 Plug-in-Hybrid, bei dem
die Topographie für die Ladestrategie genutzt wird. Weitere
Möglichkeiten sind die Einbindung der Verkehrszeichenerkennung in die
Ladestrategie sowie ein zielabhängiges Ladekonzept. So kann
beispielsweise der Ladezustand der Traktionsbatterie auf eine
Null-Emissions-Zone am Zielort angepasst werden. Dr. Steiner
plädierte für einen "vorausschauenden Antriebsstrang" und lieferte
somit einen Grund mehr für ganzheitliche Entwicklungsstrategien.
Vielseitiger Hybridbaukasten für eine flexible Elektrifizierung
Uwe Wagner, Senior VP R&D Automotive, Schaeffler Technologies GmbH
& Co. KG, verglich zunächst verschiedene Antriebskonzepte vom
konventionellen bis zum voll elektrifizierten Antrieb hinsichtlich
ihrer Well-to-Wheel-Bilanz. Aus heutiger Sicht sind dabei über die
Lebensdauer keine großen Unterschiede zu erkennen. Anders sieht es
bei regenerativ erzeugtem Strom aus. Für 2030 erwartet Wagner eine
CO2-Einsparung von bis zu 60 Prozent bei batterieelektrischen
Fahrzeugen. Während es heute keine nennenswerte Anzahl an
Elektroautos gibt, rechnet er für 2030 mit einem rein elektrischen
Anteil von 9 Prozent und 35 Prozent bei den Hybridfahrzeugen. 56
Prozent würden demzufolge nach wie vor nur von einem
Verbrennungsmotor angetrieben. Angesichts dieses breiten Spektrums
von Antriebskonzepten stellt sich Schaeffler schon heute breit auf -
vom Mikro- und Mildhybrid mit per Riemen angebundener E-Maschine
(P0-Hybrid) bis hin zu Parallelhybriden mit abtrennbarem
Verbrennungsmotor (P2-Hybrid). Schaeffler bevorzugt die P2-Anordnung
aufgrund der hohen Freiheitsgrade bei der Skalierung. Auch Uwe Wagner
hält im Übrigen 5 bis 6 Gänge für ausreichend, solange man nur die
Effizienz betrachtet. Bei rein elektrischen Antrieben wie bei
Through-the-Road-Hybriden (P4-Anordnung) favorisiert er zwei Gänge,
wodurch sich eine Wirkungsgradverbesserung um 6,5 Prozent ergebe.
Schließlich beschrieb Uwe Wagner den Prototyp eines Ford Fiesta mit
Radnabenmotoren. Die zwei Motoren mit jeweils 33 kW Dauerleistung
ermöglichen ein echtes Torque Vectoring, äußern sich aber auch in 45
kg Mehrgewicht pro Rad. Negative Auswirkungen durch die hohen
ungefederten Massen sieht Uwe Wagner auf Nachfrage ebenso wenig wie
Ford-Vorstandschef Bernhard Mattes.
China: Der steile Aufstieg bleibt herausfordernd
Noch vor wenigen Jahren wurde China mit seinen
Elektrofahrzeugplänen medial die Überholspur zugewiesen. Doch
zunächst gilt es wohl, den technologischen Vorsprung der etablierten
Märkte Europa, Japan und USA aufzuholen. Dr. Klaus Badenhausen, Vice
President und Leiter Chery Technical Center Shanghai, Chery
Automobile Co., Ltd., beschrieb zwar ein gewaltiges Wachstum über die
vergangenen 20 Jahre, in denen sich China zum größten Pkw-Markt der
Welt entwickelt hat, doch während in Deutschland statistisch etwa
jeder zweite ein Auto besitzt, gilt dies in China erst für jeden
200sten. Das zeigt, welche Chancen, aber auch Herausforderungen
entstehen, wenn das Wachstum in China auch nur annähernd so weiter
geht wie bisher. Bei der Modellpolitik haben chinesischen Hersteller
laut Badenhausen Lehrgeld zahlen müssen: Sie hätten zum Teil zu sehr
die Modellvielfalt befeuert, anstatt zunächst eine Markenidentität
aufzubauen. Das haben ihnen globale Hersteller voraus, die derzeit 70
Prozent des chinesischen Markts bedienen. Nachholbedarf bestehe auch
bei der Qualifikation der Ingenieure, denn auf jahrzehntelanges
Erfahrungswissen können die Chinesen bisher nicht zurückgreifen.
Zudem seien die technologischen Ansprüche für chinesische Hersteller
heute viel höher als früher bei den Japanern und später den
Koreanern. Bei Chery will Klaus Badenhausen die Lücke mit Prozessen
auf internationalem Standard schließen. Diese von Grund auf
entwickeln zu dürfen, sei "eine fantastische Aufgabe". Zentrale
Bedeutung hat zudem ein robustes, modulares Plattformkonzept "mit
unterschiedlichen Hüten darauf". Längerfristig werden chinesische
Hersteller nach seiner Überzeugung eine größere Bedeutung im Markt
bekommen, was aber europäischen Herstellern nicht schaden muss, denn
"im chinesischen Markt ist Platz für alle".
WLTC lässt den Verbrauch steigen
Den Abschluss der Plenarsektionen über zwei Tage machte Dr. Robert
Plank, Vorsitzender der Geschäftsführung der TÜV Nord Mobilität GmbH
& Co. KG. Er brachte etwas Licht in das Dickicht der
Abgasgesetzgebung und Verbrauchszyklen der kommenden Jahre.
Insbesondere der Vergleich zwischen NEFZ und dem Messzyklus WLTC ist
für Getriebeentwickler von Bedeutung: Aufgrund deutlich weniger
Stillstandsphasen wird zum Beispiel die Bedeutung von
Start/Stopp-Systemen im WLTC geringer. Bei Handschaltern sehen sich
die Entwickler damit konfrontiert, dass die Schaltzeitpunkte nicht,
wie im NEFZ, generell vorgeben sein werden, sondern abhängig von
verschiedenen Fahrzeugparametern für jedes zu testende Fahrzeuge
eigens berechnet werden. Im Mittel werden die Verbräuche höher
ausfallen, was zu der Frage führt, wie dies mit den Verbrauchsangaben
und Flottenverbrauchszielen in Einklang zu bringen ist. Eine
Möglichkeit wäre, die Ergebnisse auf den NEFZ zurückzurechnen, eine
weitere, neue Grenzwerte einzuführen. Laut Robert Plank wird derzeit
ein "Mixed Approach" bevorzugt, bei dem für eine Übergangszeit eine
Umrechnung vorgesehen ist. Am Herzen lag Dr. Plank auch die weltweite
Harmonisierung der Verbrauchsermittlung, wie sie der "worldwide"
gedachte WLTC nahelegt. Globale Standards würden letzten Endes auch
den Automobilherstellern helfen, Kosten zu senken. Derzeit sieht es
allerdings so aus, dass weder die USA noch China den WLTC einführen
wollen.
Der vorausschauende Hybridantrieb wird Realität
Bereits zum sechsten Mal wurde auf dem CTI-Symposium der CTI Young
Drive Experts Award vergeben. Den ersten Platz erreichte Dr.
Sebastian Idler mit seiner Dissertation "Fresstragfähigkeit
stufenloser Umschlingungsgetriebe". Das von ihm entwickelte Verfahren
ermöglicht eine verbesserte Anpressstrategie in Abhängigkeit von der
Oberflächentemperatur. Den zweiten Preis sicherte sich Dr. Felix
Töpler für seine Dissertation mit dem Thema "Vorausschauendes
Energiemanagement für Plug-in-Hybridfahrzeuge". Mit dem Verfahren
konnte Töpler eine Verbrauchseinsparung von gut 5 Prozent im
kundennahen Zyklus nachweisen. Das Thema hatte einen ausgesprochen
aktuellen Bezug zur Tagung, da die zunehmende Systemintegration bei
der fortschreitenden Automatisierung und Elektrifizierung immer
wieder thematisiert wurde. Auffallend war im Rückblick die nicht
abebben wollende Diskussion über die sinnvolle Anzahl der Gänge.
Einerseits herrschte weitgehend Einigkeit, dass 10 Gänge aus
Verbrauchssicht nicht erforderlich sind und dass hochintegrierte
Hybridantriebe auch mit 5 Gängen auskommen würden. Sogar eine
Kombination aus wenigen Stufen mit seriellem oder
leistungsverzweigten Betrieb sei denkbar. Dennoch war eine gewisse
Bereitschaft zu spüren, sich zumindest aus Komfortgründen mit mehr
Gängen zu befassen, solange neue Radsatzkonzepte dies bei
vertretbarem Package zulassen. Jedoch darf die erforderliche
Schaltstrategie den Komfortgewinn nicht konterkarieren. Eine weitere
Erkenntnis: Marktfähige Antriebskonzepte erfordern einen
beherrschbaren Antriebsbaukasten, der vielfältige Antriebsszenarien
ermöglicht, die vom Autofahrer auch bezahlt werden können. Der
mehrfach gefallene Begriff "Zero-Impact-Emission-Powertrain" trägt
eine weitere Botschaft in sich: Das Konzept der flüssigen
Energieträger sollte nicht zu schnell abgeschrieben werden.
Skalierbare Hybridantriebe können dabei der Erfüllung der
CO2-Gesetzgebungen ebenso dienen wie einer lokal emissionsfreien
Mobilität.
Weitere Infos und Bildmaterial:
http://www.transmission-symposium.com/
Autor: Gernot Goppelt
9th International CTI Symposium, Novi, Michigan, 18-21 May 2015
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Datum: 19.12.2014 - 15:20 Uhr
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"Nachbericht zum 13. Internationalen CTI Symposium - Automotive Transmissions, HEV and EV Drives, 14.-15. Mai 2014, Berlin, Deutschland"
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