Der globale Markt für Hybridantriebe erfordert maßgeschneiderte Lösungen für unterschiedliche regionale Anforderungen. Der Getrag Torque-Split-Hybrid lässt sich vom Mild-Hybrid mit 48 V bis zum Plug-In-Hybrid mit bis zu 400 V skalieren. GKN hat eine neue elektrische Achstechnik mit Drehmomentverteilung entwickelt, die die Hybridfahrzeuge der nächsten Generation dynamischer machen soll.
Getrag zeigte auf der IAA erstmals zwei Varianten des 7HDT300 für mittlere Fahrzeugkategorien. Die Mild-Hybrid-Version für das 48-V-Bordnetz ist mit einer E-Maschine ausgerüstet, die 15 kW leistet. Dank Ölkühlung steht genügend Dauerleistung zur Verfügung, um ein rein elektrisches Fahren bis zu 20 km/h zu ermöglichen. In der Plug-In-Hybrid-Variante für das 400-V-Bordnetz ist eine E-Maschine mit einer Spitzenleistung von mehr als 75 kW verbaut, bei unverändertem Getriebegehäuse.
Das Doppelkupplungsgetriebe verdankt seinen Schaltkomfort dem Umstand, dass es zwei Kupplungen für die beiden Teilgetriebe hat, die einen Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung ermöglichen. Die zwei Teilgetriebe ermöglichen aber auch eine besonders effektive Hybridarchitektur, den so genannten Torque-Split-Hybrid: So stehen zwei unterschiedliche „Pfade“ zur Verfügung, über welche die Drehmomente von Verbrennungs- und Elektromotor getrennt verlaufen können.
Bei einem üblichen Parallelhybrid werden die Kräfte der beiden Antriebsaggregate quasi aufaddiert und dem Getriebe zugeführt. Beim Torque-Split-Hybrid ist die E-Maschine dagegen innerhalb des Getriebegehäuses verbaut und über einen einfachen Radsatz mit einem der beiden Teilgetriebe verbunden. Diese Untersetzung erlaubt es, eine kleinere Hochdrehzahl-E-Maschine einzusetzen, die leichter und kostengünstiger ist und sich nicht auf die Baulänge der Motor-Getriebe-Kombination auswirkt. Die E-Maschine und der Verbrennungsmotor können außerdem unterschiedliche Gänge nutzen, sodass beide mit jeweils optimalem Wirkungsgrad betrieben werden können.
Die sehr kompakte E-Maschine eröffnet die Möglichkeit, die elektrische Leistung zu variieren. Sie kann ohne zusätzlichen Bauraum-Bedarf von typischen 15 kW für einen Mild-Hybrid bis über 75 kW für einen Plug-In-Hybrid skaliert werden. Das Hybridgetriebe ist in jedem Fall kaum größer als das zugrundeliegende Doppelkupplungsgetriebe. So kann ein Pkw-Modell mit unterschiedlich skalierten Antriebsvarianten gebaut werden – vom konventionellen Antrieb über den Mild- bis hin zum Plug-In-Hybrid, der auch über längere Strecken rein elektrisch fahren kann.
Skalierbar und flexibel
Für eine hohe Marktdurchdringung sind zukünftig auch Hybridlösungen für kleine Pkw gefragt. Mit dem 6HDT200 stellte Getrag daher ein Hybridgetriebe vor, das die Hybridisierung kleinerer Fahrzeuge ermöglicht. Seine Kompaktheit verdankt es unter anderem dem Radsatzkonzept des zugrundliegenden Doppelkupplungsgetriebes 6DCT200, bei dem der erste Gang über eine Brücke gebildet wird. Beim 6HDT200 kann die E-Maschine trotz der sehr kompakten Bauweise bis 65 kW skaliert werden, also ebenfalls vom Mild- bis zum Plug-In-Hybrid.
Dank der skalierbaren elektrischen Leistung kann der OEM in einer einheitlichen Fahrzeugplattform unterschiedliche Antriebe anbieten – vom konventionellen Antrieb mit Doppelkupplungsgetriebe über den Mild-Hybrid bis hin zum Plug-In-Hybrid. Der Autofahrer profitiert von den Wirkungsgradvorteilen des Torque-Split-Hybrids in Form eines geringeren Verbrauchs: Laut Getrag erschließt das 7HDT300 als Mild-Hybrid Verbrauchsvorteile von etwa 19 bis 22 % im Vergleich zu einem konventionellen Antrieb. Der Plug-In-Hybrid ermögliche sogar bis zu 80 % Kraftstoffeinsparung im NEFZ.
eAxle: Drehmomentverteilung für Hybride
Das neue eAchsen-System integriert die GKN Twinster Technologie, die hier dazu eingesetzt wird, mehr Drehmoment zu einem einzelnen Rad zu lenken, um das Fahrzeug bei schnellen Richtungswechseln zu unterstützen und so das Fahrverhalten beim Kurvenfahren zu verbessern. Für diese Technologie gibt es eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten: von Automobilherstellern, die Hybridfahrzeuge mit überlegener Off-Road-Leistung anbieten wollen, bis zu leistungsorientierten Fahrzeugen, bei denen im On-Road-Betrieb mehr Traktion und besseres Kurvenverhalten gefordert werden.
GKN geht davon aus, dass bis 2025 fast die Hälfte aller Fahrzeuge mehr oder weniger umfassend elektrifiziert sein werden, wobei ein größerer Teil der erzeugten Leistung aus Elektromotoren stammen wird. Aktuelle Hybridfahrzeuge beziehen nur 30 % ihrer Energie aus einer Batterie. GKN erwartet für die Zukunft, dass kleine, leistungsfähige Achsen mit elektrischer Drehmomentverteilung 60 bis 70 % der Leistung liefern werden.
Die Automobilhersteller setzen bereits GKN eAchsen ein, um fahrerorientiertere Plug-in- Hybride, wie den Porsche 918 Spyder und den BMW i8 zu bauen, die eine hohe Effizienz mit der Leistung des Allradantriebs verbinden. Das neue GKN eAchsen-Modul zur Drehmomentverteilung enthält einen EVO-Elektromotor mit 60 kW und 240 Nm, der eine elektrische Achse mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:10 antreibt. Die beiden Kupplungen des Twinstermoduls verteilen das so erzeugte Drehmoment von 2400 Nm auf die Hinterräder.
GKN wird das eAchsen-System mit Drehmomentverteilung Anfang 2016 auf seinem Testgelände in Nordschweden in Aktion zeigen. Das Unternehmen hat in Zusammenarbeit mit seinen Kunden potenzielle Anwendungen für dieses Antriebskonzept identifiziert und glaubt, dass es innerhalb der nächsten drei Jahre zur Produktion in einer Fahrzeugplattform programmiert und integriert werden könnte.
Peter Moelgg, President of Engineering bei GKN Automotive, fügte hinzu: „Der Erfolg unserer eAxle-Systeme in Sportwagen für Porsche und BMW hat gezeigt, wie eine richtige Hybridisierung für den Fahrer neue Wertversprechen ermöglichen kann. Wir arbeiten nun an für die Massenproduktion geeigneten Versionen dieser Technologie, die zudem auch die Drehmomentverteilung übernehmen.“
GKN zeigte auf der IAA bereits ein kompaktes eAchsen-System, das für die neue globale Architektur von Volvo entwickelt worden ist, und das System zur Drehmomentverteilung im völlig neuen Ford Focus RS.
Peter Moelgg: „Die künftigen eAchsen von GKN werden immer mehr Fahrzeugen die Kombination aus der Effizienz eines Plug-in-Hybrids und der unübertroffenen Dynamik des Allradantriebs eröffnen. Die Entwicklung und Einführung dieser entscheidenden Technologie wird die allgemeine Einführung von Plug-in-Hybriden voranbringen.“
Getrag Getriebe- und Zahnradfabrik
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GKN Driveline Kaiserslautern GmbH
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