A&T 06/2024

NEWS

Torque Vectoring mit integrierter Achsabschaltung für E-Fahrzeuge

Transparente Nano-Kühlfolie blockiert Wärme

Zonensteuergeräte für die serverbasierte Fahrzeugarchitektur

Kompakte Lidar-Generation wandert ins Scheinwerfergehäuse

FACHWISSEN

45. Wiener Motorensymposium Während das Wiener Motorensymposium bis vor einigen Jahren wirklich ein Motorensymposium für Verbrennungsmotoren darstellte, ist es den Organisatoren gelungen, die Veranstaltung zu einem Mobilitätssymposium zu transformieren.

TECHNIK

Automatisiertes konduktives Laden Matrix Charging verbindet sich automatisiert über eine Art Rüssel mit einer Ladeplatte im Boden. Kontaktgebundenes Laden soll damit ebenso einfach und komfortabel werden wie mit induktiven Systemen.

Projizierender Blinker

Sogenannte Tandem-Mikrolinsenarrays zur Mustererzeugung bzw. Strahlformung in mikrooptischen Projektoren ermöglichen einen dynamischen, lichtstarken, auf die Strasse projizierenden Blinker.

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BORG-WARNER

3-IN-1-SYSTEM BIETET TORQUE VECTORING MIT

INTEGRIERTER ACHSABSCHALTUNG FÜR E-FAHRZEUGE

Borg-Warner führt sein Torque Vectoring mit integrierter Achsabschaltung für Elektrofahrzeuge (E-TVD, Eigenschreibweise: eTVD) im Polestar 3 SUV und bei einem weiteren grossen europäischen OEM in den Markt ein. Das leistungsstarke E-TVD als Teil des Portfolios für elektrische Drehmomentmanagementsysteme ist ein 3-in-1-System, das ein Differential ersetzt und sowohl über Torque Vectoring als auch über eine bedarfsgesteuerte Achsabschaltfunktion verfügt. Im Gegensatz zu bremsbasierten Systemen vermeidet das Torque Vectoring unnötige Bremseingriffe und reduziert auf diese Weise unerwünschte Rauigkeiten und Vibrationen.

Die E-TVD-Systeme von Borg-Warner bieten Software und Regelungen auf hohem Niveau, die auch von den OEM an die Anforderungen eigener

HYUNDAI

Borg-Warner führt sein elektrisches Torque-Vectoring-and-Disconnect-System für BEV von Polestar und eines weiteren grossen europäischen OEM in den Markt ein.

Fahrzeugplattformen und markenspezifischer Merkmale angepasst werden können. «Der Markttrend geht zu mehr softwaredefinierten Modulen und Fahrzeugen. Da ist es entscheidend, über hochentwickelte Systeme wie unser E-TVD zu verfügen, die das Fahrzeugverhalten präzise und schnell vorausberechnen und steuern können», erklärt Volker Weng, President und General Manager, Borg-Warner Drivetrain and Battery Systems, dazu. Das deutlich höhere Gewicht von batterieelektrischen Fahrzeugen kann deren Agilität beträchtlich verschlechtern, die E-TVD-Systeme ermöglichen jedoch ein viel leichteres Fahrgefühl und erhöhen gleichzeitig die Gesamtsicherheit. Das System spricht in anspruchsvollen und herausfordernden Situationen sofort an und sorgt für ein ausgeglichenes und sicheres Fahrverhalten. (pd/sag).

TRANSPARENTE NANO-KÜHLFOLIE BLOCKIERT WÄRME

BESSER ALS HERKÖMMLICHE, DUNKLE TÖNUNGSFOLIEN

Die Hyundai Motor Company hat die gemäss eigenen Angaben weltweit erste Nano-Cooling-Folie auf den Markt gebracht, eine Scheibentönung für Fahrzeuge, die im Vergleich zu herkömmlichen Tönungsfolien eine deutlich verbesserte Kühlleistung im Innenraum bietet. «Nano Cooling Film» übertrifft herkömmliche Tönungsfolien in ihrer Fähigkeit, Wärme zu blockieren und gleichzeitig eine hohe Transparenz und ungehinderte Sicht zu gewährleisten. Im Gegensatz zu dunklen Tönungen, die sich negativ auf die Nachtsicht auswirken und absorbierte Wärme an das Fahrzeug abgeben können, blockiert «Nano Cooling Film» effektiv externe Wärmeenergie und gibt interne Strahlungswärme nach aussen ab. Erreicht wird dies durch die einzigartige Zusammensetzung aus drei Schichten, die selektiv be-

Die Nano-Cooling-Folie blockiert Wärme besser als herkömmliche Tönungsfolien und gewährleistet gleichzeitig eine hohe Transparenz und ungehinderte Sicht.

stimmte Wellenlängen der Sonnenwärme blockieren oder abstrahlen: Die äussere Schicht der Folie strahlt Wärme im mittleren Infrarotbereich aus dem Fahrzeuginneren nach aussen ab, während die beiden inneren Schichten die eintreffende Wärme im nahen Infrarotbereich reflektieren und so die gesamte Wärmemenge, die das Fahrzeuginnere erreicht, reduzieren.

Um die Wirksamkeit der Folie in der Praxis zu beweisen, startete das Unternehmen nun die Kampagne «Made Cooler By Hyundai», bei der die Folie auf 70 Kundenfahrzeugen in Lahore, Pakistan, angebracht wurde, wo im Sommer täglich Temperaturen von bis zu 50 °C herrschen. Hyundai Motor plant, die empirischen Daten aus dieser Pilotkampagne zu nutzen, um die Qualität zu sichern und in Zukunft die Massenproduktion der Folie aufzunehmen. (pd/sag)

Bild: BorgWarner

Bild: Hyundai Motor Company

MIT ZONENSTEUERGERÄTEN WIRD DIE SERVERBASIERTE

FAHRZEUGARCHITEKTUR WEITER VORANGETRIEBEN

Mit der Serieneinführung der Zonensteuergeräte (engl.: Zone Control Unit, ZCU) für Automobilhersteller hat Continental neben Hochleistungsrechnern einen weiteren Baustein serverbasierter Architekturen umgesetzt. Zonensteuergeräte bilden die mittlere Ebene der serverbasierten Elektrik- und Elektronikarchitektur (E/E) in softwaredefinierten Fahrzeugen. Zwischen den Ebenen der Sensoren und Aktoren sowie dem Hochleistungsrechner teilen sie die Fahrzeugarchitektur neu auf und sorgen domänenübergreifend für ein reibungsloses Zusammenspiel der Elektronik, reduzieren Komplexität und sind Schlüssel für Over-the-AirSoftware-Updates im Fahrzeug. Je eine ZCU bündelt alle elektronischen und elektrischen Verbindungen in einem lokalen Teilbereich des Autos. Damit optimieren sich

MARELLI / HESAI

Zonensteuergeräte beherrschen die physischen Zonen in einer serverbasierten Fahrzeugarchitektur und sind mit dem Hochleistungsrechner verbunden.

NEUE, KOMPAKTE LIDAR-GENERATION SOLL

INS

SCHEINWERFERGEHÄUSE

Marelli, Zulieferer von Mobilitätstechnologien für den Automobilsektor, und die Hesai Group, ein Anbieter von Lidar-Systemen für die Automobilindustrie, haben eine Zusammenarbeit angekündigt, um das Scheinwerferdesign von Marelli mit der Lidar-Technologie der nächsten Generation von Hesai zu kombinieren. Durch die Integration fügt sich das neue ATX-Lidar von Hesai nahtlos in die Automobilbeleuchtungslösung von Marelli ein und ermöglicht eine optimale Objekterkennung sowie eine Verbesserung der allgemeinen Fahrzeugsicherheit, ohne die Ästhetik oder Aerodynamik des Fahrzeugs zu beeinträchtigen –und das zu erschwinglichen Kosten. Das ATX-Lidar ist ein kompakter und hochgradig anpassbarer Sensor mit grosser Reichweite, der speziell für Automobilanwendungen entwi-

Datenstrecken zwischen ZCUs und Elektronikkomponenten wie etwa Sensoren und Aktoren einer physischen Zone. Statt bis zu hundert einzelner Steuergeräte wie bisher entsteht eine Architektur, die Komplexität reduziert und Gewicht einspart – der Kabelbaum lässt sich so weit verschlanken, dass Fahrzeughersteller ihn künftig automatisiert einbauen können. Die ZCUs sind in der Regel jeweils durch eine EthernetVerbindung mit dem zuständigen Hochleistungsrechner verbunden und unterstützen dabei Merkmale der Hochleistungsrechner wie die Trennung von Hard- und Software sowie eine optimale Cybersecurity und Updatefähigkeit. Und sie sind für Aufgaben wie Ansteuerung, Echtzeitfunktionen, Signal-zu-Service-Wandlung, Kommunikationsmanagement und dezentrale Energieversorgung zuständig. (pd/sag)

INTEGRIERT WERDEN

Das neue Scheinwerferdesign von Marelli wird in zwei kundenspezifischen Optionen angeboten und schützt den integrierten Lidar-Sensor vor Umwelteinflüssen.

ckelt wurde. Im Vergleich zur vorherigen Produktgeneration konnte das Volumen um fast 60 % reduziert werden, was die Integration in den Scheinwerfer erleichtert. Die präzise Positionierung des Lidars im Scheinwerfer ermöglicht eine hervorragende Objekterkennung und -erfassung für Fahrerassistenzsysteme und autonome Fahrfunktionen. Das neue, für die Lidar-Integration vorgesehene Scheinwerferdesign von Marelli wird in zwei kundenspezifischen Optionen angeboten, um den unterschiedlichen Kundenwünschen gerecht zu werden und sowohl kostengünstige als auch luxuriöse Fahrzeugmodelle zu unterstützen. Die Platzierung des Lidars im Scheinwerfer ist darüber hinaus eine optimale Lösung, um den Sensor während des Betriebs sauber zu halten und seine Leistung bei allen Wetterbedingungen zu maximieren. (pd/sag)

Bild: Marelli

Bild 1. Wie jedes Jahr beherbergt die historische Wiener Hofburg die Besucher des Wiener Motorensymposiums. Die riesigen Räumlichkeiten sind bestens geeignet für die alljährlich mehr als 1000 Teilnehmer.

45. Internationales Wiener Motorensymposium

TECHNOLOGIEVIELFALT AUF

ALLEN GLEISEN

Das alljährlich stattfindende Wiener Motorensymposium wurde dieses Jahr am 24. und 25. April zum 45. Mal durchgeführt. Während es bis vor einigen Jahren wirklich ein Motorensymposium für Verbrennungsmotoren darstellte, ist es den Organisatoren unter der Leitung von Prof. Dr. Bernhard Geringer gelungen, die Veranstaltung zu einem Mobilitätssymposium zu transformieren. Erneut wurde die Tagung von mehr als 1000 Personen aus der Automobilwirtschaft und Wissenschaft in der historischen Wiener Hofburg besucht.

Text: Andreas Lerch | Bildquellen: FVV, Economics Frontiers, Audi, TU Graz, Porsche Consulting, Lerch

Dr. Günter Fraidl von der österreichischen AVL hielt dieses Jahr seinen 20. Vortrag an der 45. Ausgabe des Wiener Motorensymposiums und schaute kritisch auf die technischen Entwicklungen der letzten Jahre zurück. Er hielt Erfolge wie die Einführung der direkteinspritzenden aufgeladenen Dieselmotoren für Personenwagen fest, wies aber auch auf Entwicklungen hin, welche sich nicht durchsetzen konnten – wie beispielsweise die HCCI-Technik, also die selbstzündenden Benzinmotoren. Sinnlos seien aber diese Arbeiten nicht gewesen, da bei den Grundlagenforschungen viele Zu-

sammenhänge der Gemischbildung und Verbrennung herausgearbeitet werden konnten. Einen falschen Weg sei man aber vor knapp zehn Jahren gegangen, als sehr viel Energie in die Entwicklung der variablen Verdichtung gelegt worden sei. Heute spreche niemand mehr davon.

Aktuell stelle sich nun die Frage, ob die Vielfalt der alternativen Antriebe den Durchbruch schaffen bzw. wie dieser Durchbruch geschafft werden könne. Die AVL habe im Jahr 2010 einen Range Extender vorgestellt, aber ein falsches Fahrzeug dafür ausgewählt: Bei einem schweren SUV wären die finalen Einsparungen von Masse und Energie viel

Energieträgern erreicht werde. Leider sei dies keine richtige Entwarnung, denn der Verbrauchsabfall nach dem Peak gehe allzu langsam vor sich. Zwar habe man erwartet, dass der Verbrauch von Erdgas noch bis 2050 steigen würde. Durch den Krieg in der Ukraine und die dadurch erfolgten Sanktionen sei diese Prognose nun nicht eingetreten. Arnd Franz, CEO der Mahle GmbH, erklärte, dass die maximale Temperaturerhöhung des Pariser Klimaabkommens nicht mehr zu erreichen sei. Er rechne mit einer Erwärmung von 2.3 bis 2.5 °C, im Moment liege der Anstieg bei 1.5  °C. Trotzdem ist er klar der Meinung, dass technisch die Möglichkeit immer noch bestehe, die europäische Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen, nur: Es müsste jetzt gehandelt und nicht nur geredet werden.

durchschlagender gewesen als bei einem Kleinwagen. Range Extender seien gerade heute wieder im Trend und immer mehr Hersteller überlegten sich den Einstieg in dieses interessante Hybridsegment.

Energieversorgung

Professor Geringer hielt in seinem Eingangsreferat fest, dass 70 % der Energie in Europa fossilen Ursprungs ist, also aus Kohle, Erdöl oder Erdgas hergestellt wird. Karl Rose, ehemaliger Chefstratege von ADMAC (Abu Dhabi Maintenance & Construction Company), erwähnte in seinem Referat, dass in diesem Jahrzehnt der Peak des Verbrauchs von fossilen

Dr. David Bothe, Direktor von Economics Frontiers, ist Spezialist auf Energieversorgung und Netzwerktechnik. Er berichtete ziemlich desillusioniert über die elektrische Energieversorgung (mit Bezug auf Deutschland). So verwies er auf die 70 % fossiler Energie, welche in absehbarer Zeit durch grüne elektrische Energie ersetzt werden müsste. Diese Aussagen können in ähnlicher Form auf die Schweiz adaptiert werden. Das ist bereits eine riesige Herausforderung, zumal diese Energie dann auch noch transportiert werden muss. Das Stromnetz, welches in der Schweiz von der Swissgrid AG betrieben wird, ist ja seit Jahren in der Presse, weil es durch verschiedene Herausforderungen bereits stark gefordert ist. Jetzt sollen plötzlich noch einmal unvorstellbare Energiemengen transportiert werden. Für Deutschland spricht der Referent von Investitionen in den nächsten Jahrzehnten von 450 Milliarden Euro. Ist eine 1000-Euro-Note ein Gramm schwer, würde das 450 Tonnen Papiergeld bedeuten, welche mehr als zehn 40-t-Lastwagen füllen würden. Bothe erklärte mit einer eindrücklichen Grafik (Bild 4), dass die Energie für den europäischen

Strassenverkehr bis ins Jahr 2050 aus verschiedensten Quellen kommen müsse. Nach den Berechnungen der FVV (Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen) stelle diese Grafik die CO2-optimale Lösung dar.

Technologieoffenheit

Im Anschluss an den Vortrag von Dr. Bothe kam in der Diskussionsrunde das interessante Statement eines Teilnehmers: Er habe mit dem Streben nach Technologieoffenheit, das man vor allem an derartigen Veranstaltungen immer wieder höre, grundsätzlich Mühe. Man könnte diese Forderung auch als das Nichtentscheiden-wollen von Wirtschaft und Politik interpretieren. Der Symposiumsteilnehmer argumentierte dann noch tiefer: Wenn die Industrie überall auf verschiedenen Gebieten arbeiten müsse, werde das so herausfordernd und teuer, dass die europäische Wirtschaft ihre Vormachtstellung gegenüber China wohl in Kürze verlieren werde. China sei in den Anforderungen absolut klar und die Industrie wisse genau, worauf zu fokussieren sei. Dr. Bothe hat die Frage ernst genommen und zuerst hervorgehoben, dass aus volkswirtschaftlicher Sicht natürlich die mehrgleisige Lösung die sicherere wäre: Würde sich ein Weg als Sackgasse erweisen, dann könnten die anderen diesen Anteil an der Versorgung übernehmen. Wenn

man sich aber auf einen einzigen Weg konzentrieren würde und sich dieser dann tatsächlich als Sackgasse erweisen würde, dann wäre die ganze Volkswirtschaft in der Sackgasse. Das sehe bei der Energieversorgung so aus, aber diese Aussage könne natürlich auch auf die Antriebstechniken der Fahrzeuge adaptiert werden. Es stehe den einzelnen Fahrzeugherstellern immer noch frei, sich für eine Antriebsart zu entscheiden und dort entwicklungstechnisch an der Spitze mitzuwirken. Irgendwer trage natürlich das unternehmerische Risiko, aber immerhin nicht die ganze Volkswirtschaft.

Dr. Bothe rechnet in den nächsten Jahren nicht mit einem Ausstieg aus dem verbrennungsmotorischen Antrieb. Die Energiewirtschaft und das elektrische Verteilernetz seien mit allen anderen Herausforderungen schon sehr beschäftigt, ohne dass der Verkehrssektor noch grosse Forderungen stelle. Die Vorträge des Symposiums beschäftigten sich dann in der Folge auch mit den unterschiedlichen Antriebsmöglichkeiten.

Verbrennungsmotoren

Nachdem das Wiener Motorensymposium über Jahrzehnte von den Verbrennungsmotoren gelebt hat, beschäftigten sich dieses Jahr noch gerade drei Vorträge mit neuen Verbrennungsmotoren für Benzin bzw. Diesel. Dafür konzentrierten sich mehr als ein halbes Dutzend Vorträge auf Wasserstoffverbrennungsmotoren. Diese Motorenentwicklungen beschäftigen sich einerseits mit dem Renneinsatz und andererseits mit dem Einsatz in Nutzfahrzeugen. Am Rande eines Vortrages wurden auch Schiffsmotoren erwähnt, welche allenfalls mit Ammoniak betrieben werden können. Wie bei den Biotreibstoffen gibt es aber auch bei Ammoniak den ethischen Grundsatz zu respektieren, dass zuerst Ammoniak

für die Düngemittel verwendet wird, bevor es als Treibstoff verbrannt wird. Audi stellte gleich zwei überarbeitete Benzinmotoren vor. Einerseits die fünfte Generation des EA888 mit 2 Litern Hubraum und anderseits die zweite Generation oder Evolutionsstufe des V6-3-l-TFSI. Beide Motoren sind mit einem Miller-Verbrennungszyklus unterwegs, welcher zum Vierzylindermotor exakter erklärt wurde. Der Motor hat 1984 cm3 Hubraum und ein Hub-Bohrungs-Verhältnis von 1.12. Je nach Leistungsklasse liegt das Verdichtungsverhältnis bei 12.5 : 1 oder 10.5 : 1. Das Zylinderstichmass beträgt 88 mm. Der Motor hat einen VTG-Lader erhalten. Bezüglich der maximalen Abgastemperatur bestätigte der Vortragende lediglich den Temperaturbereich bei hoher Last von knapp unter 1000 °C. Aus Baukastengründen hat man sich bei Audi für eine indirekte Ladeluftkühlung entschieden, welche direkt im Ansaugrohr untergebracht ist. Nachteilig wirkt sich aus, dass dabei die Drosselklappe noch in der warmen verdichteten Luft liegt, welche doch gegen 200 °C betragen kann. Die Temperatur- und Druckverläufe sind in den qualitativen Diagrammen von Bild 6 dargestellt. Im Motorschema stellen die Nummern die

Bild 4. Die Grafik wurde von der FVV (Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen) erarbeitet. Die Vielfalt an Energieträgern hat damit zu tun, dass mit Überschussstrom Wasserstoff hergestellt werden kann und dass molekulare Energie einfacher transportiert werden kann als elektrische und auch bereits ein ausgebautes Verteilernetz besteht.

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Bild 2. Prof. Dr. Bernhard Geringer ist der verantwortliche Organisator des Symposiums.

Bild 3. Prof. Dr. Helmut Eichlseder ist der Co-Präsident des Symposiums und fasste die Resultate zusammen.

Bild 5. Die Audi AG aus Ingolstadt stellte den neu überarbeiteten Konzernmotor EA888 vor. Dieser Weltmotor soll die Fahrzeuge des Konzerns auch während der strengen europäischen Euro-7-, amerikanischen Tier-4- und LEV-IV- sowie chinesischen C6b-(with-RDE)-Normen motorisieren.

Positionen der Messsensoren dar. In den Diagrammen stellen die grünen Linien einen konventionell arbeitenden Verbrennungsmotor dar, während die rot gestrichelten Linien den im Millerbetrieb arbeitenden Motor zeigen.

Miller Cycle

Bei Audi wird ein spätes Schliessen des Einlassventils als Miller Cycle bezeichnet. Im Bild 6 wird im Diagramm c zwischen den Punkten 1 und 2 die äussere Kompression (7 und 8) für einen Motor ohne und einen mit Miller Cycle gezeigt. Der Druck beim Millerprozess wird durch den VTG-Turbolader mehr angehoben und die Verdichtung (3) beginnt durch das späte Einlass-schliesst ebenfalls später. Vor dem Beginn der Verdichtung weist die waagrechte Linie (Diagramm 6c) noch auf den Ladeluftkühler hin: Da wird das Gasvolumen bei gleichem Druck durch die Temperaturminderung kleiner. Der Temperaturrückgang kann im Dia-

gramm 6a zwischen den Punkten 2 und 3 herausgelesen werden. Ab Punkt 3 beginnt der Verdichtungstakt, und sowohl die Temperatur wie auch der Druck steigen an. Durch die

exakte Schliessung des Einlassventils beim Miller Cycle kann der Kompressionsdruck exakter und daher näher an die Klopfgrenze gestellt werden, was sich im Diagramm b in einem höheren Spitzendruck zeigt. Dazu kommt als weiterer Vorteil des späten Schliessens des Einlassventiles eine zeitliche, aber auch eine geometrische Verkürzung des Kompressionstaktes, wodurch weniger mechanische Energie des Motors für den Kompressionstakt bereitgestellt werden muss. Damit steigt der mechanische Wirkungsgrad. Der Expansionsweg des Kolbens im Arbeitstakt ist hingegen wieder länger, und so kann der Verbrennungsdruck optimal ausgenutzt werden.

Audi spricht bei dem Motor von einem Wirkungsgrad-Bestpunkt von 39 % zwischen 2500 und 4100/min und bei Drehmomenten zwischen 170 und 245 Nm. Damit knackt der Motor im spezifischen Verbrauch fast die 200-g/kWh-Limite, was für einen Benzinmotor einen sehr guten Wert darstellt.

Ammoniak

Prof. Andreas Wimmer von der TU Graz erklärte in seinem Vortrag, dass Wasserstoff nicht nur an Kohlenstoff,

sondern auch an Stickstoff gebunden werden könne. Das Haber-BoschVerfahren sei schon lange bekannt und jährlich würden etwa 180’000 t Ammoniak – hauptsächlich für die Düngemittelindustrie – hergestellt. Das Produkt werde vorwiegend mit Schiffen zu der weiterverarbeitenden Industrie gebracht. Nun wäre es ja sinnvoll, wenn schon Ammoniak gebunkert sei, dass auch mit Ammoniak gefahren werde. Diesbezüglich hätten die grossen Schiffsmotorenhersteller alle ihre Programme aufgeschaltet und erste Einsätze von Ammoniakmotoren für die nächsten Jahre angekündigt. Elektroantriebe wären für die grossen Containerschiffe keine Option. Als Beispiel erwähnte er die Emma Maersk. Das Schiff kann 15’000 Container laden, hat einen 80-MW-Antrieb und verbraucht pro Tag 325 t Schweröl. Für eine Überfahrt von Asien nach Europa müssten also etwa 7000 t getankt werden. Sollte das elektrisch passieren, müssten sämtliche der 15’000 Container mit Batterietechnik gefüllt werden Verbrennungstechnisch ist Ammoniak etwas schwierig. Gegenüber Dieseltreibstoff beträgt der Heizwert ungefähr die Hälfte, dafür ist die Selbstentzündungstemperatur un-

Bild 6. Schema und Diagramme zum Gaswechsel. Die Zahlen 1 bis 4 weisen auf die Messpunkte der Grössen, 5 und 6 zeigen die innere Kompression des konventionell arbeitenden Motors (grüne Linie) und des nach dem Miller Cycle arbeitenden Motors (rote Strichlinie). 7 und 8 zeigen die äussere Verdichtung mittels Abgasturbolader.

gefähr doppelt so hoch und die Zündenergie beträgt mehr als das 30-fache (Bild 7). Dazu ist auch die laminare Flammenausbreitungsgeschwindigkeit relativ gering. In Versuchsmotoren gibt es eine Saugrohreinspritzung von Ammoniak und eine direkte Piloteinspritzung von Diesel in den Brennraum für die Zündenergie. Auch eine Entflammung mit einer Vorkammerzündkerze ist denkbar. Durch den Einsatz von Dieseltreibstoff werden aber die Motoren nicht ganz CO2-frei.

Elektromobilität

Diverse Vorträge haben bereits festgehalten, dass es aus verschiedenen Gründen in den nächsten Jahrzehnten kaum nur mit Elektromobilität weitergehen kann. Trotzdem muss auch auf diesem Gebiet weiterentwickelt werden. Dr. Fabian Duffner von der Porsche Consulting AG hielt einen interessanten Vortrag zur E-Mobilität mit Schwerpunkt auf der Batterieentwicklung. Er hielt zunächst fest, dass aktuell die Verkäufe der BEV nicht mehr so zunehmen würden wie geplant, und begründete dies mit der Kundenunzufriedenheit. Hauptsächlich verantwortlich dafür seien nach wie vor die Reichweite, welche heute im Schnitt um die 400 km betragen würde, dann die Ladezeit, welche mit 30 min zu lang sei – und

als dritten Grund nennt er die Kosten. Hochvoltbatterien würden heute pro kWh gespeicherte Energie ungefähr 100 $ kosten. Für 2030 wagte er die Prognose, dass die Kosten tiefer sein würden, dass eine Ladung in weniger als 10 min durchgeführt werden könne und dass die durchschnittliche Reichweite sich auf über 800 km steigern würde. Dabei spricht er noch nicht von der Feststoffbatterie, da er diese erst für 2040 bis 2045 im Volumenmarkt ankündigt.

Um die Energiedichte in den Batterien zu erhöhen, werden heute die Anteile der höher energetischen Materialien vergrössert. Dieser Materialmix wird aber zunehmend reaktiver und deshalb nimmt dabei die Sicherheit der Batterie ab. Wenn die Nickelanteile auf der Kathodenseite auf 95 % und die Siliziumanteile auf der Anodenseite auf 50 % gesteigert würden, wären eigentlich Feststoffelektrolyte anzustreben, um die Sicherheit der Batteriesysteme zu gewährleisten. Es sei schon heute klar, dass es nicht eine Feststoffbatterie geben würde. Auch in dieser Technologie werde es eine ganze Bandbreite von Materialien geben, welche bezüglich ihrer Energiedichte und Zellsicherheit miteinander verbunden werden könnten. Dazu müssten sie dann auch mit dem festen Elektrolyten korrespondieren. Bevor

aber die wirklich festen Elektrolyte eingeführt würden, werde man sich zunächst noch mit den Solid-LiquidHybrid-Zellen abgeben müssen. Da sei der Elektrolyt nicht mehr flüssig aber auch noch nicht ganz fest. Bis die Feststoffelektrolyte in Serie gehen können, müssen noch einige Probleme gelöst werden: Die Eigenschaften wie z. B. die Leitfähigkeit müssten noch weiter verbessert werden. Ein weiteres Problem wird sich bei der Anlagentechnik ergeben. Um Feststoffzellen zu produzieren, werde es neue Prozesse, Maschinen und Fabriken brauchen. Für manche Prozesse gäbe es heute noch gar keine Maschinen, die müssten auch noch zuerst entwickelt werden. Deshalb werde es noch eine ganze Weile dauern, bis wir die Feststoffbatterien auf dem Markt sehen würden.

Die Zukunftsaussichten sind aber nach dem diesjährigen Internationalen Wiener Motorensymposium zuversichtlicher als auch schon. Es scheint klarer, dass eine Eingleisigkeit wohl technisch nicht durchsetzbar ist. Spätestens wenn sich in einigen Jahren tatsächlich regionale Energieengpässe und internationale Transportprobleme zeigen werden, muss dann die Politik wohl umschwenken. Sicher werden wir noch lange Zeit Verbrennungsmotoren sehen. Transportwünsche, welche in Zukunft nicht mit elektrischer Energie abgedeckt werden können, müssen mit E-Fuels erfüllt werden. Können diese den Bedarf auch (noch) nicht decken, müssten evtl. sogar noch fossile Energieträger länger eingesetzt werden – länger als uns lieb ist.

Bild 8. Drei Generationen von Lithium-Ionen-Batterien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Links die Batterie mit flüssigem Elektrolyt, in der Mitte der halbfeste Elektrolyt und rechts die Feststoffbatterie mit festem Elektrolyt.

FRAGEN

1. Was ist bei einem Verbrennungsmotor der Unterschied zwischen dem Kompressionsund dem Expansionsverhältnis?

2. Wie gross ist der Anteil der Energie aus fossilen Brennstoffen am heutigen europäischen Energieverbrauch?

3. Warum muss elektrische Energie in Zukunft gespeichert werden können?

LÖSUNG ZUR AUSGABE 5/2024

1. Positive Vorspur: Die Verlängerungen der beiden Radmittelachsen schneiden sich vor dem Fahrzeug. Negativer Sturz: Die Verlängerungen der beiden Radhochachsen schneiden sich über dem Fahrzeug.

2. Die Neigung der Lenkdrehachse.

3. Spreizung (Lenkdrehachse), Sturz (Radmittelebene) und Radeinpresstiefe.

4. Ja, es gibt positive und negative Einpresstiefen. Die Einpresstiefe wird im Rad von der geometrischen Mittellinie bis zur Radaufstandsfläche der Nabe gemessen. Liegt die Radnabe weiter entfernt von der Fahrzeuglängsachse als die Radmittellinie, handelt es sich um eine positive Einpresstiefe.

Bild 7. Verbrennungseigenschaften von Ammoniak.

Automatisiertes konduktives Laden

RÜSSEL STATT KABEL

Das Matrix-Charging-System von Easelink verbindet sich automatisiert über eine Art Rüssel mit einer Ladeplatte im Boden. Konduktives, also kontaktgebundenes Laden soll damit ebenso einfach und komfortabel werden wie mit den aufwendigeren und kostenintensiven induktiven Systemen.

Text: Stefan Gfeller | Bilder: Easelink

Nicht kleinzukriegen: Die für den öffentlichen Raum vorgesehenen Ladeplatten des Matrix-Charging-Systems halten Radlasten bis zu 6 Tonnen aus.

Automatisiertes Laden von Elektrofahrzeugen dient nicht nur dem Komfort bzw. der Bequemlichkeit des Fahrers. Fürs Lademanagement etwa, bidirektionales Laden und das Einbinden des Fahrzeug-Stromspeichers ins Stromnetz ist es wichtig, dass die Autos möglichst immer am Netz sind, wenn sie nicht fahren. Wenn das Einstecken zu «mühsam» ist, wird entsprechend oft auf solch kurzzeitiges Laden verzichtet.

Zur Automatisierung können Roboterarme eingesetzt werden, die das manuelle Einstecken des Kabels replizieren – eine sehr teure Lösung, die auch noch viel Platz in Anspruch nimmt. Smarter sind da schon die

kontaktlosen Systeme, bei denen der Strom von Spulen im Boden in Spulen im Fahrzeug induziert wird. Hier sind es die Spulen und die benötigte entsprechende Leistungselektronik (sowie die höheren Übertragungsverluste), welche diese Lösungen vergleichsweise kostspielig werden lassen. Vergleichsweise in Bezug auf eine weitere Möglichkeit: Die Verbindung zwischen einer stromliefernden Platte im Boden und dem Fahrzeug erfolgt kontaktgebunden. In A&T 3/2022 haben wir ein solches System von Continental vorgestellt, bei dem sich die Platte im bzw. auf dem Boden automatisch exakt zum «Stecker» im Fahrzeug ausrichtet.

Die Matrix

Die österreichische Firma Easelink hat eine ähnliche Lösung entwickelt, bei der jedoch die Einheit am Fahrzeug für die Ausrichtung verantwortlich ist. Die Bodenplatte ist frei von beweglichen Komponenten, die verschmutzen und blockieren könnten. Matrix Charging nennt Easelink sein System, und die namensgebende Kontaktmatrix ist eine matrixartige Anordnung von elektrisch leitenden Kontakten auf der Oberfläche der hier Pad genannten Ladeplatte. Dabei besteht die Kontaktmatrix aus den drei verschiedenen Kontaktgruppen PEKontakte (magnetisch) zur Erdung, magnetische Control-Pilot- bzw. CPKontakte für die Kommunikation und selbstverständlich Leistungs- bzw. Powerkontakte. Für die Installation beispielsweise zu Hause wird das Pad auf dem Boden platziert, während für den öffentlichen Raum eine bündig in den Boden eingelassene Variante zum Einsatz kommt. Als Gegenstück zum Pad wird eine kleine Box – der Connector – in den Fahrzeugboden installiert. Zur Kontaktaufnahme öffnet sich eine Blende unten am Connector, eine Art Rüssel mit Faltenbalg senkt sich auf das Pad ab, und die Kontakte am Ausgang des Rüssels verbinden sich mit der nächstgelegenen Kontaktgruppe im Pad.

E-Taxis in Wien und Graz werden mit Matrix Charging automatisiert kontaktgebunden geladen.

Der Faltenbalg-Rüssel senkt sich drehend auf das Pad ab, reinigt dabei die Kontakte im Pad und stellt schliesslich die Ladeverbindung zwischen Connector und Pad her.

Der Rüssel

Da der Rüssel flexibel und verdrehbar ist, muss der Connector bzw. das Auto nicht ganz exakt zum Pad ausgerichtet werden – kleine Abweichungen werden durch entsprechende «Justierung» des Rüssels

Der Connector mit ausgefahrenem Rüssel mit Kontakten, Luftdüsen und Lamellen.

kompensiert. Bei der Anfahrt auf die Ladeplatte wird die Positionsanzeige über ein Display im Fahrzeug dargestellt, um den Fahrer zu unterstützen. Dazu wird über sowohl im Connector als auch im Pad verbaute UWB-Module (Ultra Wideband) in Echtzeit die Distanz beider zueinander über sogenannte «Time of Flight»-Messungen bestimmt. Das Positioniersystem wurde gemeinsam mit dem Halbleiterhersteller NXP entwickelt, der über entsprechendes Know-how in der UWBFunktechnologie verfügt. Wenn die Park- bzw. Ladeposition stimmt, wird nach einem Bestätigungsklick auf das Ladesymbol im Display der Verbindungsvorgang gestartet.

Einfache Nachrüstung: Ein Verteiler verbindet (bzw. trennt elektrisch sicher) jeweils entweder die Ladesteckdose oder den Matrix-Charger mit dem Onboard-Charger.

UWB-basiertes Positioniersystem von NXP und Easelink: Die Positionsanzeige wird über ein Display im Fahrzeug dargestellt, um den Fahrer zu unterstützen.

Neben den erwähnten Kontakten verfügt der Rüssel an seinem Ausgang über Luftdüsen: Ein Gebläse pustet beim Absenken des Rüssels Verschmutzungen wie Erde, Sand, Blätter, aber auch stehendes Wasser von der Ladeplatte weg. Lamellen am Rüsselausgang in Verbindung mit seiner Drehbewegung wischen zudem die Platte an der Kontaktstelle sauber. Einer Vereisung übrigens kann die Platte, die ein maximales Überfahrgewicht von 6 t erlaubt, selbst zuvorkommen, sie ist dazu mit einer Heizfolie ausgerüstet. Der Rüssel wird schliesslich über die Magnete in einer richtigen Position auf dem Pad eingerastet, und nach dem Datenaustausch werden die zu verwendenden Leistungskontakte der Platte für die Ladung unter Spannung gesetzt.

Die Nach- und Erstausrüstung

Da Matrix Charging einfach die Steckerverbindung ersetzt, kann der im Auto vorhandene Onboard-Charger verwendet werden. Zur Nachrüstung mit dem System wird ein Verteiler montiert, der jeweils entweder die Ladesteckdose oder den MatrixCharger mit dem Onboard-Charger verbindet. Für eine Erstausrüstung ist ein entsprechender OnboardCharger mit zwei Ladeanschlüssen vorgesehen. Und mit Matrix Charging sind auch dieselben Ladeleistungen

etc. möglich wie mit dem Stecker – vorausgesetzt natürlich, dass die entsprechende Infrastruktur in der Ladestation (hier also bei der Ladeplatte) und ein entsprechender Onboard-Charger im Auto verbaut sind. Es kann also mit Wechselstrom bis zu 22 kW oder mit 50 kW DC und auch bidirektional geladen werden.

Die Bewährungsprobe

Matrix Charging stellt sich aktuell einer Bewährungsprobe: Im Rahmen des weltweit grössten Projekts für automatisiertes Laden von E-Taxis («eTaxi-Austria»-Projekt) wurden die Ladeplatten direkt an Taxistandplätzen in den Boden eingebaut. 60 mit Matrix Charging ausgestattete E-Taxis der Modelle Hyundai Ioniq 5 und VW ID-4 können so an 60 Matrix-Charging-Pads verteilt an acht Standorten in Wien und zwei Standorten in Graz automatisch geladen werden. Die ersten Standorte gingen im Herbst 2023 in Betrieb und das Projekt läuft noch bis März 2025. Momentan arbeitet Easelink an einer Verankerung des Matrix-Charging-Standards in der Industrie. Und für einen künftigen Markthochlauf konnte bereits ein Projekt mit fünf Fahrzeugherstellern abgeschlossen werden, wobei mit drei Herstellern davon intensiv an einer Serieneinführung mit geplantem Produktionsanlauf ab 2027 gearbeitet werde.

Projizierender Blinker

DIE STRASSE BLINKEN LASSEN

Sogenannte Tandem-Mikrolinsenarrays zur Mustererzeugung bzw. Strahlformung in mikrooptischen Projektoren ermöglichen einen dynamischen, lichtstarken, auf die Strasse projizierenden Blinker, der in kompakter Form eine grösstmögliche Sichtbarkeit auch unter Tageslichtbedingungen garantiert.

Bilder: Fraunhofer IOF

Prinzip eines herkömmlichen, auf Blenden basierenden mikrooptischen Projektors (oben) und des neuen Projektors mit irregulären Linsenarrays (unten).

In den vergangenen Jahren konnten sich mikrooptische Projektoren für viele Strassenprojektionsanwendungen etablieren. Einerseits ermöglichen sie eine entsprechende Lichtsignatur des Fahrzeugs und können etwa dem Fahrer den Weg zur Autotür mit Lichtzeichen weisen. Andererseits eignen sie sich für die sogenannte Car2X-Kommunikation: Projizierte Muster ermöglichen dem Auto die Kommunikation mit seiner Umgebung, also beispielsweise mit anderen Autos, Fussgängerinnen oder Velofahrern. Die Projektionssysteme stellen darüber hinaus eine Schlüsseltechnologie für intelligente Transportsysteme in der Zukunft –wie zum Beispiel autonom fahrende Autos – dar.

Blinkerlicht auf der Strasse

Das Blinkersignal bietet sich geradezu als Strassenprojektion an, denn im alltäglichen Strassenverkehr kann es durch viele Gründe wie tote Winkel, kleine Blinker oder schlechte Sichtverhältnisse zu riskanten Situationen zwischen den

Verkehrsteilnehmenden kommen –wenn zum Beispiel eine Person auf einem Velo das Blinkzeichen eines ausscherenden Autos übersieht. Vor diesem Hintergrund haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für angewandte Optik und Feinmechanik IOF nun einen projizierenden Blinker entwickelt, der bei einer Grösse von gerade einmal 35 x 35 x 55 mm eine Illuminanz von über 7000 lx auf der Strasse erreicht. «Diese hohe Beleuchtungsstärke zusammen mit dem dynamischen Laufeffekt der Winkelzeichen ermöglichen die Sichtbarkeit des Blinkers auch bei Tageslicht», erklärt Rohan Kundu, Wissenschaftler in der Abteilung für optisches und mechanisches Systemdesign.

Der am Fraunhofer IOF entwickelte Designansatz überwindet entscheidende Herausforderungen bei Anwendungen mit mikrooptischen Projektoren: Vergrabene, absorptive Maskenschichten führen bei gängigen Projektionssystemen zu Transmissionsverlusten, einem aufwendigen und kostspieligen Her-

stellungsprozess und einer verringerten Lebensdauer der Projektoren. Die Forschenden am Fraunhofer IOF verzichten bei der Entwicklung des projizierten Blinkers gänzlich auf diese Masken und verlagern die Mustererzeugung bzw. Strahlformung hin zu irregulären TandemMikrolinsenarrays (MLA).

Grösstmögliche Sichtbarkeit und dynamische Lichtsequenzen Das zweiseitige MLA besteht aus einer Anordnung von pfeilförmigen Mikrolinsen (Lenslets) auf der Licht-Eingangsseite und kleineren quadratischen Lenslets auf der Ausgangsseite. Durch die Beleuchtung des MLA unter unterschiedlichen Einfallswinkeln werden Lichtpfade zwischen bestimmten Kombinationen von Eingangs- und Ausgangslenslets gelenkt. Dieses gewollte Kanalübersprechen ermöglicht die Projektion einer dynamischen Se-

quenz von Winkelzeichen auf der Strasse. Der Designansatz bietet die Möglichkeit, mit einem einzigen Projektorsystem Winkelzeichen an unterschiedlichen Positionen zu erzeugen, was die Montage vereinfacht sowie Kosten und Platzbedarf reduziert.

Die zweiseitigen Mikrooptikarrays werden durch Grautonlithographie hergestellt (Mastering). Anschliessend werden sie als Polymer-aufGlas-Tandemarrays repliziert. Die Kombination von Polymer und Glas ermöglicht dabei eine präzise Kontrolle der optischen Eigenschaften, da das Polymermaterial gezielt auf die Glasoberfläche aufgetragen und geformt werden kann. Und den Forschenden des Fraunhofer IOF zufolge lassen sich die Tandemarrays ebenfalls durch preiswertere Technologien herstellen. «Die Verwendung von sehr kostengünstigen Verfahren wie Spritzgiessen oder Heissprägen ermöglicht das Herstellen von grösseren und optional gekrümmten Linsen bei nur minimal verschlechterter optischer Qualität», führt Rohan Kundu aus. (pd/sag)

Das Blinksignal wird in einer dynamischen Bewegung auf die Fahrbahn projiziert und zeigt den Richtungswechsel des Autos an. Dank der hohen Lichtintensität ist das Signal auch bei Tageslicht gut sichtbar.

Das Originalprodukt AdBlue®, hergestellt von BASF Gebindegrössen (angeliefert oder abgeholt):

• Lose im Tankwagen (min. 2500 lt) 1000 lt-IBC-Container mit Abfüllstation

• 200 lt-Fass mit AdBlue-Abfüllgerät für PW 5 lt-PET-Flasche und 10 lt-Bidon mit Abfüllstutzen

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Occasionen und inzwischen vermehrt auch Neuwagen werden vorwiegend übers Internet gehandelt. Dabei kommen im Zuge der fortschreitenden Digitalisierung laufend neue Tools und Funktionalitäten hinzu.

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FACHWISSEN

Bidirektionales Laden

Ein grosses Thema ist bei der Elektromobilität neben der Reichweite und der Batterie natürlich das Laden. Vernünftigerweise geschieht das tagsüber zu Hause von der eigenen Photovoltaikanlage. Wenn das klappen sollte, dann könnte die Fahrzeugbatterie zwischendurch auch wieder angezapft werden, um hauseigene Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen oder gar Energie ins Netz zurückzuladen, um (regionale) Verbrauchsspitzen zu kappen. Das ist der Hintergedanke beim bidirektionalen Laden. Die Technik darum herum ist nicht ganz einfach, und so kosten Wallboxen, welche für bidirektionales Laden taugen, ein Mehrfaches von Wallboxen, welche nur das Fahrzeug laden.

Termin Veranstaltung Ort Internet

14.06.24-16.06.24 Concours d'Elegance Coppet concoursdelegancesuisse.com

19.06.24-21.06.24 Power2Drive Europe München (D) powertodrive.de

23.06.24 Gottardo Classic Ambri gottardoclassic.com

28.06.24-30.06.24 Hangar Rockin St. Stephan hangarrockin.com

29.06.24 Oldtimer GP Brugg oldtimer-gp.ch

04.07.24-07.07.24 British Classic Car Meeting St. Moritz bccm-stmoritz.ch

11.07.24-14.07.24 Goodwood Festival of Speed Goodwood (GB) goodwood.com

28.07.24 Oldtimertreffen Adelboden Adelboden adelboden.ch

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

30.08.24-31.08.24 Swiss Automotive Show Bern swissautomotiveshow.ch

10.09.24-14.09.24 Automechanika Frankfurt (D) automechanika.messefrankfurt.com

19.09.24 A&W Mobilitätstagung Spreitenbach auto-wirtschaft.ch

07.11.24-10.11.24 Auto Zürich Zürich auto-zuerich.ch

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Digitalisierung und Software

In kaum einem anderen Bereich in der Autobranche wirkt sich die Digitalisierung stärker aus als in der Schadenabwicklung. Schon heute geschieht das meiste online und per Smartphone – von der Schadenaufnahme über die Kommunikation mit der Versicherung bis hin zur Reservation des Ersatzwagens. Doch das ist längst nicht alles. So soll künftig etwa mit Hilfe von künstlicher Intelligenz der Schaden per Handy-Foto analysiert und kalkuliert werden. Und auch die Ersatzteile werden gleich beim günstigsten Anbieter bestellt.

Die AUTO&Carrosserie-Ausgabe 3 erscheint im Oktober.

SWISS AUTOMOTIVE SHOW

Die Swiss Automotive Show bietet am 30. und 31. August die Möglichkeit, sich aus erster Hand über den Stand der Technik, Trends und zukünftige Geschäftsfelder fürs Schweizer Garagen-, Lastwagen- und Carrosseriegewerbe zu informieren. Mehr als 130 Aussteller begrüssen die Fachbesucher in den Hallen der Bernexpo.

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