Antriebstechnik

Hybridlösungen eröffnen Maschinenbauern neue Chancen

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Beim Hybridantrieb führt der E-Motor, unterstützt durch einen Verbrennungsantrieb, zu neuen Herausforderungen wie geringerem Platz im Motorraum. Hier sind mechanische Lösungen gefragt – eine Chance für den klassischen Maschinenbau.

Jens Meinck
Kunden-Applikationsmanager bei Rollax, Bad Salzuflen

Die EU-Richtlinie 2007/46/EG definiert in Art. 3 Abs.14 ein Hybridfahrzeug als „ein Fahrzeug mit mindestens zwei verschiedenen Energiewandlern und zwei verschiedenen Energiespeichersystemen (im Fahrzeug) zum Zwecke des Fahrzeugantriebs“. Zwar können dies ganz unterschiedliche Energiespeichersysteme sein, aber in der Automobilindustrie wird für gewöhnlich eine Kombination aus Elektromotor und Verbrennungsmotor genutzt. Diese Technologie trägt zu einem nachhaltigeren Treibstoffverbrauch bei, erzeugt jedoch durch den doppelten Antrieb ein höheres Gesamtgewicht und schafft Platzprobleme im Fahrzeug.

Es gibt mehrere Arten der Hybridstrategie, die in serielle, parallele und leistungsverzweigte Hybridantriebsstränge je nach Anordnung von Verbrennungsmotor, E-Maschine und Getriebe unterteilt werden. Die vielfältigen Konstruktionsansätze für Hybridantriebe unterscheiden sich immens voneinander – beispielsweise in Bezug auf ihre Leistungsfähigkeit oder ihren Funktionsumfang. Aufgrund dieser großen Unterschiede sind im Markt befindliche Standardlösungen für die Verbindung beider Antriebe nicht praktikabel.

Deswegen entwickelt Rollax mechanische Speziallager wie Freiläufe, Ausrücklager und Sonderlager, die für unterschiedliche Lösungen von Hybridaggregaten wie Generatoren, leistungsverzweigte Pumpen, Kupplungen und Bremsen individuell angepasst werden. Sie benötigen weniger Bauraum und lassen sich bereits in mittleren Stückzahlen kosteneffizient produzieren.

Mechanische Bremsvorgänge in Hybridfahrzeugen

Ein Beispiel für die neuen Herausforderungen stellt die Druckbereitstellung für Bremsvorgänge dar. Herkömmliche Fahrzeuge nutzen Unterdruck und Hydraulik, um die Bremskraft zu verstärken und Bremskolben zu verfahren. Bei einem Elektro- oder Hybridfahrzeug müssen diese Systeme auch laufen, sobald sich der Motor im sogenannten Segelbetrieb befindet – das heißt, der Verbrenner schweigt und der E-Motor treibt an. Bremskraftverstärker und Bremse müssen elektromechanisch betrieben werden. Hierfür werden neue Aggregate mit hochintegrativen Lagertypen gebraucht, die mehrere Funktionen erfüllen, um beispielsweise den vorhandenen Bauraum einer klassischen Radbremse nicht zu übersteigen.

Für eine optimale Integration solcher Lagertypen achtet Rollax darauf, dass jedes Lager individuell an die Anwenderbedürfnisse angepasst wird. Hierfür werden zum Beispiel auch Wälzlager gebaut, bei denen sich an Stelle des Außenrings ein großes Zahnrad befindet, um die Kraft zu übertragen. Dieses übernimmt die Laufbahn der Wälzkörper, weist aber gleichzeitig die notwendige Formgebung auf, um die Kraft auf die nächsten Bauteile zu übertragen. Das spart Platz und beeinträchtigt nicht die Lagerfunktion. Auf diese Weise können spezielle Anforderungen kundenspezifisch genau auf die Anwendung abgestimmt werden.

Mechanische Sonderlösungen individuell angepasst

Auch der wechselnde Betrieb von Hilfsaggregaten mit beiden Motoren kann durch mechanisches Know-how gelöst werden. Hierfür eignen sich mechanische Klemmrollen-Freiläufe mit auf die jeweilige Applikation angepassten, integrierten Kugellagern. Diese zeichnen sich durch ein schnelles, starkes Anzugsmoment und eine lange Lebensdauer aus.

Üblicherweise sind diese mechanischen Lösungen wesentlich kompakter gebaut und günstiger als schaltbare elektrische Kupplungen. Der Klemmrollenfreilauf – auch Hülsenfreilauf genannt – schützt jeweils eine Antriebsseite durch Blockade bei Richtungsumkehr, um das Aggregat optimal anzutreiben. Auf diese Weise lässt sich zwischen den verschiedenen Antrieben wechseln und beide Motoren können bei Bedarf überlagern und unterstützen (Boost-Betrieb).

Hybridantriebe erfordern mechanisches Know-how

Langfristig werden einige mechanische Komponenten vermutlich aus dem Motorraum verschwinden oder elektrisch umgesetzt. Doch davon sind wir noch weit entfernt und es ist nicht vor dem Jahr 2050 damit zu rchnen. Momentan handelt es sich bei der reinen E-Mobility um eine Nische. Bevor der reine Elektromotor den Massenmarkt erreicht, werden folglich Hybridantriebe als Übergangslösung benötigt, um diesen Entwicklungszyklus zu überbrücken.

Solange der Individualverkehr in den nächsten Jahren nicht abnimmt und auch Frachtgüter in der Logistik über lange Strecken transportiert werden müssen, bleibt der klassische Maschinenbau mit individuellen Sonderlösungen zumindest vorerst weiterhin ein zentrales Element. Es wird sogar noch mehr Know-how in diesem Bereich benötigt, um effiziente und auf die jeweiligen Anforderungen angepasste Komponenten zu finden. Denn Standardbauteile verbrauchen entweder zu viel Bauraum oder funktionieren schlicht nicht mehr mit den neuen Antrieben.

Hat sich ein Zulieferer auf die Mechanik spezialisiert, sollte er also weiterhin diese Stärke ausbauen und mechanische Sonderlösungen in enger Zusammenarbeit mit seinem Kunden für den neuen Markt an Hybrid-fahrzeugen entwickeln.

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