Mit Hilfe der vermehrten Nutzung des Plug-In Hybridantriebs würde sich der Kraftstoffverbrauch von Autos und Nutzfahrzeugen bereits heute deutlich reduzieren lassen – und zwar ohne die Einschränkungen der begrenzten Reichweite und langen Ladezeiten von rein batteriebetriebenen Elektroautos. Bestes Beispiel dafür ist ein jüngst vorgestelltes System des Forschungsprojekts „DrEM Hybrid“, das vom Instituts für Automatisierungstechnik der TH Köln zusammen mit den Unternehmen Meta Motoren- und Energie-Technik sowie Centre for Concepts in Mechatronics (CCM) ins Leben gerufen wurde. Bei dem von den Experten entwickelten Antriebsstrang handelt es sich um einen Plug-In Hybridantrieb, der Allradantrieb möglich macht und gleichzeitig rund ein Viertel weniger Sprit verbraucht als ein vergleichbarer Verbrennungsmotor im Serienfahrzeug.

Foto: Heike Fischer / TH Köln

Um diese Effizienz zu erreichen wurde u.a. die Drehzahl des Verbrennungsmotors von der Fahrzeuggeschwindigkeit entkoppelt, so dass dieser immer im effizienten Bereich laufen kann. Eine sogenannte „Doppelt rotierende Elektrische Maschine“ (DrEM), die dem Projekt auch die Bezeichnung verleiht, ist das Herz des innovativen Antriebskonzepts. Sie ist zwischen Vorderachsdifferential und Verbrennungsmotor integriert, so dass der Verbrennungsmotor als Range Extender unabhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Räder bei jeder beliebigen Drehzahl betrieben werden kann.

„Optimal ist eine Drehzahl zwischen 2.000 und 3.400 Umdrehungen. Dann erreichen wir bei einer „Standardfahrt“ nach dem Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) eine Spritersparnis von 25 Prozent gegenüber einem serienmäßigen Fahrzeug seiner Klasse“, erklärt in diesem Zusammenhang Projektleiter Prof. Dr. Andreas Lohner, Leiter des Labors für Leistungselektronik, Elektrische Antriebe und Automatisierungstechnik, der gleichzeitig Konsortialführer des „DrEM Hybrid“ Projekts war.

Foto: Heike Fischer / TH Köln

Der Aufbau mit einem Verbrennungsmotor, der die Vorderachse antreibt, und zwei radnah angeordneten Elektromotoren an der Hinterachse machen den Allradantrieb möglich und sorgt so für eine verbesserte Fahrstabilität sowie Fahrdynamik. Die DrEM entscheidet dabei je nach aktueller Anforderung, ob die Batterie ge- oder entladen wird. Zudem kann sie auf kurzen Fahrstrecken von bis zu 25 Kilometern auch als weiterer elektrischer Antrieb einspringen und die Vorderachse ohne den Verbrennungsmotor antreiben. Die Batterien können an jeder normalen Steckdose aufgeladen werden, was eine lokal emissionsfreie Fortbewegung auf kurzen alltäglichen Fahrten möglich macht.

„Die sogenannten Split-Hybride werden bislang serienmäßig mit sehr komplexen Planetengetrieben ausgerüstet“, ergänzt der wissenschaftliche Mitarbeiter und Doktorand Magnus Böh. „Der von uns gewählte Aufbau des Antriebs mit der DrEM ist deutlich einfacher und könnte in großer Stückzahl kostengünstiger produziert werden.“ In der dreijährigen Projektlaufzeit lag der Fokus neben der Entwicklung des Antriebsstrangs auf den umfangreichen Simulations- und Programmierungsarbeiten. Insgesamt zwölf Bachelor- und Masterarbeiten wurden im Rahmen des Projektes angefertigt, eine Doktorarbeit steht vor der Fertigstellung. „Als nächsten Schritt möchten wir unser Konzept weiterentwickeln und die Simulationsergebnisse „auf der Straße“ verifizieren – entweder über ein Förderprogramm oder mit einem Industriepartner. Dazu sind wir auf der Suche nach Kooperationspartnern“, sagt Lohner.

Unterstützt wurde das Projekt durch das Förderprogramm Ziel 2 des Landes Nordrhein-Westfalen und das EU-Förderprogramm Eureka.