Welchen Fortschritt elektrisch geregelte Pumpen bringen können, zeigt ein Beispiel aus dem Automobilbau. Die an den Kühlbedarf des Motors angepasste Pumpleistung verbessert die Energie- und Emissionsbilanz um 3 %.
Jochen Meyer ist freier Fachjournalist in Herne
Schon beim Drehen des Zündschlüssels erkennen Sensoren, dass der Motor durch die gerade in der heißen Augustsonne absolvierte Stadtfahrt noch überhitzt ist und einen hohen Kühlbedarf hat. Die Zusatz-Steuerung reagiert sofort. Noch bevor die Zündung greift, läuft das im Motorraum des Opel Omega eingebaute Aggregat auf volle Drehzahl hoch und schickt Kühlwasser mit großer Geschwindigkeit durch den Kreislauf. Der 2,5-l-Diesel ist ein Testfahrzeug: Seine Kühlwasserpumpe wurde durch einen neuen Prototypen ersetzt, der nicht mehr am Riementrieb hängt, sondern von einem stufenlos regelbaren Elektromotor angetrieben wird. „Die Vorgaben für Spritverbrauch und Abgaswerte werden immer enger”, erläutert hierzu Gerald Buha, Entwicklungsleiter bei der TCG Unitech AG im österreichischen Kirchdorf. „Und damit geraten die Konstrukteure unter Druck. Sie müssen die Rahmenbedingungen für den Motorbetrieb stabiler halten als bisher.” Dazu gehört die Motortemperatur, die einen wichtigen Einfluss auf den Verbrennungsvorgang und damit auf die Abgasemissionen hat.
Mit dem bisherigen Konzept lassen sich diese Anforderungen nur schwer erfüllen. „Die herkömmliche Wasserpumpe leistet genau dann besonders wenig, wenn der Motor die meiste Kühlung benötigt und umgekehrt”, erklärt Josef Wernath, zuständig für Vertrieb und Marketing bei TCG. Die Krux sei, dass dieses Aggregat über den Riementrieb starr an die Motordrehzahl gekoppelt ist. So laufe es bei schneller Autobahnfahrt, wenn die Kühlung durch den Fahrtwind mehr als ausreichend sei, unnötig mit hoher Drehzahl. Umgekehrt verhalte es sich beim „Stau-Schleichen bergauf mit Familie, Wohnwagen und Gepäck im Hochsommer”. Dann aber ist besonders viel Kühlleistung erforderlich. Dies zwinge den Konstrukteur zu drastischer Überdimensionierung, um für Fälle wie Leerlaufbetrieb bei heißem Motor oder Winterbeheizung gewappnet zu sein.
„Nach unseren Untersuchungen reicht in 90 Prozent aller Betriebszustände eine elektrische Leistung von 100 bis 150 Watt aus”, sagt Buha. „Dennoch nehmen herkömmliche Wasserpumpen je nach Motor ständig eine Leistung von 800 bis 1500 Watt vom Riemen ab.” Die Lösung ist für Buha und Wernath die regelbare Wasserpumpe mit elektrischem Antrieb. Selbst wenn ein Generator zusätzlich eine Leistung von 200 bis 300 W verbrauche, betrage die Einsparung an Kurbelwellen-Motorleistung 500 W bis über 1000 W. Auch bei vorsichtiger Schätzung ließe sich die Energie- und Emmissionsbilanz um mindestens 3 % verbessern.
Außerdem kann eine elektrisch geregelte Wasserpumpe die Aufheizzeit des Motors beim Kaltstart deutlich verringern – also genau die Phase, in der der Schadstoffausstoß besonders hoch ist.
„Nicht zu unterschätzen ist auch die größere Freiheit für den Motorkonstrukteur, der beim Platzieren der Wasserpumpe nicht mehr an den Riementrieb gebunden ist” merkt Josef Wernath an. Das Aggregat lässt sich nun strömungsgünstig im Wasserkreislauf anordnen.
Eine eigene Steuerung der Pumpe ziehen die TCG-Ingenieure nicht in Betracht. Sie integrieren das Kühlwasser-Management in die Motorsteuerung. Mit der neuen Konstruktion kann auch die Menge an Kühlflüssigkeit reduziert und damit Gewicht eingespart werden. Der restliche Riemenantrieb lässt sich kleiner und leichter auslegen. Der Service der Fahrzeuge vereinfacht sich.
„Nach dem Abschluss der Prüfstandsversuche sind wir inzwischen so weit, dass wir erste Prototypen der geregelten Wasserpumpe im realen Fahrbetrieb testen. In den ersten Testfahrzeugen haben sie bereits je 30 000 Kilometer Fahrtstrecke absolviert und sich dabei bestens bewährt”, resümmiert Buha.
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