A&T 03/2024

NEWS

Fahrzeugteile aus Grünabfällen von Olivenhainen

Kompakte 800-V-E-Drive-Lösung der nächsten Generation

Ausfahrbare Klappen verringern den Luftwiderstand

Flexible, auf BEV ausgelegte

Plattform

FACHWISSEN

Energieetikette

Die Energieetikette teilt die Neuwagenflotte in der Schweiz seit 20 Jahren in 7 Effizienzklassen ein. Die Grundlagen und die Berechnungen haben sich aber verändert und sind heute mit den Well-to-Wheel-Angaben richtig komplex geworden.

TECHNIK

Radnaher Antrieb

Hyundai hat ein Radantriebssystem mit radnaher Platzierung des Elektromotors und einem in die Radnabe integrierten Untersetzungsgetriebe, das auch noch eine andere Aufgabe übernimmt, vorgestellt.

Rückhaltesysteme werden flexibler Ein neuer, mehrfach schaltbarer Gurtkraftbegrenzer ermöglicht eine deutlich verbesserte Anpassung an Körpergewicht und Grösse der Fahrzeuginsassen. Der Gurt wird so zur intelligenten, flexibel steuerbaren Sicherheitseinrichtung.

WORK EFFICIENT WORK WITH SONIC

FAHRZEUGTEILE AUS GRÜNABFÄLLEN VON OLIVENHAINEN

STATT AUS KUNSTSTOFFEN HERSTELLEN

Ford hat in einem grossangelegten Praxistest geprüft, ob sich Grünabfälle aus dem gewerblichen Olivenanbau als Alternative für Kunststoffe eignen. Der Pilotversuch bildet eine wichtige Säule des Projekts «COMPOlive», das den Olivenanbau umweltfreundlicher gestalten soll. Grünabfälle, die bei der Ernte anfallen, sollen als Werkstoff genutzt werden, statt sie zu verbrennen. Für den Versuch hat das Unternehmen Ernteabfälle von Olivenhainen im südspanischen Andalusien genutzt, der Gegend mit dem weltweit grössten Erzeuger von Olivenöl. Das Ergebnis des Pilotprojekts bestätigt, dass Bioverbundstoffe – sogenannte Biokomposite – potenziell zu einer wirklichen Kreislaufwirtschaft beitragen können. Ingenieure von Ford haben aus den Grünabfällen sowohl Fussstützen als auch Teile der Kofferraumauskleidung

MAGNA

agna hat seine 800-VE-Drive-Lösung der nächsten Generation vorgestellt, die neue Massstäbe bei Effizienz, Leistungsgewicht und Drehmomentdichte setzen und eine beispiellose Nachhaltigkeit sowohl im Produktdesign als auch in der Produktionsmethodik zeigen soll. Der Antrieb bietet durch seine geringe Masse von 75 kg und die im Vergleich zur Vorgängerversion um 20 % reduzierte Bauhöhe mehr Flexibilität. Eine Schlüsseltechnologie und gemäss Magna ein in der Zuliefererindustrie erstmaliger Fortschritt ist die Möglichkeit, den E-Drive um 90° um die Antriebsachse zu drehen, was eine bessere Systemintegration in den vorderen und hinteren Fahrzeugraum ermöglicht. Das System soll ausserdem einen Wirkungsgrad von bis zu 93 % im realen Fahrbetrieb erreichen, was die Effizienz in einemBild:

produziert und konnten dabei eine erhebliche Menge an erdölbasierten Rohstoffen ersetzen.

Eine Fussstütze, wie sie aus Kunststoff gefertigt im aktuellen Focus eingesetzt wird, lässt sich wie im Bild auch aus Biokomposit-Materialien herstellen.

Der E-Drive der nächsten Generation von Magna will eine branchenweit einmalige Technologie in einer leichteren, kompakten und nachhaltigen Lösung bieten.

Magna sagt, dass es durch die nahtlose Integration seiner Systeme gelungen sei, die Abhängigkeit von Aluminium und seltenen Erden zu reduzieren, was zu einer deutlichen Verringerung der CO2-Emissionen während der Produktion um ca. 20 % im Vergleich zu den E-Drives der vorherigen Generation führt. Der E-Drive der nächsten Generation von Magna kann als Primär- oder ergänzende Sekundärantriebslösung mit einer optionalen E-DecouplingEinheit für Fahrzeuge des C-, Dund E-Segments eingesetzt werden und bietet Zulieferern und Fahrzeugherstellern dadurch eine grosse Vielseitigkeit. Er liefert eine Spitzenleistung von 250 kW und ein maximales Achsdrehmoment von 5000 Nm. (pd/sag)

breiten Spektrum von Fahrzeuggeschwindigkeiten deutlich verbessert und den Antrieb vielseitiger macht.

AUSFAHRBARE KLAPPEN AN DER FAHRZEUGFRONT VERRINGERN LUFTWIDERSTAND UND VERWIRBELUNGEN

Hyundai Motor Company und Kia Corporation haben mit Active Air Skirt (AAS) ein System vorgestellt, das bei Fahrten mit hohen Geschwindigkeiten den Luftwiderstand reduziert. Dabei werden Verwirbelungen im Bereich der Vorderräder durch ausfahrbare Klappen effektiv verringert, was neben einem niedrigeren Luftwiderstand auch für weniger Windgeräusche und mehr Abtrieb sorgt. Die Klappen befinden sich zwischen der vorderen Stossstange und den Vorderrädern und werden ab Geschwindigkeiten von 80 km/h automatisch aktiviert; sinkt die Fahrgeschwindigkeit wieder unter 70 km/h, werden sie wieder eingefahren. Wie im Bild ersichtlich ist, erstrecken sich die Klappen des AAS nicht über die gesamte Fahrzeugbreite, sondern decken eben nur den Bereich vor den Vorderrädern ab, da

STELLANTIS

Die ausfahrbaren Klappen des Active-Air-Skirt-Systems verringern Verwirbelungen im Bereich der Vorderräder und sorgen so für einen niedrigeren Luftwiderstand.

der flache Unterboden von Hyundais E-GMP-Plattform bereits für eine ideale Aerodynamik optimiert wurde. Dank einer Gummierung an der Unterkante der Klappen sinkt das Risiko durch Beschädigungen während der Fahrt mit hohem Tempo, und das System funktioniert selbst bei Geschwindigkeiten von über 200 km/h.

Die Hyundai Motor Group hat das System zu Testzwecken in einen Genesis GV60 eingebaut: Bei ersten Versuchen konnte der Luftwiderstandsbeiwert um 0.008 gesenkt werden. Dieser um 2.8 Prozentpunkte niedrigere Wert ermöglicht eine zusätzliche elektrische Reichweite von etwa sechs Kilometern. Es ist davon auszugehen, dass die AASTechnologie – die sich derzeit noch im Entwicklungsstadium befindet – bei SUV einen noch grösseren Effekt haben wird. (pd/sag)

FLEXIBLE, AUF BEV AUSGELEGTE PLATTFORM DECKT

BREITES SPEKTRUM AN FAHRZEUGEN AB

Stellantis hat seine hochflexible, auf elektrische Fahrzeuge ausgelegte Plattform STLA Large vorgestellt, welche die Basis für zukünftige Fahrzeuge im D- und E-Segment für die globalen Märkte bildet. Sie soll Bestleistungen im Segment bieten hinsichtlich eingebetteter Energie (118 kWh), Ladeeffizienz (4.5 kWh/ min) und Fahrleistung (0–100 km/h in ca. 2 s) und ist «Trail Rated» für Offroad-Fahrten. Auf STLA Large basierende Fahrzeuge werden zunächst in Nordamerika bei den Marken Dodge und Jeep eingesetzt, in einem nächsten Schritt sollen andere Marken wie Alfa Romeo, Chrysler und Maserati folgen.

Die grosse Flexibilität der Plattform ermöglicht es Ingenieuren und Konstrukteuren, den Radstand, die Gesamtlänge, -breite und -höhe sowie die Bodenfreiheit anzupassen.

Die STLA-Large-Plattform ist auf Gewicht und Steifigkeit optimiert und bildet die Basis für zukünftige Fahrzeuge der Stellantis-Marken im D- und E-Segment.

Um fahrzeugspezifische Leistungsziele wie Fahrverhalten, Handling und Komfort zu erreichen, können verschiedene Aufhängungsmodule und Antriebsstranghalterungen eingesetzt werden. Ingenieure können wichtige Abmessungen wie die vordere Achse zum Fuss des Fahrers, den vorderen und hinteren Überhang oder den Fahrgastraumboden anpassen. STLA Large ist als auf BEV ausgelegte Plattform mit der Option auf 400-V- und 800-V-Elektroarchitekturen konzipiert und entwickelt. Die Elektroantriebsmodule, die den Motor, den Wechselrichter und das Untersetzungsgetriebe enthalten, können unterschiedlich konfiguriert werden: mit Vorderradantrieb, Hinterradantrieb und Allradantrieb. Zudem werden auf dieser Basis auch Multi-Energy-Varianten erhältlich sein, also Fahrzeuge mit Hybrid- und Verbrennungsmotoren. (pd/sag)

NICHTS IST EINFACH!

Die Energieetikette teilt die Neuwagenflotte in der Schweiz seit 20 Jahren in 7 Effizienzklassen ein. Die Grundlagen und die Berechnungen haben sich aber verändert und sind heute mit den Well-to-Wheel-Angaben richtig komplex geworden.

Text: Andreas Lerch | Bilder: BFE, VW, Lerch

Bild 1. Neben den Neuwagen müssen in den Verkaufsräumen Energieetiketten angebracht sein, welche den Interessenten die wichtigsten Informationen zum Energieverbrauch des Fahrzeuges auf einfache Weise vermitteln.

In einer Pressemitteilung des Bundesamtes für Energie stand am 7. September 2004, also vor beinahe 20 Jahren, Folgendes zu lesen: «Die Energieetikette für Personenwagen, von Bundesrat Leuenberger im Januar 2003 lanciert, ist ein grosser Erfolg. Bereits mehr als die Hälfte der Schweizer Bevölkerung kennt die Warendeklaration, die jeden Neuwagen in Energieeffizienz-Kategorien von A bis G einteilt. Dem Autofahrer stehen heute mehr als 1200 Modelle der energieeffizientesten Kategorien A und B zur Verfügung. Die Tendenz ist offensichtlich: Sparsamer Verbrauch ist ein wichtiges Kaufkriterium geworden.»

Natürlich ist es einfach, aus sieben farbigen Balken zu erkennen, wie «gut» ein bestimmtes Fahrzeug ist. Das Wort «gut» muss aber noch etwas beleuchtet werden, und vor allem müssen die Berechnungen hinter dem Zuordnungspfeil klar definiert und reproduzierbar sein. Damit wird die ganze Geschichte mit der Energieetikette bereits ziemlich kompliziert.

Am Anfang ging es vor allem um den Fahrzeugverbrauch. War hingegen das Fahrzeug schwer, wurde ihm das positiv angerechnet. Technisch ist das absolut verständlich: Ein schweres Auto braucht einen stärkeren Motor und dieser braucht wiederum mehr Benzin

und stösst entsprechend mehr CO2 aus. Alles klar. Aber es wurde dann schnell kritisiert, dass ein grosser SUV doch energiemässig nicht besser unterwegs sein könne als ein Kleinwagen. So wurde die Berechnungsgrundlage vor einigen Jahren komplett auf den Kopf gestellt und es wird nur noch auf den Verbrauch geschaut – aber auch das ist ja nicht ganz einfach.

Verbrauch

Wenn die Einteilung über den Verbrauch erfolgt, müssen die Verbrauchsmessmethoden und die Energiewerte der verschiedenen Treibstoffe einander angepasst werden. Dabei ist klar, dass diese genormten Zykluswerte nie der Realität entsprechen können, denn jeder weiss, dass er sparsam oder sportlich (was ja eigentlich dem Gegenteil von sparsam entspricht) fahren kann. Dazwischen liegen mindestens 50 % Verbrauchsunterschied. Daneben kommt es auf das Fahrprofil (innerorts, ausserorts, Autobahn, Pässe usw.), den Beladungszustand des Fahrzeugs und seinen Luftwiderstand an (ist ein Zelt, eine Gepäckbox oder sind Fahrräder auf dem Dach?). Des Weiteren spielt es eine Rolle, mit welchem Treibstoff das Fahrzeug unterwegs ist. Besonders kompliziert ist natürlich die Definition bei den Hybridfahrzeugen. Wie gross sind deren Batterien, wie lange kann (und wird) elektrisch gefahren und wann schalten sie auf den Verbrennungsmotor um.

Damit ist eigentlich schon klar, dass eine Norm, so gut sie auch gemeint ist, nie «meinem» Fahrstil

angepasst ist. Aber: Eine Norm ist reproduzierbar. Wird das gleiche Fahrzeug von verschiedenen Personen in verschiedenen Weltregionen genau nach der Norm geprüft, so wird es überall den gleichen Verbrauch ausweisen. Das bedeutet, dass die Fahrzeuge doch miteinander verglichen werden dürfen. Für die Verbrauchsangaben in den Prospekten können natürlich die Hersteller von Hybridfahrzeugen am besten optimieren. Ist der Verbrauch zu hoch, kann einfach eine grössere Batterie eingebaut werden, und dann wird er kleiner. Der Hybridkunde muss dementsprechend am besten wissen, was er kauft. Wenn er wirklich ökologisch und daher meistens elektrisch fahren möchte, muss er genau überlegen, wie sein Fahrprofil normalerweise aussieht und wie gross die Batterie in dem Hybridfahrzeug sein muss.

WLTP

Seit 2017 wird nach dem WLTPVerfahren (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure) gemessen. Der neue Zyklus WLTC (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle) ist anspruchsvoller als der vorangegangene NEFZ und verlangt den Fahrzeugen etwas mehr Energie ab, was zu einem höheren Verbrauch führt. Für sparsame Autofahrer, welche schon den Verbrauch nach NEFZ egalisieren konnten, wäre dies nicht nötig. Für die meisten Autofahrer ist der neue Zyklus aber der Fahrweise besser angepasst.

Die Streckenlänge des WLTC ist mit 23 km länger als beim Vorgängerzyklus und er dauert 30 Minuten. Dabei liegt die Höchstgeschwindigkeit bei 130 km/h und die Durchschnittsgeschwindigkeit bei 47 km/h. Mit diesem Zyklus wird nicht nur der Verbrauch der Strassenfahrzeuge gemessen, sondern auch deren Schadstoffemissionen. Bei Letzteren kommt dann auch die RDE-Messung dazu (Real Driving Emissions). Dabei fährt das Fahr-

zeug während 1.5 bis 2 Stunden im normalen Verkehr mit einem Drittel Stadt-, einem Drittel Überland- und einem Drittel Autobahnanteil. Die Abgase werden mit einem PEMS (Portable Emissions Measurement System), einem portablen Abgasmessgerät ermittelt.

Verbrauchsmessung

Für den Verbrauch und die dazu proportionalen CO2-Emissionen reicht bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor ein Durchgang auf dem Rollenprüfstand (Bild 2). Dass der Start bei genau 23 °C erfolgen muss, mag auch damit zusammenhängen, dass sich Batterien von BEV bei dieser Temperatur sehr wohl fühlen.

Verbrauchsmessung BEV

Beim elektrisch betriebenen Fahrzeug könnte man meinen, dass da auch einfach ein Durchgang ausreichen würde. Diese Messung wurde jedoch anders definiert: Beim Test wird der WLTC einmal mit vollgeladener Batterie durchfahren, anschliessend noch einmal der City Cycle (Bild 2). Der einmalige gesamte Durchlauf plus ein zweiter Durchlauf der ersten beiden Zyklusphasen (Low und Medium)

werden als dynamisches Segment bezeichnet. Nach dem einmaligen Durchfahren des dynamischen Segmentes wird die Batterie bei konstanten 100 km/h bis auf 10 % der Gesamtkapazität entladen. Zum Schluss wird noch einmal das dynamische Segment durchfahren, bis die vorgeschriebene Geschwindigkeit nicht mehr eingehalten werden kann. Ist dies der Fall, wird der Test abgebrochen und die Batterie geladen. Der Ladestrom wird exakt gemessen und aus der Ladeenergie wird der Verbrauch berechnet.

Verbrauchsmessung PHEV

Der Test der Hybridfahrzeuge ist am aufwendigsten. Da es sich um Fahrzeuge mit einem verbrennungsmotorischen und einem elektrischen Antrieb handelt, müssen beide ausgemessen werden. Deshalb unterscheidet man den Charge-Depleting-Test (CD) und den ChargeSustaining-Test (CS). Beim CD-Test wird das Fahrzeug mit geladener Batterie so lange elektrisch betrieben, bis der Verbrennungsmotor erstmalig zuschaltet, dann werden die hybridisch gefahrenen Zyklen gezählt, bis die Batterie leer ist bzw. der Verbrennungsmotor nicht mehr ausschaltet. Vor dem CS-Test wird

die Batterie entladen und dann – mit kaltem Verbrennungsmotor – ein Durchlauf gefahren.

Die beiden ausgewerteten Tests werden zu einem Utility Factor (UF) verknüpft und daraus wird der Streckenverbrauch errechnet. Da mit der Kapazität der Batterie der CD-Test und damit der UF direkt beeinflusst werden kann, können die Fahrzeughersteller extrem tiefe Verbrauchszahlen ausweisen, die vom Endverbraucher nur erreicht

werden, wenn er wirklich bei jeder Gelegenheit die Batterie wieder auflädt und/oder nicht allzu lange Strecken fährt.

Verbrauchsumrechnung in CO2

Bei den aktuellen Messungen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren wird der Verbrauch über die Abgase zurückgerechnet. Es wird gemessen, wie viele kohlenstoffhaltige Emissionen (CO2, CO, HC, Partikel) emittiert worden sind, und dann ausgerechnet, wie vielen Litern Treibstoff dies entspricht.

In der Regel rechnet man den umgekehrten Weg und bestimmt auf dem Rollenprüfstand den Verbrauch in Litern pro Kilometer. Die Liter können über die Dichte in Kilogramm pro Kilometer umgerechnet werden – und dann beginnt die Chemie. In Bild 4 ist oben links ein Kohlenwasserstoffmolekül mit 16 Kohlenstoffatomen und 34 Wasserstoffatomen gezeichnet. Darunter befindet sich eine Wolke mit 49 Sauerstoffatomen, zuunterst die Wolke mit den Stickstoffatomen. Bei einer normalen Verbrennung reagiert Stickstoff nicht mit Sauerstoff, aber der Kohlenstoff aus dem Treibstoff wird zu Kohlendioxid (CO2) und der Wasserstoff verbindet sich mit

Bild 2. Der WLTC besteht aus vier Abschnitten. Die ersten drei dauern je 500 s, der vierte 300 s. Die ersten zwei Abschnitte gelten zusammen als City Cycle und werden bei gewissen Anwendungen gefahren.

Bild 3. Der VW Lupo 3L wurde als reines Dieselfahrzeug vor 25 Jahren lanciert. Mit einem Verbrauch von 2.99 l/100 km läge er noch heute in der Effizienzkategorie A, und die 77 g CO2/km können sich sehen lassen. Natürlich müssten heute einige Abstriche bezüglich der Abgasnachbehandlung gemacht werden.

Bild 4. Örtlich auseinandergezogen sind hier die Vermischung, die Verbrennung und die Emissionen eines Dieselmoleküls

dem Sauerstoff zu Wasser (H2O). Durch den Impuls der Zündung beim Benzinmotor oder der Selbstzündung beim Dieselmotor spaltet sich das Treibstoffmolekül auf, und die Wasserstoff- und Kohlenstoffatome haben keinen Zusammenhalt mehr und suchen sich neue Verbindungspartner. Die finden sie im Sauerstoff. Wasserstoff ist sehr reaktiv, deshalb finden sofort immer zwei Wasserstoffatome ein Sauerstoffatom. So entstehen unter grosser Energieabgabe 17 Wassermoleküle. Der Kohlenstoff ist etwas träger als der Wasserstoff, und jedes Kohlenstoffatom sucht sich zwei Sauerstoffatome, damit am Schluss 16 Kohlendioxidmoleküle entstanden sind. Auch die entstehen unter Energieabgabe, deshalb wird während des Arbeitstakts dem Motor Energie zugeführt. Wird die Verbrennung zu schnell abgebrochen, haben evtl. noch nicht alle Kohlenstoffatome

zwei Sauerstoffatome gefunden und es bleiben Kohlenmonoxidmoleküle oder sogar Kohlenstoffpartikel übrig (unvollständige Verbrennung).

Sollen diese Verbrennungszusammenhänge noch in ein Masseraster hineingelegt werden, so müssen die Atommassenzahlen aus einem

Tabellenbuch hergeholt werden. Damit erkennt man, dass ein Mol Wasserstoff 1 g wiegt, 1 Mol Kohlenstoff 12 g und 1 Mol Sauerstoff 16 g. Damit kann über Proportionalitätsrechnungen herausgefunden werden, dass 1 Mol des Treibstoffes Cetan eine Masse von 226 g aufweist, dass also 1 kg des Treibstoffes 4.42 Mol enthält und dass es daraus 16 mal 4.42 Mol CO2 gibt. Das sind pro kg Cetan 3.1 kg CO2 und pro Liter Diesel knapp 2.6 kg CO2 (Dichte 0.83 kg/ dm3). Mit dem Streckenverbrauch des Fahrzeuges verknüpft, ergibt sich die CO2-Angabe in der Mitte der Energieetikette mit der Einheit g/km.

Energieverbrauchszahlen Lange wurde moniert, dass mit Tank-to-Wheel-Messungen einfach nur ein Teil der Emissionen erfasst würden. Dass doch die E-Fahrzeuge, welche beispielsweise in Deutschland mit einem grossen Anteil von Kohlestrom fahren, nur lokal 0 g CO2 ausstossen. Wenn aber die Stromproduktion miteingerechnet würde, wären die Benzinfahrzeuge nicht mehr wesentlich grössere CO2-Emittenten. In Bild 5 wird dargestellt, dass der beste und aussagekräftigste Energiewert Cradleto-Grave wäre, was übersetzt so

C P O

(Cetan) dargestellt.

Bild 5. Vergleich der verschiedenen Energieverbrauchsmessungen. Wer wirklich ökologisch unterwegs sein möchte, müsste sich den Energiebalken Cradle-to-Grave zu Herzen nehmen.

Bild 6. Die Energieetikette ist weggekommen von der Tank-to-Wheel-Energie und gibt heute die Well-to-Wheel-Energie in der Energieeffizienz an.

viel heisst wie «von der Wiege bis zur Bahre». Die Fahrzeugproduktion wie auch die Treibstoffproduktion und ihre Transporte sind ebenso berücksichtigt wie das normale Autoleben und das darauffolgende Recycling. Tank-to-Wheel, oder was auf den Rollenprüfständen gemessen werden kann, stellt nur einen Teil der verbrauchten Energie oder der ausgestossenen CO2-Emissionen dar. Well-to-Tank stellt die Treibstoffseite des Energieverbrauchs dar: Wo und wie wird der Treibstoff hergestellt, wie weit wird er befördert usw.? Der Balken Well-to-Wheel addiert die beiden Energien Treibstoffherstellung und Nutzung. Dabei ist ersichtlich, dass eben je nach Produktionsart der elektrischen Energie diese auch nicht CO2-frei sein kann. Genau in diese Richtung zeigen die Energieetiketten heute.

Well-to-Wheel

Die Energieetikette enthält heute den Well-to-Wheel-Wert, das heisst, dass die farbigen Balken der Etikette nicht nur den Verbrauch, sondern auch die Herstellung und den Transport der Energie (ob flüssiger oder gasförmiger Treibstoff oder elektrische Energie) darstellen. Aus diesem Grund sind die elektrisch betriebenen Fahrzeuge nun nicht mehr unbedingt in der Klasse A.

Damit die Vergleichbarkeit aber gegeben ist, musste viel überlegt und mussten noch viel mehr Daten gesammelt werden. Zum einen müssen die unterschiedlichen Ener-

gien zu einer Energie ins Verhältnis gebracht werden. Da wäre sicher von der Physik her die Einheit kWh eine gute Vergleichseinheit gewesen, aber es wurde das Benzin ausgewählt. Benzin speichert pro Kilogramm etwa 43 MJ, und so kann jede Energie ins Verhältnis zu Benzin gesetzt werden (Benzinäquivalent).

Energieetikette

Die beiden Bilder 6 und 7 stammen aus der Verordnung des UVEK über die Festlegungen zur Angabe des Energieverbrauchs und weiterer Eigenschaften von Personenwagen, Lieferwagen und leichten Sattelschleppern (Stand 1. Januar 2024). Da Benzin als Bezugsenergie ausgewählt worden ist, erhält es in den beiden Äquivalent-Spalten in Bild 7 den Faktor 1. Das heisst, es wird genau mit dem Benzinverbrauch nach WLTP gerechnet. Dies ist der offizielle Benzinverbrauch und mit diesem wird in der Tabelle Bild 6 die Zuordnung für die Energieetikette bestimmt. Für eine A-Klassierung darf ein benzinbetriebenes Fahrzeug also nicht mehr als 4.07 l Benzin auf 100 km Strecke WLTC verbrauchen. Der Dieseltreibstoff weist längere Kohlenwasserstoffmoleküle auf und bringt dementsprechend mehr Kohlenstoff in die Verbrennung. Deshalb muss sein Verbrauch mit dem Faktor 1.14 multipliziert werden, um den äquivalenten Benzinverbrauch zu erhalten. Da aber Transport und Aufbereitung von Benzin mehr Energie braucht (rechte Spalte in Bild 7) als beim Dieseltreibstoff, nimmt der

Bild 7. Die verschiedenen Treibstoffe müssen miteinander verglichen werden können. Als Referenztreibstoff gilt Benzin.

Faktor in der Spalte PrimärenergieÄquivalent wieder ab. Ein Dieselfahrzeug mit einem Verbrauch von 3.7 l/100 km erreicht ein Primärenergie-Äquivalent von 4.03 und wird somit auch der Klasse A zugeteilt.

Energiebereitstellung

Bei der Energiebereitstellung Well-toTank wird die Förderung der Primärenergie (Rohöl, Erdgas, Steinkohle, Uran, Holz) sowie die Produktion von Biogas eingerechnet. Dann gehören alle Prozesse zur Veredelung und Konditionierung der Brennstoffe (raffinieren, destillieren, reinigen, anreichern, aufbereiten etc.) dazu. Sämtliche Transporte per Pipeline, Schiff, Lastwagen oder Bahn bis zu den Tankstellen bzw. über Stromnetze zu den Niederspannungskunden inklusive der anfallenden Verluste müssen eingerechnet werden. Zum Schluss dürfen der Bau, der Betrieb sowie der Rückbau und die Entsorgung der Infrastrukturanlagen (Offshore-Förderplattformen, Pipelines, Raffinerien, Kraftwerke, Stromleitungen, Tankstellen) nicht vergessen werden.

FRAGEN

1. Wie lange dauert ein Durchgang beim WLTC?

2. Es werden 1 Mol Methan und 1 Mol Oktan vollständig verbrannt. Welcher Treibstoff emittiert mehr CO2?

3. Ein BEV verbraucht 20 kWh/100 km. In welche Energieeffizienz-Kategorie wird das Auto eingeteilt?

Beim Erdöl wird beispielsweise berücksichtigt, dass das Öl, welches in Cressier verarbeitet wird, aus Nigeria, Kasachstan, Nordafrika und den USA stammt. Daneben werden in der Schweiz aber auch Erdölprodukte verkauft, welche in europäischen Raffinerien hergestellt wurden und die aus wesentlich mehr Ländern und Regionen stammen. Der Herkunftsmix muss so gut wie möglich aufgeschlüsselt sein, damit im Endeffekt der Wert in der rechten Spalte von Bild 7 so genau wie möglich stimmt. Das an Schweizer Tankstellen verkaufte Benzin stammte 2022 zu gut einem Drittel von der Raffinerie in Cressier.

Ebenso komplex gestaltet sich die Bestimmung der Energiebereitstellung bei den anderen Energieträgern. Erst wenn diese Werte bereitstehen, können die Toleranzfelder in Bild 6 definiert werden.

LÖSUNG ZUR AUSGABE 1+2/2024

1. & 2. Der Stromverlauf des Injektors (Oszilloskop mit Masseerdung) ist rot eingezeichnet und das Oszilloskopbild (ohne Masseerdung) grün:

3. Triggern

Wenn die Antriebsmotoren bei den Rädern platziert werden, ergibt sich neu nutzbarer Raum.

Radnaher Antrieb

MOTOR UND GETRIEBE AUS DEM WEG GERÄUMT UND PLATZ GESCHAFFEN

Die Hyundai Motor Group hat ein Radantriebssystem mit radnaher Platzierung des Elektromotors und einem in die Radnabe integrierten Untersetzungsgetriebe, das auch noch eine andere Aufgabe übernimmt, vorgestellt. Die Südkoreaner wollen damit nach eigenen Aussagen nichts Geringeres als das Design zukünftiger Fahrzeuge und Mobilitätslösungen revolutionieren.

Text: Stefan Gfeller | Bilder: Hyundai

Radnabenantriebe haben bekanntlich ihre Vorteile wie etwa die Möglichkeit neuer Fahrzeugkonzepte, da der Raum zwischen den Rädern nicht mehr durch den Motor und den Achsantrieb beansprucht wird und anderweitig genutzt werden kann. Durch den Wegfall der Antriebswellen lässt sich zudem die Manövrierbarkeit deutlich erhöhen, da die Räder stärker eingeschlagen werden können – theoretisch sogar um 90°. Hauptnachteil, der wohl auch dafür verantwortlich ist, dass sich die Radnabenantriebe bisher nicht durchsetzen konnten und eher für kleine, «langsame» Stadtfahrzeuge geeignet wären, ist die Erhöhung der ungefederten Masse und ihre negativen Auswirkungen auf die Fahrwerks- bzw. Fahreigenschaften.

Der Kompromiss liegt auf der Hand: Wenn der Motor nicht ins Rad soll, dann halt möglichst nahe ans Rad. So wird einerseits Platz zwischen den Rädern gewonnen, andererseits bleibt der schwere Motor an der Karosserie montiert und zählt somit zur gefederten Masse. Im Laufe der Zeit wurden denn auch einige Konzepte für radnahe Antriebe vorgestellt – beispielsweise vom Reifenhersteller Michelin oder von BMW in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR. Und nun also die Hyundai Motor Group; die Südkoreaner haben kürzlich unter dem nicht sehr vielsagenden Namen Universal Wheel Drive System bzw. kurz Uni Wheel ihr eigenes, doch ziemlich ausgefallenes Konzept vorgestellt.

Starre Welle und Planetengetriebe

Je näher der Motor zum Rad wandern soll, desto kürzer werden die Antriebswellen. Kürzere Wellen bedeuten, dass beim Ein- und Ausfedern die Antriebskraft über einen grösseren Winkel übertragen werden muss und die Gelenke der Wellen stärker beansprucht werden. Also lassen die Hyundai-Ingenieure die Gelenke gleich ganz weg – ausser den Kugelgelenken bei gelenkten

Sonnenrad und Planetenräder im Planetenträger: Hyundai setzt beim Universal Wheel Drive System ein spezielles Planetengetriebe ein.

Sowohl beim Ausfedern (links) als auch während des Einfederns bleibt die Antriebswelle stets waagerecht und wird nicht abgewinkelt.

Rädern – und verwenden eine starre Antriebswelle. Damit das Rad sich trotzdem (etwa beim Einfedern) in Relation zum Motor bewegen kann – besonders natürlich vertikal, in geringerem Masse aber auch horizontal –, platzieren sie ein spezielles Planetengetriebe in der Radschüssel.

Der radnah eingebaute Elektromotor treibt über eine kurze Antriebswelle das Sonnenrad an, während das Hohlrad den Abtrieb übernimmt und dazu fest mit dem Rad verbunden ist. So weit, so gut und bekannt: Wenn hier der Planetenträger festgehalten wird, funktioniert das Planetengetriebe als Untersetzungsgetriebe. Das Rad könnte sich aber gegenüber dem Motor radial nicht bewegen, da Sonnen- und Hohlrad konzentrisch laufen würden.

Diese Bewegung wird beim UniWheel-System durch die Planetenräder ermöglicht. Dabei kommen zweimal jeweils vier Planetenräder zum Einsatz (lediglich zur Führung des Hohlrades werden zudem zwei frei drehende Zahnräder verbaut).

Der Kraftfluss verläuft also vom Sonnenrad über jeweils das erste Zahnrad der Planetenkonstruktion, danach über das zweite, dritte und vierte Zahnrad, das schliesslich das Hohlrad antreibt. Wie in den Bildern ersichtlich, sind die vier Zahnräder nicht starr in einer Linie miteinander (und mit dem Sonnenrad) verbunden, sondern über Gelenke. Daraus ergibt sich ein Multi-Link-Mechanismus, der eben eine mehrachsige Bewegung des Uni Wheels erlaubt, also Sonnen- und Hohlrad exzentrisch laufen lässt.

Kleine Motoren und Untersetzung

Die nun gezeigte Version des Uni Wheels bietet eine Übersetzung ins Langsame von 6.241 : 1 und 150 mm maximalen Hub. Diese Parameter lassen sich einfach anpassen, das System kann so für den Einsatz in unterschiedlichen Fahrzeugen skaliert werden. Das gemäss Hyundai verhältnismässig hohe Untersetzungsverhältnis sei Teil des Konzepts: So könne jeweils ein sehr kompakter Elektromotor eingesetzt werden,

dessen relativ geringes Drehmoment dann eben entsprechend übersetzt am Rad ankomme. Und weil bei Uni Wheel bis zu vier effiziente elektrische Antriebseinheiten einzeln gesteuert werden, eröffnen sich diverse Möglichkeiten bei der Drehmomentverteilung, also Torque Vectoring an einer Antriebsachse oder bei Allradantrieb sogar individuell über alle vier Räder, was die fahrdynamischen Eigenschaften verbessern und die Lenk- und Fahrstabilität erhöhen kann.

Der Möglichkeiten sind also viele, und Hyundai hat für Uni Wheel bereits acht Patente in Südkorea, in den USA und in Europa angemeldet und registriert. Die Koreaner erklären, dass momentan Stabilität, Effizienz und Haltbarkeit des Systems kontinuierlich in verschiedenen Tests geprüft würden und sie daran arbeiteten, die Entwicklung zu perfektionieren

und die Effizienz durch Anpassung des Übersetzungsverhältnisses und eine Verbesserung des Schmier- und Kühlsystems zu steigern.

Ein Hauptziel der Entwicklung wurde schliesslich bereits erreicht: Mit dem Uni-Wheel-Konzept entsteht im Fahrzeug Raum, der den Insassen bisher nicht zur Verfügung stand. Der freigewordene Platz kann beispielsweise als zusätzlichen Laderaum genutzt werden. Im Hinblick auf vollautonomes Fahren sind aber auch neue Sitzkonfigurationen und Aufteilungen des Innenraums möglich – inklusive einer Abkehr vom konventionellen, auf den Fahrer ausgerichteten Design. Wird der freigewordene Raum dagegen für den Einbau einer grösseren Batterie mit mehr Kapazität genutzt, erhöht sich die Reichweite, ohne dass das Fahrzeug grösser wird.

Das Sonnenrad in der Mitte bildet mit den jeweils vier seriell angeordneten Planetenrädern, die über Gelenke verbunden sind, einen Multi-Link-Mechanismus.

Gelenklose Antriebswelle: Ein Planetengetriebe mit Multi-Link-Mechanismus ermöglicht das Ausfedern (links) und Einfedern des Rads (ohne Radführungskräfte zu übernehmen).

ZF berücksichtigt bei der Entwicklung neuer Sicherheitstechnologien verschiedene Körpergrössen und Gewichte.

Mehrfach schaltbare Gurtkraftbegrenzung

ZURÜCKHALTUNG ÜBEN

Ein neuer, mehrfach schaltbarer Gurtkraftbegrenzer ermöglicht eine deutlich verbesserte Anpassung an Körpergewicht und Grösse der Fahrzeuginsassen. Der Gurt wird so zur intelligenten, flexibel steuerbaren Sicherheitseinrichtung.

Text: Stefan Gfeller | Bilder: ZF

Moderne Rückhaltesysteme greifen schon sehr früh in das Unfallgeschehen ein. Bei einem unvermeidbaren Crash spannt sich der Gurt bereits vor dem Aufprall eng um den Körper, um die Gurtlose zu reduzieren und ihn nach dem Aufprall gezielt zu verzögern und schliesslich nach vorne in Richtung Airbag zu übergeben. Dabei liegen den Systemen repräsentative, genormte Testpersonen bzw. Dummys zugrunde.

Nun sind aber «echte Menschen» bekanntlich nicht genormt; wer dann also tatsächlich im Auto sitzt, wurde in den meisten Fällen nur ungenau durch den Dummy repräsentiert.

Das soll sich ändern, und die Rückhaltesysteme sollen flexibler werden, sich besser an die individuellen Fahrzeuginsassen anpassen. So sieht die Crashtest-Organisation Euro NCAP in ihrer «NCAP-Roadmap 2030» entsprechende erweiterte Tests vor: «Passive safety tests which give greater focus to gender equality and the aging population of drivers/occupants.» Man will also verstärkt auf unterschiedlichen Körperbau zwischen den Geschlechtern und altersbedingte Gebrechlichkeit eingehen.

Mehrfach schaltbare Kraftbegrenzung

Um die beim Unfall auf den Körper wirkenden Kräfte zu reduzieren, verfügen viele Gurtsysteme bereits über eine zweistufig steuerbare Kraftbegrenzung (Switchable Load Limiter, SLL). Damit wurde ein wichtiger erster Schritt in Richtung Adaptivität getan. Um noch mehr Flexibilität

für ältere Personen, bei schweren Unfällen oder zukünftigen Szenarien mit automatisiertem Fahren möglich.

Sensorische Innenraumerfassung

Nun muss das System aber auch wissen, wie es die Rückhaltekräfte variieren soll. Entsprechende Informationen kann die sensorische Erfassung des Innenraums liefern, die erkennt, welche Personen wo sitzen und welche Gurtkräfte bei einem schweren oder leichteren Aufprall individuell anzuwenden sind. Neben Innenraumkameras, die zum Beispiel erkennen, wenn der Fahrer mit der rechten Hand das Infotainment bedient oder den Kopf zu den Fondinsassen dreht, kann das Gurtsystem selbst Auskünfte geben: Die Sensoren im Gurt können die ausgerollte Gurtlänge messen und somit Rückschlüsse auf den Körperumfang und damit auf Statur und Gewicht erlauben.

zu haben, bietet ZF Passive Safety Systems nun seinen Gurtstraffer mit mehrfach schaltbarer Kraftbegrenzung (Multi Stage Load Limiter, MSLL) an, der in Verbindung mit dem aktiven Aufrollerstraffer ACR8 (siehe dazu «News» in A&T 9/2023) eingesetzt werden kann. Er ist mehrstufig aufgebaut (vier Kraftniveaus, mit der Fähigkeit, beispielsweise bei unerwartet zunehmender Crashschwere hochzuschalten) und kann die Rückhaltekräfte noch besser über den gesamten Unfallverlauf variieren. Die höhere Flexibilität ermöglicht eine Anpassung der Gurtkraft an die Insassengrösse – vom sechsjährigen Kind bis zum grossen Erwachsenen –, und im Feld sind dadurch weitere Reduzierungen der Verletzungen

Hinzu kommt die Verknüpfung mit den aktiven Sicherheitssystemen und ihren Sensoren. So ist es für das vernetzte Rückhaltesystem beispielsweise wichtig, zu wissen, aus welcher Richtung ein Aufprall kommt. Der MSLL kann auf diese Weise kleinen und leichten Personen bei mittelschweren Unfällen (mit Aufprallgeschwindigkeiten bis 35 km/h) besser angepassten individuellen Schutz bieten. Das gilt zum Beispiel für Kinder auf dem Rücksitz. Davon können auch ältere Menschen profitieren, die aufgrund altersbedingt veränderter Knochenstruktur ein höheres Verletzungsrisiko haben können. Darüber hinaus verbessert das System potenziell auch die Insassensicherheit für schwergewichtige Personen bei Überlastfällen (mit Aufprallgeschwindigkeiten oberhalb 56 km/h).

Der MSLL kann in Kombination mit dem aktiven Aufrollerstraffer ACR8 eingesetzt werden, der unter anderem eine aktive Repositionierung der angeschnallten Personen ermöglicht.

Gurtstraffer mit mehrfach schaltbarer Kraftbegrenzung.

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TITELTHEMA

Diagnose

(Motor-)Diagnosegeräte können immer mehr. In der April-Ausgabe von AUTO&Wirtschaft werden die neuesten Geräte und Entwicklungen vorgestellt.

WIRTSCHAFT

Waschen und Reinigen

Wir zeigen neue Waschanlagen und SBWaschplätze und geben einen Überblick zu Produkten für die Fahrzeugreinigung.

Multimedia

Musik hören, Filme schauen oder gamen: Trends und Neuheiten bei Infotainmentsystemen im Auto.

AUTO-EVENTS 2024

&Technik

FACHWISSEN

Dedizierte Hybridmotoren Auch die Fachwelt ist heute noch gespalten, ob der Verbrennungsmotor eine Überlebenschance haben wird oder nicht. Das schlagende Argument, um E-Fuels und Verbrennungsmotoren gegeneinander auszuspielen, ist: «Man kann doch nicht derart teure Energie herstellen und mit 30 % Wirkungsgrad umsetzen.» Deshalb gibt es ja den Hybridantrieb, der zwar auch teuer ist, da er aber über eine kleine Batterie verfügt, kann der Preis wieder attraktiv werden. Wenn dazu der Verbrennungsmotor auf die Eigenschaften der Elektromaschine abgestimmt wird, kann sein Wirkungsgrad in neue Dimensionen klettern.

14.05.24-16.05.24 Uniti Expo Stuttgart uniti-expo.de

31.05.24-02.06.24 Swiss Classic World Luzern swissclassicworld.ch

06.06.24 Driving Day Brunegg aboutfleet.ch

23.08.24-25.08.24 Passione Engadina St. Moritz passione-engadina.ch

07.11.24-10.11.24 Auto Zürich Zürich auto-zuerich.ch

IMPRESSUM

Ein Unternehmen der ZT Medien AG

Herausgeber/Verlag

A&W Verlag AG

Riedstrasse 10

CH-8953 Dietikon

Telefon: 043 499 18 60 info@awverlag.ch www.auto-wirtschaft.ch www.awverlag.ch

MARKEN VON A&W

Geschäftsführer Giuseppe Cucchiara gcu@awverlag.ch

Verkaufsleiterin / Mitglied der Geschäftsleitung

Jasmin Eichner je@awverlag.ch

Chefredaktor Mario Borri (mb) mborri@awverlag.ch

SCHWERPUNKT

Carrosseriereparatur und Spot Repair

Das Reparieren von kleinen kosmetischen Schäden gewinnt weiter an Bedeutung. Lackhersteller bieten dazu viele Produkte an, die sich einfach und kostengünstig verarbeiten lassen.

Maschinen, Werkzeug und Zubehör

Die Arbeit des Schleifens, Polierens und Trennens ist zwar seit Jahren gleich, die dazu benötigte Ausrüstung wird aber immer besser. Wir stellen entsprechendes Werkzeug, Geräte und Zubehör vor.

Die AUTO&Carrosserie-Ausgabe 2/2024 erscheint Mitte Juni.

HOSTETTLER AUTOTECHNIK DAYS

Vom 7. bis 9. März 2024 findet mit den Autotechnik Days von Hostettler zum dritten Mal in der Messe Luzern ein Branchentreff für Garagisten statt. Diese finden an diesem Event Highlights wie Classic-Car-Simulatoren von The Classic Car Trust, Alois Ruf von Ruf Automobile, Kult-Tuner und TV-Star Sidney Hoffmann.

Redaktion

Michael Lusk (ml)

Fabio Simeon (fs)

Isabelle Riederer (ir)

Felix Stockar (fst)

Andreas Lerch (ale)

Stefan Gfeller (sag)

Leitender Redaktor AUTO&Technik redaktion@awverlag.ch

Anzeigenverkauf

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Leiterin Marketing & Events Arzu Cucchiara ac@awverlag.ch

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Buchhaltung / Administration

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Helmuth H. Lederer (2004 – 2014, † 2014)

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HYBRID

Der Experte für Ihr Auto

Tom Lüthi

Für weitere Informationen wenden Sie sich an: Derendinger, CH-3008 Bern, 031 379 82 45, info@carxpert.ch