AT_03_2016

3 | MÄRZ 2016

www.auto-technik.ch

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KLOPF, KLOPF: AKTIVES GASPEDAL UREA-SENSOR ZUR FÜLLSTANDS-, QUALITÄTSUND TEMPERATURMESSUNG KUPPLUNGSSCHEIBE MIT FLIEHKRAFTPENDEL MODULARES HINTERACHSSYSTEM

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NOCH EFFIZIENTER UND SPARSAMER SCHWERER SPARER

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KLOPF, KLOPF: AKTIVES GASPEDAL

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ine bekannte Faustregel lautet, dass ein Viertel des Treibstoffverbrauchs im Fuss des Fahrers liege. Bosch hat mit dem aktiven Fahrpedal nun eine technische Hilfe entwickelt: Ein sanftes Klopfen zeigt die Grenze zwischen Pedalstreicheln und Bleifuss. Gemäss Bosch lässt sich der Spritverbrauch mit Hilfe des Feedbacks um bis zu sieben Prozent senken. Ermöglicht wird dies auch, weil sich das Gaspedal konsequent mit anderen Funktionen im Fahrzeug vernetzen lässt – beispielsweise mit der Gangschaltung: Der Fahrer erhält auf Wunsch eine spürbare Empfehlung, wann er schalten sollte; das Pedal zeigt den Punkt, wo Beschleunigung und Sparsamkeit sich optimal treffen. Möchte der Fahrer dennoch mehr Gas geben, genügt etwas Gegendruck.

Über die Cloud erhält das Fahrzeug die Warnung vor einer engen Kurve. Das Pedal fängt an zu vibrieren, um den Fahrer darauf aufmerksam zu machen. (Bild: Bosch) Zusätzliches Einsparpotenzial ermöglicht die Verbindung mit Start/ Stopp-Segeln – also wenn der Motor bei voller Fahrt ausgeschaltet wird, um Treibstoff zu sparen. Das Gaspedal kann so eingestellt werden, dass es Rückmeldung gibt, sobald

der Segelmodus sinnvoll ist. Bei Hybriden bietet das Pedal ebenfalls starkes Einsparpotenzial, da es den Verbrenner und Elektroantrieb spürbar über den Gasfuss trennt. Bei jedem bevorstehenden Wechsel vom Elektro- zum Verbrennungsmotor gibt

das intelligente System, das zwischen den beiden Antriebssystemen agieren kann, ein haptisches Signal als Hinweis.

Doch das aktive Gaspedal kann Autos nicht nur sparsamer, sondern auch sicherer machen. In Verbindung mit Abstandswarnern mahnt das System beispielsweise durch Vibrieren, nicht mehr weiter zu beschleunigen. Weitere Funktionen entstehen durch die Vernetzung mit Onlinedaten: In Vernetzung mit dem Navigationssystem gibt das Gaspedal dem Fahrer Zeichen, wenn er sich zum Beispiel zu schnell einer scharfen Kurve nähert. Zusätzlich kann das Pedal mit einer Kamera gekoppelt werden, die Schilder mit Tempolimits erkennt. Übertritt der Fahrer dann das Geschwindigkeitslimit, warnt das Gaspedal per Klopfen oder Gegenkraft. (pd/sag)

UREA-SENSOR ZUR FÜLLSTANDS-, QUALITÄTSUND TEMPERATURMESSUNG

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iele Personenwagen und Nutzfahrzeuge mit Dieselmotor verfügen bereits über ein SCR-System (Selective Catalytic Reduction). Durch Reaktion mit einer wässrigen Harnstofflösung (AdBlue bzw. Urea-Lösung) werden im Abgasstrang chemisch Stickoxide zu Stickstoff (N2) und Wasser reduziert. Dieses Verfahren funktioniert umso besser, je genauer die Menge der eingespritzten Harnstofflösung dosiert wird. Dafür ist es erforderlich, die Konzentration des Harnstoffs zu bestimmen. Für diese neue Regelaufgabe geht jetzt erstmals ein Urea-Sensor des Automobilzulieferers Continental in Produktion.

Mit diesem Sensor lässt sich die SCR weiter optimieren und ihre Wirksamkeit dokumentieren. Er kann

Der Sensor erfasst den Füllstand, die Qualität und die Temperatur einer wässrigen Harnstoff-Lösung im AdBlue-Tank. (Bild: Continental) sowohl Qualität als auch Füllstand und Temperatur der Urea-Lösung im Tank messen. Gleich mehrere Fahrzeughersteller wollen ihn einsetzen.

Der Urea-Sensor nutzt Piezoelemente, ein NTC-Thermometer

(Negative Temperature Coefficient) und einen ASIC (Application-Specific Integrated Circuit, anwendungsspezifische integrierte Schaltung), die Continental bereits erfolgreich für die Ölstandsbestimmung einsetzt.

Für Anwendungen, bei denen alle Grössen erfasst werden sollen, besteht die Messzelle des UreaSensors aus zwei Piezoelementen, die beide ein Ultraschallsignal aussenden und empfangen. Durch Bestimmung der vertikalen Laufzeit bis zur Flüssigkeitsoberfläche sowie der horizontalen Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen in der Lösung lassen sich Füllstand und Qualität der Lösung bestimmen. Die Qualitätsmessung nutzt den Effekt, dass sich Ultraschall mit steigendem Urea-Anteil schneller in der Lösung ausbreitet. Um auch bei einer Neigung des Fahrzeugs den korrekten Füllstand bestimmen zu können, liefert ein zweiter Füllstandsmesspfad auch in Schräglagen zuverlässig ein Signal. (pd/sag)

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KUPPLUNGSSCHEIBE MIT FLIEHKRAFTPENDEL

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ur Reduktion der Drehungleichförmigkeit von Verbrennungsmotoren für den Getriebeeingang werden in Fahrzeugen mit Handschaltgetrieben bislang entweder Kupplungsscheiben mit Torsionsdämpfern oder Zweimassenschwungräder (ZMS) eingesetzt. Das seit über 30 Jahren bekannte ZMS ist unumstritten das stärkste Mittel zur Beruhigung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang. Vor etwa zehn Jahren konnte durch Einführung des ZMS mit Fliehkraftpendel dieses Isolationspotenzial noch einmal deutlich gesteigert werden. Daher wird das Wirkprinzip des Fliehkraftpendels von Schaeffler auch auf andere Antriebsstranglösungen übertragen.

Im Torsionsdämpfer der Wandler­ überbrückungskupplung kommt es in Serie zum Einsatz.

Auch die Anwendung innerhalb des konventionellen Antriebsstrangs mit starrem Schwungrad und Kupplungsscheibe mit Torsionsdämpfer wurde untersucht. Nach ersten Entwicklungsschritten vor einigen Jahren stellte sich heraus, dass die Erweiterung der Kupplungsscheibe um ein Fliehkraftpendel eine besondere Herausforderung darstellt. Inzwischen haben die Antriebsstrangspezialisten der Schaeffler-Marke LuK jedoch eine Lösung gefunden, und ein Grossserieneinsatz ist in naher Zukunft vorgesehen. In ihrer Wirksamkeit liegt die Kupplungsscheibe mit Torsionsdämpfer und Fliehkraftpendel unter dem ZMS und oberhalb der Kupplungsscheibe mit Torsionsdämpfer. Potenzielles Anwendungsgebiet sind Verbrennungsmotoren im Drehmomentbereich bis circa

Die Schaeffler-Kupplungsscheibe mit Torsionsdämpfer und Fliehkraftpendel ist eine wirtschaftliche Alternative zum Zweimassenschwungrad.

(Bild: Schaeffler) 250 Nm und hoher Zugkraft bereits bei niedriger Drehzahl.

Bei der konstruktiven Umsetzung der Kupplungsscheibe mit Fliehkraftpendel galt es, möglichst viel Pendelmasse effektiv und auf engstem Bauraum unterzubringen und dies bei gleichzeitig geringstmöglicher Erhöhung des Massenträgheitsmoments.

Die entscheidende Innovation ist die Ausführung des Fliehkraftpendels

als Trapezpendel. Die Pendelmasse eines Trapezpendels führt im Gegensatz zum Parallelpendel nicht nur eine seitliche Pendelbewegung, sondern zusätzlich eine Eigenrotationsbewegung aus. Als Trapezpendel erzielt die eingesetzte Masse höchste Effektivität, was auch im Sinne einer möglichst geringen Erhöhung des Massenträgheitsmoments ist. (pd/sag)

MODULARES HINTERACHSSYSTEM

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F hat ein neues modulares Hinterachskonzept präsentiert, bei dem sich mit nur geringen Anpassungen an der Karosserie ein Fahrzeug mit Verbund- oder Schwertlenkerhinterachse sehr einfach auf ein lenkbares Hinterachskonzept umstellen lässt.

Das System basiert auf einer nicht angetriebenen Basisachse, in die je nach Kundenwunsch ein elektrischer Achsantrieb oder ein konventionelles Hinterachsgetriebe sowie die Hinterachslenkung AKC (Active Kinemetics Control) von ZF integriert werden können. Der Einsatz in Hybrid-, Brennstoffzellensowie batteriebetriebenen Fahrzeugen ist ebenso möglich wie die Kombination mit konventionellen Allradmodulen.

Bei der Basisachse handelt es sich um eine modulare Weiterentwicklung einer Schräglenkerhinterachse.

Dabei wurde der hintere der beiden radseitigen Kinematikpunkte des unteren Querlenkers durch einen Integrallenker ersetzt und ein Spurlenker ergänzt. Dieser definiert den Spurverlauf über dem Radhub und erlaubt eine präzise Einstellung der Vorspur. Alternativ zu einem bei Schräglenkerachsen üblichen Federbein ermöglicht der weit aussen liegende Integrallenker die Verwendung von getrennten Federn und Dämpfern. Diese Lösung ist meist günstiger und ermöglicht zusätzlich mehr Durchladebreite im Kofferraum.

Kombinierbar ist die Basisachse zum Beispiel mit dem mittig auf der Achse positionierten elektrischen Antriebsmodul, dessen Elektromotor als hochdrehende Asynchronmaschine ausgelegt ist. Elektromotor, das Ein-Gang-Getriebe samt Differenzial, Gehäuse und Kühler sowie

Die Basisachse lässt sich mit der ZF-Hinterachslenkung AKC sowie elektrischen Achsantriebssystemen oder konventionellen Hinterachsgetrieben kombinieren. (Bild: ZF) die Leistungselektronik inklusive Steuerungssoftware bilden eine integrierte, sehr kompakte Einheit.

Zusätzlich lässt sich die Basisachse mit der Hinterachslenkung AKC kombinieren. Dann unterstützen

die Hinterräder den vorderen Lenkeinschlag aktiv und das Fahrzeug gewinnt bei Richtungsänderungen abhängig von der Fahrgeschwindigkeit entweder an Agilität oder an Stabilität. (pd/sag)

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FACHWISSEN Ventilsteuerung

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Phasenverschiebung

FRÜHER ODER SPÄTER Elektrische Nockenwellen-Phasenversteller werden durch ihre Schnelligkeit und Präzision dem Verbrennungsmotor ermöglichen, einige Eigenschaften erneut zu verbessern. Verschiedene Zulieferer haben die Produkte im Angebot, und die ersten Autos werden bald mit diesen Systemen ausgerüstet. Text: Andreas Lerch | Bildquellen: Delphi, BMW, GM, KSPG, Schaeffler, Toyota, Volkswagen

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ie Ventilöffnungszeiten wurden bis in die frühen 1980er Jahre grundsätzlich bei der Konstruktion des Motors festgelegt; sie wurden bestenfalls durch das sich verändernde Ventilspiel leicht beeinflusst.

Zwar sahen vorausschauende Motorenentwickler schon im ersten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts, dass feste Ventilsteuerzeiten der Kinematik der angesaugten Luft nicht über alle Last- und Drehzahlpunkte gerecht werden können, dass also ein möglichst optimaler Kompromiss gefunden werden musste. Die französische Firma Herald baute bereits 1904 eine «veränderliche Steuerung des Ansaugventils» (Bild 2). Die ersten Serieneinführungen erfolgten dann erst ca. 80 Jahre später.

Verschiedene Systeme fanden jedoch innerhalb eines Jahrzehnts den Weg in die Serie. Heute gelten Phasenversteller bei Benzinmotoren als Standardausrüstung, und auch bei Dieselmotoren werden die Systeme immer häufiger eingebaut.

Arten Bei allen Systemen sind die über Ketten oder Zahnriemen mit der Kurbelwelle verbundenen Antriebszahnräder fest und können ihre Position zur Kurbelwellenstellung nicht verändern. Zwischen diesen Antriebszahnrädern und den Nockenwellen kommen Getriebe zum Einsatz, welche es erlauben, die Nockenwellenstellung relativ zur Stellung des Nockenwellenantriebsrades zu verändern.

Beim Phasenversteller mit Steilgewinde befindet sich zwischen dem Antriebsrad und dem Übertragungsteil ein Steilgewinde. Durch eine

Bild 1. Direkte Benzineinspritzung und elektrisch verstellbare, schnelle und sehr präzise Nockenwellen-Phasenversteller ermöglichen den Motorenbauern Variabilitäten bei den Brennverläufen. axiale Bewegung verdreht sich das Übertragungsteil. Seine Verbindung zur Nockenwelle bildet eine axiale Verzahnung. Durch hydraulischen Druck lässt sich das Übertragungsteil axial verschieben, Antriebsrad und Nockenwellen bewegen sich axial nicht, aber durch die Steilverzahnung des Übertragungsteils verdreht sich die Nockenwelle gegenüber dem Antriebsrad. Je nach hydraulischem Steuerungsaufwand gibt es dazu Systeme, welche direkt von Endanschlag zu Endanschlag (schwarz-weiss) springen oder aber stufenlos arbeiten.

Beim Kettenversteller muss vo­raus­geschickt werden, dass bei diesem System der Verstellwinkel ziemlich klein ist und dass nur eine Nockenwelle verstellt werden kann.

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Wenn nur eine Nockenwelle verstellt wird, ist es in den meisten Fällen die Einlassnockenwelle, damit ein grosser Einfluss auf den Füllungsgrad genommen werden kann.

Der Kettenversteller wird durch die Änderung des zwischen den Ketten liegenden Kettenspanners betätigt. Die Auslassnockenwelle wird über ein spezielles Kettenrad angetrieben. Die kurze Kette treibt die Einlassnockenwelle an. Wird der Kettenspanner so gesteuert, dass die Gerade der Kette unter den Zahnrädern ist und der «grosse Bauch» darüber, ist die Einlassnockenwelle auf die eine Seite verstellt. Ist die Kettengerade oben und der Bauch unten, wird die Einlassnockenwelle auf die andere Seite verstellt.

Beim Flügelzellenversteller befinden sich Kammern im Antriebsrad und die Flügel sind mit der Nockenwelle verbunden. Je nachdem, auf welche Seite der Flügel das Magnetventil den Ölstrom steuert, verstellt sich die Nockenwelle nach früh oder nach spät.

Da die ölhydraulischen Systeme direkt vom herrschenden Öldruck abhängig sind, reagieren sie bei niedrigen Drehzahlen träger als bei hohen Drehzahlen. Abhilfe können aktive oder passive Druckspeichersysteme bringen. Bei beiden wird durch den Öldruck eine Feder vorgespannt und stellt bei zu niedrigem Motoröldruck den notwendigen Verstellöldruck zur Verfügung. Aktive Systeme verriegeln beim Abstellen des Motors den Speicher, damit das Öl bei stehendem Motor nicht ins Ölsystem zurückgedrückt wird.

Während des Startvorgangs wird die Verriegelung freigegeben und der Versteller kann die ideale Startstellung einnehmen.

Um grössere Verstellwinkel zu realisieren und diese schneller und genauer anzufahren, wurden in den letzten Jahren elektromechanische Systeme entwickelt, welche in diesem Jahr in die Serie eingeführt werden sollten.

Begründung der Phasenverstellung Während die Phasenverstellung der (Einlass-) Steuerzeiten ursprünglich ausschliesslich dem Füllungsgrad, also der Drehmoment- oder Leistungssteigerung diente und versuchte, die schwingungsbedingte Nachladung in den Zylinder «einzufangen», wollen die Ingenieure heute noch weitere verbrennungstechnische Eigenschaften erreichen. Um die

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Ventilsteuerung FACHWISSEN

Bild 2. Erste Überlegungen zu Phasenverstellungen gehen zurück auf die Jahrhundertwende zum 20. Jahrhundert. Das Beispiel zeigt einen HeraldMotor aus dem Jahr 1904.

Bild 3. Die gängigen Nockenwellenversteller wurden in den 1980 Jahren eingeführt. Von oben nach unten: Nockenwellenversteller mit Steilgewinde, Kettenversteller, Flügelzellenversteller.

Verluste an Verbrennungsmotoren zu verkleinern, werden grundsätzlich zwei Wege beschritten. Der eine Weg läuft über den Verbrennungswirkungsgrad. Das geschieht einerseits durch Erweitern der Hochdruckschleife im p-V-Diagramm und durch Verkleinern der Gaswechselschleife, also durch das Entdrosseln des Gaswechselvorganges. Der andere Weg versucht, innermotorische Reibungen zu vermindern.

Durch schnell arbeitende Phasenversteller wird es bereits beim Kaltstart möglich, durch «Vorkompression» das Gemisch etwas «anzuheizen» und dadurch die Zündfähigkeit zu verbessern.

Damit läuft der Motor besser hoch und erreicht den ruhigen Selbstlauf schneller. Ein spätes Einlassöffnen mindert die HC-Emissionen beim Kaltstart, und nach dem Anlauf können mit entsprechenden Steuerzeiten Drehmomentsteigerungen oder aber Kat-Heizen erreicht werden. Damit werden schon in der Anfangsphase des Motorlaufs einige wichtige Eigenschaften durch

entsprechende Einstellung der Ventilöffnungsmomente verbessert.

Selbstverständlich müssen diese bei einem Warmstart anders sein, und auch direkteinspritzende Motoren bevorzugen andere Verstellmuster.

Die Laststeuerung und die Beeinflussung der Ladungstemperatur kann durch frühes oder auch durch spätes Einlassschliessen erreicht werden (Miller-, Atkinsonprozess vgl. AUTO&Technik 1-2/2016).

Die Abgastemperatur kann mit dem Öffnungspunkt des Auslassventils beeinflusst werden. Dies ist einerseits beim Aufheizen des Katalysators wichtig, kann aber auf der anderen Seite auch für das Verhindern zu hoher Abgastemperaturen bei Volllast eingesetzt werden (spätes Öffnen = grössere Expansion und mehr Abkühlung).

Die Restgassteuerung (= innere Abgasrückführung) gelingt durch die Steuerung der Ventilüberschneidung, also durch die Punkte «Einlass öffnet» und «Auslass schliesst».

Dies ist ebenfalls eine wichtige Anforderung beim Brennverfahren

CAI (Controlled Auto Ignition).

Dabei wird eine extreme negative Ventilüberschneidung verlangt.

Das Spülen des Verbrennungsraumes (Scavenging) wird ebenfalls durch die Steuerung der Gaswechselventile erreicht (positive Ventilüberschneidung).

Die Ladungsbewegungssteuerung durch das unsymmetrische Schliessen der Einlassventile (Ventilphasing) kann unter bestimmten Umständen auch durch die Phasenverstellung erfolgen.

Sind die Phasenversteller mit weiteren Variabilitäten im Ventiltrieb verbunden (variable oder vollvariable Ventilsteuerungen), gelingen noch weitere und auch noch exaktere Anpassungen. Betriebsarten wie Start-Stopp, drosselfreie Laststeuerung oder Brennverfahren wie CAI oder HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) verlangen nach schnell und exakt arbeitenden Ventiltriebsmöglichkeiten.

HCCI – CAI (Bild 4) Diese Brennverfahren machten mit ihren Vorteilen im Teillastbereich schon vor einem Jahrzehnt von sich reden. Man versucht damit, die Brennverfahren von Otto und Diesel miteinander zu «verheiraten».

Dabei sollen aber nur die guten Eigenschaften mitgenommen, die schlechten dagegen eliminiert werden. Bei diesem Prozess wird das Auslassventil bereits sehr früh

geschlossen, während das Einlassventil sehr spät öffnet. Dadurch ergeben sich eine sehr grosse, aber negative Ventilüberschneidung und ein Druckanstieg im Zylinder zwischen Auslass- und Ansaugtakt.

In die Abgase wird in dieser Phase Treibstoff eingespritzt, welcher durch die herrschende Temperatur rasch verdampft und ein homogenes Gemisch mit dem Abgas bildet.

Eine Verbrennung erfolgt nicht, da zu wenig Sauerstoff im Zylinder und die Temperatur zu niedrig ist.

Wird im späten Ansaugtakt das Einlassventil geöffnet, strömt sauerstoffhaltige Luft ein, vermischt sich mit dem immer noch heissen AbgasTreibstoff-Gemisch und gegen Ende des Kompressionstaktes kommt es zu einer kontrollierten Selbstentflammung, welche sehr schnell abläuft und auch sehr vollständig ist. Da man mit den schnellen elektrischen Phasenverstellern diesem Ziel allenfalls etwas näher kommt, wird auch von diesen verlockenden Brennverfahren wieder gesprochen (vgl. AUTO&Technik 12/2008).

Vorteile der elektrischen Versteller Da es bei den Phasenverstellern nicht mehr «nur» um einen etwas besseren Füllungsgrad geht, sondern um – vor allem auch – abgasrelevante Systeme, müssen diese absolut zuverlässig, exakt und schnell arbeiten. Hydraulische Systeme sind jederzeit vom Öldruck und von

Bild 4. GM nannte das Verbrennungssystem HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition). Neben verschiedenen Massnahmen ist die variable Ventilsteuerung für die Realisierung dieser Brennverfahren entscheidend.

Prüfung und Instandsetzung von Common Rail Injektoren und Hochdruckpumpen

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Bild 6. E-Phaser der Firma Delphi. Rechts ist der Sicherungsring montiert. Links kann die feine Verzahnung zwischen Flextopf und Hohlrad deutlich erkannt werden.

Bild 5. Hydraulische Versteller sind in ihrer Funktion neben der Motordrehzahl ebenso von der Motoröltemperatur abhängig. der Ölviskosität abhängig. Diesem Thema widmete sich AUTO&Technik in der Nummer 5/2015. Ölpumpen sind Verdrängerpumpen und fördern theoretisch proportional zur Drehzahl.

Der Druck entsteht durch die Widerstände und die dadurch erfolgenden Rückstaus. Im kalten Zustand ist das Öl dickflüssiger und staut an einem Widerstand stärker zurück als warmes Öl, deshalb ist bei kaltem Öl der Öldruck schon bei niedrigen Drehzahlen hoch. Im Bereich der hydraulischen Phasenversteller nützt das aber wenig, da die Steuerbohrungen so klein bemessen sind, dass sich das dickflüssige Öl nicht fördern lässt. Aus diesen Gründen arbeiten hydraulische Versteller bei niedrigen Temperaturen und bei niedrigen Drehzahlen nicht oder zumindest nicht zufriedenstellend (Bild 5).

Elektrische Phasenversteller kümmern sich dagegen weder um die Temperatur noch um die Motordrehzahl. Werden sie mit Spannung versorgt, arbeiten sie sehr schnell und präzise. In der Geschwindigkeit sind sie den hydraulischen Systemen ungefähr um den Faktor drei überlegen; und da die Positionen der Elektromotoren mit Sensoren überprüft werden, sind sie den

hydraulischen Systemen auch in der Genauigkeit überlegen.

Aufbau Die elektrischen Phasenversteller enthalten in ihrem Aufbau zwei antreibende und einen abtreibenden Teil. Auf der einen Seite werden die Nockenwellen konventionell über Riemen oder Ketten von der Kurbelwelle im Verhältnis 2:1 angetrieben.

Zum Zweiten können sie jetzt auch noch elektrisch über Elektromotoren angetrieben werden. Abgegeben werden Drehzahl und Drehmoment über ein drittes Teil an die Nockenwelle. Als Getriebe muss somit ein Überlagerungsgetriebe eingesetzt

werden, welches die Drehzahl des Elektromotors der Bewegung des Ketten- oder Riemenantriebs überlagern kann. Als Überlagerungsgetriebe sind einerseits Planetensätze oder Wellgetriebe bekannt, letztere laufen auch unter dem Namen Harmonic Drive.

Da die Wellgetriebe sehr grosse Übersetzungsverhältnisse ermöglichen, werden sie in elektrischen Phasenverstellern häufig eingesetzt.

Sie bestehen gemäss Bild 7 aus drei Bauteilen: 1 Wellengenerator oder englisch Wave Generator.

Er besteht aus einer elliptischen Stahlscheibe und einem darüber liegenden elliptisch verformbaren Spezialkugellager (nicht dargestellt).

Der Flextopf (2) oder Flexspline ist ein verformbarer Stahlzylinder mit kleiner Wandstärke und einer feinen Aussenverzahnung. Der Aussenring, das Hohlrad oder Circular Spline (3) ist ein massiver zylindrischer Ring

Bild 7. Aufbau des Wellgetriebes: 1 Wellengenerator – 2 Flextopf – 3 Hohlrad. Durch die elliptische Form des Wellengenerators berührt der Flextopf immer nur zwei Stellen der Hohlradverzahnung. mit einer Innenverzahnung. Die beiden Verzahnungen sind auch im Bild 6 auf der linken Seite erkennbar.

Im Betrieb wird der Wellengenerator vom Elektromotor angetrieben, der Flextopf ist mit der Nockenwelle und das Hohlrad über die Kette oder

Bild 8. Steuerung des elektrischen Phasenverstellers.

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Bild 9. Einsparungs- und Systemaufbaumöglichkeiten. den Riemen mit der Kurbelwelle verbunden. Durch das Einschieben des elliptischen Wellengenerators in den anpassungsfähigen Flextopf nimmt dieser die elliptische Form an.

Durch die elliptische Form berührt der Flextopf das Hohlrad nur gerade an zwei Stellen. Dadurch, dass der Flextopf zwei Zähne weniger hat als das Hohlrad, ergibt sich eine Relativbewegung, was zu der Verdrehung der Nockenwelle in Bezug auf das antreibende Kettenrad führt. Die Frühverstellung wird beispielsweise durch eine Drehzahlminderung, die Spätverstellung durch eine Drehzahlerhöhung des Elektromotors erfolgen.

Die Firma Delphi Powertrain Systems gibt eine Systemgenauigkeit von ±1°KW an und begründet dies einerseits mit der hohen Getriebeübersetzung von >60:1 und andererseits mit den drei Positionssensoren am Elektromotor. Als Elektromotoren werden bürstenlose Gleichstrommotoren mit Leistungen im Bereich von 10 und 20 W eingesetzt.

Der Phasenverstellbereich ist theoretisch unbeschränkt. Die Frage stellt sich, ob die Verstellung auch schnell genug geschehen kann, also

nach der Verstellgeschwindigkeit.

Die KSPG AG gibt als anzustrebenden Verstellbereich >120° und als Verstellgeschwindigkeit >300°KW/s an, bei Schaeffler spricht man gar von 600°/s. Die Geschwindigkeit hängt von der Leistung des Elektromotors, der Nockenwellenlast und der Getriebeübersetzung ab.

Steuerung Aufgrund von Last und Drehzahl errechnet das Motorsteuergerät den zu diesem Betriebspunkt passenden Verstellwinkel. Dieser wird der Positionsregelung übermittelt und dort in einen Befehl für die Elektromotoren der einlass- und auslassseitigen Phasenversteller umgewandelt. Von der Treiberstufe erhalten die Elektromotoren die elektrischen Signale, und über die Getriebe zwischen den Elektromotoren und den Nockenwellen entsteht die Relativbewegung. Diese wird einerseits durch die Hallsensoren in den Elektromotoren, aber auch durch die Positionsgeber von Nocken- und Kurbelwelle überwacht und allenfalls von der Positionsregelung wiederum korrigiert. Damit ist der Regelkreis des Systems geschlossen. Die drei Diagramme in Bild 8 zeigen den

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AR 3 -13 M

vom Motorsteuergerät vorgegebenen Verstellwinkel, die Drehzahl der Elektromotoren, welche einen gewissen Moment schneller bzw. langsamer als die Nockenwellen laufen und während dieses Moments die Vorverstellung der Nockenwelle erzeugen. Die Neigung der Geraden im dritten Diagramm entspricht der Verstellgeschwindigkeit.

Sparpotenzial Die KSPG AG hat Versuche mit einem 1.4-l-Benzinmotor mit Direkteinspritzung auf den Rollen nach dem NEFZ-Zyklus gefahren. Gegenüber dem Fahrzeug mit Basismotor brachten bereits die elektrischen Phasenversteller Einsparungen um die 1.5 %. Gemäss Bild 9b konnte durch die grosse Phasenverstellung von 100° auf der Einlass- und 60° auf der Auslassseite der Verbrauch bereits um 4 % gesenkt werden.

Die Einsparungen konnten mit einem vollvariablen System (KSPG arbeitete dabei mit der hauseigenen UniValve; AUTO&Technik 11/2011) und dem Miller-Cycle auf 7 % verbessert werden. Wenn sogar spezielle Brennverfahren eingesetzt werden, welche eben gerade im unteren Teillastbereich sehr gut funktionieren, dürfen Einsparungen um 11 % erwartet werden.

Mit verbesserten Detaillösungen können in den kommenden Jahren bestimmt noch einige Prozente Treibstoff eingespart und damit auch künftige Verbrauchsvorschriften eingehalten werden. Leider werden durch erweiterte technische Massnahmen Fahrzeuge nicht günstiger.

FRAGE 1. I m Bild 3 ist in der Mitte ein Kettenversteller dargestellt. Überlegen Sie sich, wie sich der Kettenspanner bewegen muss, um die Steuerzeiten nach «früh» zu verstellen.

2. W elche Arten von Nockenwellen-Phasenverstellsystemen werden unterschieden?

3. W elche wesentlichen Vorteile bringen elektrische Phasenversteller gegenüber den konventionellen Systemen mit sich (Nachteile: grosser Aufwand und teuer)?

LÖSUNG ZUR AUSGABE 1+2/2016 1. a) D as Verhältnis zwischen Hochdruck- und Gaswechselschleife ist bei maximalem Wirkungsgrad am grössten. b) Bei Leerlauf sind die beiden Flächen gleich gross, wenn der Motor nur gerade sich selber am Laufen erhalten muss. c) Ja, bei Schubabschaltung im Schiebebetrieb, wenn mit dem Motor gebremst wird.

2. Die NOx-Emissionen entstehen bei hohen Verbrennungstemperaturen in der Flammenfront. Durch den Miller- (auch Atkinson-) Prozess liegt die Temperatur bei Verdichtungsende um rund 80 K (Bild 8) tiefer als beim konventionellen Kreisprozess. Daher kann auch die maximale Temperatur vermindert werden.

TECHNIK Werksberufsbildung

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Neues, grosszügiges Ausbildungszentrum von Porsche in Zuffenhausen

EIGENEN NACHWUCHS AUSBILDEN Fachkräftemangel? Bei Porsche im Stammwerk Zuffenhausen kennt man die Antwort: Mit einem eigenen Ausbildungszentrum können sowohl Nachwuchsfachkräfte für die Fertigung im nahegelegenen Hauptwerk wie auch für das Entwicklungszentrum Weissach ausgebildet werden. Insgesamt werden aktuell rund 500 Lernende in technischen, kaufmännischen und logistischen Berufen geschult. Sie bereiten sich auf die berufliche Zukunft vor, um später bei Porsche angestellt zu werden. Text: Andreas Senger | Bilder: Porsche

A

ndreas Niermann, einer der beiden Leiter der technischen Berufsbildung, ist sichtlich stolz auf das Erreichte: «Nach zwei Jahren Bauzeit und 30 Millionen Euro Investitionen durften wir im vergangenen September das neue Ausbildungszentrum zusammen mit Prominenz aus Politik und Wirtschaft eröffnen.» Mit 14‘000 Quadratmetern Nutzfläche hat der Sportwagenhersteller seine Ausbildungsstätte auf einem 9000 Quadratmeter grossen Gelände in der Nähe des Stammwerkes Zuffenhausen neu errichtet.

Seit 1942 bildet Porsche Berufslernende selber aus und hat unterdessen mehr als 4500 Azubis (Auszubildende) in die Berufswelt entlassen. Wohlgemerkt: Wer als Jugendlicher die Ausbildung im Porsche-Ausbildungszentrum erfolgreich absolviert, hat eine Übernahmegarantie, sprich ein Arbeitsplatz bei Porsche ist ihm sicher.

Ausbildung und auch Dienstleister Die AUTO&Technik durfte exklusiv einen Blick hinter die Kulissen werfen. Wir hatten Gelegenheit, im laufenden Ausbildungsbetrieb mit Tobias Strauch, Ausbildungsmeister für die technische Berufsausbildung, das Ausbildungszentrum live zu erleben. Auf einem Rundgang zeigte er uns die Räumlichkeiten im Betrieb und begründete die Ausbildungsphilosophie.

Was zuerst auffällt: Die Lernenden verrichten nicht nur Arbeiten, die streng auf ihr Berufsfeld zugeschnitten sind, sondern auch Aufgaben, die dem Porsche-Werk zugutekommen. So erteilt Porsche

automotive total:

Piekfein und topmodern eingerichtet: In der hellen Ausbildungswerkstatt nahe des Porsche-Stammwerkes Zuffenhausen werden die rund 500 Berufslernenden auf ihre spätere Tätigkeit im Werk oder in der Entwicklung intensiv vorbereitet. seinen Auszubildenden regelmässig interne Aufträge, wie zum Beispiel das Anfertigen von technischen Schnittmodellen (vom Motor bis zum kompletten Fahrzeug) oder das Zerlegen von Fahrzeugkomponenten, um die Ersatzteileversorgung auch für ältere Fahrzeuge sicherzustellen.

«Wertschöpfende Tätigkeiten sind uns in der Ausbildung besonders wichtig», erklärt Strauch.

Riesiger Ansturm Die jährlich rund 150 Ausbildungsplätze in den Berufen Kfz-Mechatroniker mit Schwerpunkt Pkw-Technik oder System- und Hochvolttechnik, Fahr­ zeug­innenausstatter, Karosserie- und Fahrzeugbaumechaniker mit Fachrichtung Karosseriebautechnik, Fahrzeuglackierer, Industriemechaniker

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Für 30 Millionen Euro erbaute Porsche innert zwei Jahren neben dem bisherigen, mittlerweile zu kleinen Ausbildungszentrum einen imposanten Neubau.

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Werksberufsbildung TECHNIK

Das muss Spass machen: An aktuellen und zum Teil künftigen Fahrzeugen dürfen die Berufslernenden Hand anlegen und die Theorie in Praxis umsetzen.

Schnittmodelle wie der Motor des 911 Carrera werden im Ausbildungszentrum von den Berufslernenden im werksinternen Auftrag hergestellt.

Automobilbau, Fachkraft für Lagerlogistik sowie Elektroniker für Betriebstechnik sind heissbegehrt.

Im Schnitt bewerben sich 6500 Jugendliche für einen der 150 Aus­bildungsplätze. Nur mittels ausgeklügeltem Auswahlverfahren ist es den Verantwortlichen überhaupt möglich, die «Richtigen» zu finden.

Dabei wird nicht nur darauf geachtet, dass die schulischen Leistungen vielversprechend sind, sondern auch darauf, dass die Bewerber sich in einem Gespräch interessiert zeigen.

Zwölf Jugendliche, denen gemeinhin die Ausbildungsreife abgesprochen würde, erhalten zudem jedes Jahr die Chance, sich in einem Förderjahr das nötige Rüstzeug für eine anschliessende Berufslehre zu holen.

Modernste Fahrzeugtechnik hautnah Wer die Auswahl geschafft hat, wird wie Lernende in anderen Betrieben

Vom Feilen am Schraubstock bis zum Programmieren von CNC-Werkzeugmaschinen oder Fertigungsrobotern reicht die Ausbildungspalette.

Auch Wolfgang Porsche (Bildmitte), der jüngste Sohn von Porsche-Gründer Ferry Porsche, liess es sich nicht nehmen, das Ausbildungszentrum zu eröffnen. in den staatlichen Berufsfachschulen in die Theorie des jeweiligen Berufes eingeführt. Die praxisbezogene Theorie und die praktische Ausbildung erhalten die Jugendlichen allerdings im werkseigenen Ausbildungszentrum. Das helle und grosszügig dimensionierte Gebäude verfügt über zahlreiche Theorieräume für alle Berufszweige wie auch über die berufsspezifischen Praktikumsplätze.

Dass dabei auch modernste Fahrzeugtechnik im Fokus liegt, ist für Strauch ein Motivationsgrund.

Sowohl der Ausbildungsmeister wie auch die Lernenden werden so mit aktuellen und zukünftigen Fragen in der Fahrzeugproduktion konfrontiert.

Bestes Beispiel ist die Bekanntgabe von Porsche, am Standort Zuffenhausen 700 Millionen Euro in ein neues Werk für das rein elektrische Fahrzeug Mission E zu investieren.

Etwa 1000 Mitarbeiter werden den

neuen Supersportwagen dereinst zusammenbauen. Darunter sicher einige der aktuellen Berufslernenden.

Aber auch im Bereich Hybridantrieb wurden sowohl die Azubis wie auch Werksmitarbeiter im Schulungszentrum auf die Gefahren der Hochvolttechnik geschult, damit bei der Produktion Unfälle vermieden werden.

Selbstständigkeit, aber auch Pflichten Auf dem Rundgang lassen sich die Jugendlichen an ihren Ausbildungsplätzen nicht von den Besuchern ablenken. Oft sind sie so in ihre Tätigkeiten vertieft, dass sie die Besucher gar nicht wahrnehmen.

Die Theorieräume wie auch Werkstattteile sind nach Berufen angeordnet. Was am bisherigen Standort nicht reibungsfrei funktionierte, wurde konsequent verbessert. Im Erdgeschoss befinden sich hauptsächlich

die Kfz-Mechatroniker mit Schwerpunkt Pkw-Technik oder System- und Hochvolttechnik mit grosszügigen Werkstattarbeitsplätzen. Im hinteren Teil sind die Logistiker stationiert.

Im Zwischenboden befinden sich Garderoben, Mensa und Aufenthaltsräume, und im obersten Stock sind die anderen Berufszweige angesiedelt.

Neben den Karosseriebauern und Lackierern sind die Fahrzeuginnenausstatter beheimatet – allesamt mit modernstem Equipment ausgestattet.

Der Duft von frisch genähtem Leder liegt in der Luft. Was den Schweizer Besucher erstaunt: Die Arbeitszeit ist von 7.00 bis 15.00 Uhr. Die Lernenden arbeiten nach einem Gleitzeitmodell.

Gemäss Auswertung der Statistik 2015 beträgt der Anteil der weiblichen Lernenden knapp 30 %. Bei den Fahrzeuginnenausstattern (Lederverarbeitung) und Industriekaufleuten stellen sie die Mehrheit der Auszubildenden. Bei den Lackierern ist der Anteil hälftig.

Pflichtjahr in der Produktion Wer die Grundausbildung erfolgreich absolviert hat und im Werk oder in der Entwicklung angestellt werden möchte, muss zuerst ein Praxisjahr in der Produktion absolvieren. Zudem stellt Porsche auch Praxisplätze für angehende Ingenieure zur Verfügung. Fazit: Fachkräftemangel ist kein Thema.

LAUFSTEG Toyota Prius

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Vierte Generation des Hybriden

NOCH EFFIZIENTER UND SPARSAMER Die vierte Generation des Hybridpioniers Prius mit leistungsverzweigtem Antrieb feierte bereits im September vergangenen Jahres Weltpremiere. Die Karosserie des Neulings lehnt sich optisch an die des Wasserstoffmodells Mirai an und weist einen hervorragenden cW-Wert von 0,24 auf. Auch unter dem Blech verpassten die Ingenieure dem Hybridfahrzeug eine umfassende Überarbeitung: Der Hybridantrieb ist effizienter, baut kleiner und sorgt für einen Durchschnittsverbrauch von lediglich 3,2 l/100 km. Text: Andreas Senger | Bilder: Toyota

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er Toyota Prius legte 1997 den Grundstein für den unterdessen millionenfach verbauten und bewährten Hybridantrieb, welcher im Konzern vom Kleinwagen Yaris bis zu den grossen Lexus-Modellen (allerdings technisch in anderer Form) Einzug hielt. Das aufgebaute Know-how des leistungsverzweigten Antriebes, in dem der Verbrennungsmotor und zwei Elektromotoren/Generatoren das Drehmoment auf einen Planetenradsatz gleichzeitig einbringen, ist nach wie vor einzigartig.

Einzigartige Leistungsverzweigung Die Leistungsverzweigung wurde im neuen Prius geändert. Der 1.8-lOttomotor bringt sein Drehmoment neu auf einen Planetenträger statt auf ein Sonnenrad ein. Ein erster Elektromotor/Generator treibt das Sonnenrad des Planetenradsatzes an. Beide Antriebe geben ihr Drehmoment über das Hohlrad weiter. Dieses ist aussenverzahnt und leitet das Drehmoment der beiden Antriebsquellen an ein Stirnrad ab, welches wiederum mit einer weiteren Welle verbunden ist, auf der der zweite Elektromotor/ Generator sitzt. Die Hauptwelle vereinigt die Drehmomente der drei Antriebsquellen und weist erneut eine Übersetzung auf das Ausgleichsgetriebe auf.

Der Planetenradsatz mit den beiden E-Motoren/Generatoren konnte in der Neuauflage vom Bauraum her reduziert werden. In der Breite misst die Getriebeeinheit statt 40,9 cm noch 36,2 cm. Die Reibungsverluste des Planetengetriebes verkleinern sich durch den Wegfall des zweiten

Auf Basis der neuen TNGA-Plattform (Toyota New Global Architecture) wird der Prius in vierter Generation lanciert.

Planetenradsatzes um 20 %. Die elektrische Leistung der beiden E-Drehstrommotoren zusammen beträgt 53 kW/72 PS, das maximale Drehmoment 163 Nm (aus dem Stand).

Durch diese Koppelung der drei Antriebseinheiten lässt sich durch Überlagerung von Drehmomenten das Fahrzeug beschleunigen, eine oder beide E-Maschinen können als Generator beispielsweise beim Verzögern rekuperieren oder der Wirkungsgrad lässt sich durch Lastanhebung des Verbrennungsmotors optimieren.

Hoher Gesamtwirkungsgrad Gemäss Angaben von Toyota erreicht der überarbeitete 1.8-l-VierzylinderReihenmotor in der vierten Generation des Prius einen Höchstwirkungsgrad von beachtlichen 40 %.

Allerdings ist der Verbrenner nach wie vor kein Sport- sondern ein Spartriebwerk: 72 kW/98 PS bei 5200/

Die Karosserie ist konsequent auf eine Reduktion des Luftwiderstands optimiert.

Mit einem cW-Wert von 0,24 setzt der Prius Massstäbe in der Aerodynamik.

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Toyota Prius LAUFSTEG

Je nach Markt ist der Prius neu auch als Allradversion E-Four erhältlich. Ebenfalls unterschiedlich ist die Akku-Technologie: Lithium-Ionen oder Nickel-Metallhydrid.

Der Ottomotor und ein Elektromotor geben ihr Drehmoment an ein Planetenradsatz ab. Der zweite E-Motor ist über eine weitere Stirnradverzahnung gekoppelt.

Die Allradversion E-Four würde auch in der Schweiz viele Fans finden. Sie ist für den hiesigen Markt nicht vorgesehen.

Grosses Know-how: Die Leistungselektronik zur Steuerung des Hybridantriebes wurde optimiert.

Entweder wird ein Lithium-Ionen- oder wie bisher ein Nickel-Metallhydrid-Akku verbaut. Letzterer kommt in Europa zum Zuge und sitzt neu unter den Rücksitzen. Er weist eine maximale Spannung von 201,6 V auf und kann 1,31 kWh Energie speichern.

min und ein Drehmomentbestwert von 142 Nm bei 3600/min sind dem knauserigen Haushalten mit Treibstoff zuzuschreiben.

Die Ansteuerung der drei Antriebseinheiten ist das Ingeniöse am Toyota-Hybridantrieb. Die Leistungselektronik steuert dabei je nach Gaspedalstellung die beiden E-Motoren und überwacht den Ladestand des Hochvoltakkus. Die Bemühungen um noch mehr Effizienz gipfeln in der Reduktion des Treibstoffverbrauchs um 18 % gegenüber dem Vorgänger.

Betriebsspannung von 201,6 V, 168 Zellen, 6,5 Ah Nennkapazität und einer Energiespeicherung von 1,31 kWh an Bord. Für andere Kontinente wird ein Lithium-Ionen-Akku mit ebenfalls 201,6 Volt Spannung, 56 Zellen, 3,6 Ah Nennkapazität und 0,73 kWh Energiespeichervermögen eingesetzt. Diese Variante wiegt 24,5 kg gegenüber den 40,3 kg des Nickel-MetallhydridAkkus. Obwohl von der Masse her der Lithium-Akku im Vorteil ist, wird in Europa die andere Variante zum Zuge kommen, weil eine lange Lebensdauer resultiert und der Akku günstiger und weniger anfällig auf die zum Teil tiefen Temperaturen in Europa ist.

Aerodynamische Karosserie Der vierte Prius ist das erste Fahrzeug auf der neuen TNGA-Plattform (Toyota New Global Architecture).

Diese ermöglicht einen tieferen Schwerpunkt. Die Hochvoltbatterie sitzt neu unter den Rücksitzen und verbessert dadurch zusätzlich den Schwerpunkt. Das Kofferraumvolumen konnte so auf 502 Liter erhöht werden.

Auch die vierte Generation des Prius weist eine eher ungewöhnliche Karosserieform auf. In Anlehnung an das Brennstoffzellenfahrzeug Mirai hat die keilförmige Karosserie einen hervorragenden cW-Wert von 0,24. Im Verbund mit dem optimierten Antriebsstrang resultiert

Zwei Akkutechnologien am Start Die Europaversionen des Pri­ us ha­ ben wie bis­ her ei­ nen Nickel-Metallhydrid-Akku mit einer

ein Durchschnittsverbrauch von lediglich 3,2 l/100 km. Notabene für ein Fahrzeug, dass immerhin 1360 kg (+10 kg gegenüber Prius 3) Leergewicht aufweist.

Ein weiteres Highlight ist die Einführung einer Allradvariante analog dem Toyota RAV4 Hybrid oder diversen Lexus-Modellen. Ein zusätzlicher Elektromotor an der Hinterachse sorgt je nach Fahrsituation für Antriebsdrehmoment.

Diese Variante ist für die Schweiz aktuell nicht vorgesehen.

Um die Radführung der angetriebenen Hinterachse zu ermöglichen, weist der Prius 4 neu eine Doppelquerlenker-Achskonstruktion auf.

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LAUFSTEG Audi Q7 e-tron 3.0 TDI quattro

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Diesel-Plug-in-Hybrid im SUV

SCHWERER SPARER Audi spendiert dem Q7 einen Plug-in-Hybridantrieb mit Dieselmotor. Das ausgeklügelte Hybridmanagement und ein prädiktiver Effizienzassistent sorgen dafür, dass das schwere SUV stets möglichst verbrauchsarm fährt, bei Bedarf aber auch genügend Leistungsreserven bereithält. Text: Stefan Gfeller | Bilder: Audi

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er Q7 e-tron quattro ist als Parallelhybrid konzipiert und bietet eine Systemleistung von 275 kW/373 PS und ein Systemdrehmoment von 700 Nm. Das SUV beschleunigt in 6,2 s aus dem Stand auf Tempo 100, die Höchstgeschwindigkeit wird mit 230 km/h angegeben. Die Verbrauchs­angaben – nach der ECENorm für Plug-in-Hybride – sind, wie üblich bei solchen Fahrzeugen, wenig aussagekräftig und im normalen Fahrbetrieb schwerlich zu erreichen: Offiziell begnügt sich der Q7 e-tron mit 1,8 l Diesel pro 100 km (48 g/km CO2)! Rein elektrisch legt das SUV im NEFZ bis zu 56 Kilometer zurück, die Gesamtreichweite beträgt bis zu 1320 km.

Hybridsystem Als Verbrennungsmotor setzt Audi den 3.0 TDI ein, der 190 kW/258 PS leistet und ein maximales Drehmoment von 600 Nm zwischen 1250 und 3000/min bietet. In Plug-in-Hybridfahrzeugen wird der Verbrenner auch im kalten Zustand und unter hoher Last häufig erst beim Kickdown aktiv. Modifizierte Zylinderlaufbahnen und Kolbenringe sowie ein Sensor, der die Qualität des Öls misst, schonen daher den 3.0 TDI. Vibrationen werden durch aktive Motorlager weitgehend eliminiert. Die Lager, welche bei Fahrt mit laufendem Verbrennungsmotor und im Leerlauf aktiv sind, erzeugen mit ihren elektromagnetischen Schwingspulenaktuatoren phasenversetzte Gegenschwingungen.

Das Hybridmodul beinhaltet die E-Maschine sowie die Kupplung K0 – die direkt vor dem Drehmomentwandler liegt – und ist

Der Antriebsstrang des Audi Q7 e-tron quattro mit der Einbaulage der Hybridkomponenten. zwischen dem Dieselmotor und der Achtstufen-tiptronic (eine klassische Wandlerautomatik) verbaut. Wenn die elektromechanisch betätigte Trockenkupplung öffnet, koppelt sie den Dieselmotor vom Antrieb ab.

Elektrisch wird der Q7 e-tron von einer permanenterregten Synchronmaschine angetrieben, die nach dem Aussenläuferprinzip arbeitet und ihre maximal 350 Nm Drehmoment praktisch vom Start weg bereitstellt und bis etwa 2550/ min konstant hält. Die maximale Leistung beträgt 94 kW. Traktionsbatterie Die Hochvoltbatterie ist unter dem Gepäckraum verbaut und stellt bei 308 V Nominalspannung 17,3 kWh Energie bereit. Der Lithium-IonenAkku wiegt inklusive der elektronischen Komponenten 202 kg und besteht aus 168 prismatischen Zellen, die in 14 Modulen mit je

zwölf Zellen zusammengefasst sind. Je sieben Module liegen auf einer Ebene. Unter den beiden Ebenen verlaufen eingegossene Kühlrohre – die Flüssigkeitskühlung stellt sicher, dass die Batterie während des Betriebs im geeigneten Temperaturbereich bleibt. Die Batteriekühlung, die auch das Ladegerät einbezieht, bildet einen separaten

Niedertemperatur-Kühlmittelkreis im Auto. Dieser lässt sich bei Bedarf an den Kältemittelkreis der Klimaanlage ankoppeln oder mit dem zweiten Niedertemperaturkreis zusammenschalten, der die E-Maschine und die Leistungselektronik versorgt und mit etwas höheren Temperaturen operiert. Ein eigenes Steuergerät koordiniert alle Umschaltvorgänge.

Die Antriebseinheit mit dem Hybridmodul, das zwischen Verbrennungsmotor und Automatikgetriebe eingebaut ist.

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Audi Q7 e-tron 3.0 TDI quattroi LAUFSTEG

Das Hybridmodul beinhaltet die E-Maschine und eine elektromechanisch betätigte Trockenkupplung, welche das Modul mit dem Verbrenner koppelt.

Die permanenterregte Synchronmaschine arbeitet nach dem Aussenläuferprinzip und leistet bis zu 94 kW.

Hybridmanagement Während der Fahrt steuert das Hybridmanagement die Betriebszustände des Q7 e-tron. Der Fahrer hat dabei die Möglichkeit, dem System seine Grundpräferenzen als Basis für die Steuerung mitzuteilen, dazu stehen ihm drei Modi zur Verfügung: Der Modus «EV» priorisiert das elektrische Fahren, im Modus «hybrid» entscheidet das Hybridmanagement überwiegend frei über die Art des Antriebs und im Modus «battery hold» spart es die vorhandene elektrische Energie auf.

Das SUV fährt in aller Regel elektrisch ab; um den Verbrennungsmotor zu aktivieren, muss der Fahrer das aktive Fahrpedal (siehe dazu auch Seite 96) über einen gewissen Widerstand hinaus

Bremsen des Autos ein Grossteil der Energie zurückgewonnen werden.

Alle leichten Bremsvorgänge laufen ebenfalls über die E-Maschine, ab mittlerer Verzögerung wird überblendet, dann kommen die hydraulischen Radbremsen zum Einsatz.

Wenn der Modus «hybrid» aktiv ist, die Fahrgeschwindigkeit unter 160 km/h liegt und die Achtstufen-tiptronic im Modus «D» arbeitet, wechselt das Fahrzeug ins «Segeln», sobald der Fahrer den Fuss vom Fahrpedal nimmt – beide Motoren werden also vom übrigen Antriebsstrang getrennt und ausgeschaltet. Falls sich das Auto einem langsameren Vordermann, einem Kreisverkehr oder einem Ortseingang nähert, endet der Segelbetrieb zugunsten einer Rekuperationsverzögerung.

durchtreten. Der Punkt, an dem der Widerstand auftritt, richtet sich nach den Anforderungen des Hybridmanagements. Auch für das Boosten, bei dem beide Motoren mit voller Leistung zusammenarbeiten, ist ein Druckpunkt zu überwinden.

Der Modus «S» der Achtstufentiptronic ist auf eine hohe Rekuperationsrate ausgelegt, und die Energierückgewinnung beginnt hier schon, wenn der Fahrer den Fuss vom Fahrpedal nimmt. Mit den Schaltwippen am Lenkrad kann er über einen Gangwechsel den Rekuperationsgrad stufenweise wählen. Das rekuperative Bremssystem ermöglicht eine geregelte Aufteilung auf den elektrifizierten Antriebsstrang und die konventionelle Reibbremse. So kann beim

Aufbau der Hochvoltbatterie mit den eingegossenen Kühlrohren.

Effizienzassistent Ein prädiktiver Effizienzassistent nutzt (auch bei inaktiver Zielführung) die Streckendaten, um den Fahrer auf Situationen hinzuweisen, in denen er sinnvollerweise das Tempo verlangsamen sollte. Im Q7 e-tron quattro ermöglicht er eine prädiktive Betriebsstrategie sowie ein automatisiertes Hybridmanagement und erkennt Kurven, Kreisverkehre und Kreuzungen, Gefälleabschnitte, Ortschaften oder Tempolimit-Schilder – häufig lange, bevor der Fahrer sie sieht.

Im Kombiinstrument bzw. im Audi virtual cockpit sowie im optionalen Head-up-Display erscheint dann ein entsprechender Fuss-vomGas-Hinweis, zugleich pulst das aktive Fahrpedal einmal gegen die Fuss-Sohle des Fahrers.

Wenn der Fahrer es wünscht, regelt das System den Freilauf der Achtstufen-tiptronic unter bestimmten Randbedingungen (bezüglich Geschwindigkeit und Fahrpedalgradient) selbst, das Auto rollt dann im Leerlauf auf die Langsamfahrstelle zu, beispielsweise bei einem Kreisverkehr.

In Kombination mit dem prädiktiven Effizienzassistenten erfolgt eine automatische Anpassung der Geschwindigkeit an Ortseingänge und Tempolimits sowie an Kurven und Kreuzungen, auch bei Nutzung des Segelbetriebs.

Die Daten für die Erkennung der Verkehrssituation bezieht die Anlage vom Navigationssystem, von der Frontkamera und den Radarsensoren der optionalen Adaptive Cruise Control.

Schon vor dem Start berechnet das System die ideale Hybridstrategie auch auf lange Distanz, wobei es die Echtzeit-Verkehrsinformationen des Navigationssystems einbezieht.

Während der Fahrt erstellt der prädiktive Effizienzassistent ein detailliertes Bild der Strecke bis auf drei Kilometer Distanz.

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