„Was ist besser als Hubraum? Noch mehr Hubraum!“ – so lautete das jahrzehntelang gültige Motto der Motorenkonstrukteure. Schließlich hatten die Ingenieure früher neben der Erhöhung der Drehzahl fast nur ein Mittel, Leistung und Drehmoment der Motoren zu steigern: mehr Hubraum. Das änderte sich erst ab den 1970er-Jahren mit der Markteinführung turbogeladener Ottomotoren.
Der Autor: Jörg Walz, Leiter Kommunikation Automotive, Schaeffler AG, Herzogenaurach
Heute sieht die Welt des modernen Motorenbaus ungleich vielseitiger aus. Längst erreichen kleine Motoren Leistungsdaten, die ehemals als unvorstellbar galten. Downsizing heißt das Stichwort. Aber Downsizing ist mehr als nur Aufladung, weniger Zylinder und geringerer Hubraum. Erst eine Reihe von Stufen ineinandergreifender Technologien machen effizientes Downsizing und Downspeeding möglich. Technologien, wie sie im umfangreichen Portfolio von Schaeffler zu finden sind.
Stufe eins: Reibungsoptimierung durch Wälzlagerung und Beschichtung
Heute wird die Turboaufladung zunehmend zum Standard der Motorenbautechnik. Sie ist ein Schlüssel zum Motoren-Downsizing. Und das ist wiederum ein guter Ansatz, um den Kraftstoffverbrauch positiv zu beeinflussen – ohne Leistungseinbußen. Ob Aufladung des Verbrennungsaggregats, Verkleinerung des Hubraums, Reduzierung der Zylinderzahl oder Absenkung des Drehzahlniveaus – bei allen Optionen müssen die Motoren jedoch bezüglich Reibungsminimierung, Verbrennungseffizienz, Materialfestigkeit und auch Schwingungskomfort höhere Anforderungen erfüllen.
Das erfordert umfassendes Know-how in den einzelnen Teilbereichen, wie auch eine das Gesamtsystem überspannende Expertise. Hier gehört Schaeffler dank eines umfassenden Produktportfolios für Lösungen rund um Motor, Getriebe und Chassis zu den prominenten Ansprechpartnern für die Realisierung zukunftsfähiger Downsizing-Motoren. Schließlich fungieren zahlreiche Schaeffler-Lösungen als „Enabler“ des verbrauchs- und emissionssenkenden Motorenbautrends.
Das beginnt bereits im Detail mit der Gestaltung von Oberflächen, speziellen Beschichtungen, sowie reibungsminimierenden Lagern. So bietet das Technologieunternehmen beispielsweise eigens für den Einsatz in Turboladern entwickelte Wälzlager. Der Reibungswiderstand von Wälzlagern ist deutlich geringer als der klassisch verwendeter Gleitlager. Die verringerte Reibung bietet zudem noch den Vorteil des spontaneren Ansprechens des Turboladers. Neben dem Einsatz von Wälzlagerlösungen verfügt Schaeffler auch profunde Kenntnisse über den Einsatz von reibungsminimierenden Materialen. Damit werden beispielsweise Ventiltriebelemente wie Tassenstößel und Rollenschlepphebel beschichtet. So wird der Reibverlust im Ventiltrieb und zugleich der Verschleiß der hoch belasteten Materialien minimiert. Aber auch bei Ketten und Riementrieben im Motor wird die Verschleiß- und Reibungsminderung zunehmend wichtiger. Das erfolgt indes nicht nur mit Beschichtungen, sondern auch mit Spann- und Dämpfungselementen, die einen optimalen Lauf der Ketten und Riemen sichern.
Stufe zwei: bedarfsgerechte Steuerung durch Variabilität im Ventiltrieb
Neben der Reibungsminimierung kommt auch der bedarfsgerechten Steuerung des Motors durch einen variabel steuerbaren Ventiltrieb wachsende Bedeutung zu. Und auch beim motorischen Verbrennungsprozess trifft man erneut auf Schaeffler-Technologien: Hier reicht die Bandbreite von Komponenten für Zylinderabschaltungen (wie etwa Hebel, Zwischenelemente oder Abgriffselemente) oder Ventilhubverstellungen und Phasenversteller bis hin zu kompletten Systemen wie UniAir, der wohl ersten vollvariablen elektrohydraulischen Ventilsteuerung im Markt.
In puncto Ventiltrieb sind die angebotenen Lösungen so breit gefächert wie die Variantenvielfalt der Automobilhersteller. Dementsprechend treibt Schaeffler die Entwicklung – maßgeschneidert auf die Anforderungsprofile der Anwender – in mehrere Richtungen voran. So etwa bei Ventilsteuerungen, die mit einer ausgeklügelten Mechatronik die Ein- und Auslassventile stilllegen können und so während der Fahrt praktisch aus einem Acht- einen Vierzylindermotor oder aus einem Vier- einen Zweizylindermotor machen. Diese Zylinderabschaltung ist bereits in Serie und erfolgt für den Fahrer blitzschnell und praktisch nicht wahrnehmbar.
Stufe drei: Schwingungstilgung für Motor und Getriebe
Eine weitere zukunftsträchtige Lösung sind gewichtsoptimierte, wälzgelagerte Ausgleichswellen. Diese in doppelter Motordrehzahl rotierenden Wellen bescheren Motoren mit wenigen Zylindern eine erstaunliche Laufruhe und erzeugen durch die Wälzlagerung weniger Reibung. Gleichzeitig ermöglicht die Wälzlagerung eine Leichtbauausführung der Ausgleichswellen.
Um die Drehungleichförmigkeiten und Schwingungen von Downsizing-Triebwerken zu absorbieren nutzt Schaeffler auch den Bauraum am Getriebe. Neben Schwingungsdämpfern wie dem Zweimassenschwungrad (ZMS) ist hier vor allem eine Innovation zu nennen, die überaus erfolgreich am Markt gestartet ist: das Fliehkraftpendel. Der drehzahladaptive Tilger wird am Flansch des ZMS montiert.
Die effiziente Tilgung der ausgewählten Anregungsordnung der Schwingung – z. B. der Zündfrequenz – wird von den Schaeffler-Ingenieuren perfekt auf den Motor abgestimmt. Zusammen mit der Grundisolation der Schwingungen durch das Feder-Masse-System des ZMS ergeben sich Isolationsgrade von mehr als 90 %. Als Resultat lassen sich die Motoren auch bei geringen Drehzahlen harmonisch und komfortabel fahren, sodass die Getriebeübersetzung länger und damit verbrauchseffizienter ausgelegt werden kann. Dies gilt sowohl für Handschalt- als auch für Doppelkupplungsgetriebe. Effiziente Lösungen existieren auch für Antriebsstränge mit Zylinderabschaltung.
Mittlerweile kommt das Fliehkraftpendel auch in Drehmomentwandlern von Automatikgetrieben zum Einsatz. Neuerdings entwickelt Schaeffler zudem ein Fliehkraftpendel in Verbindung mit Kupplungssystemen, was besonders für preissensible Fahrzeuge und Märkte entscheidende Verbesserungen im Fahrkomfort bringen wird.
Schaeffler, Tel.: 09132 82-7557, joerg.walz@schaeffler.com
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