A&T 10/2022

FACHWISSEN

Ottopartikel lter

Das Partikelproblem hat auch den Benzinmotor erreicht. Heute werden verbrennungsmotorische Partikel mit einem Durchmesser von 0.000023 mm gemessen und in ihrer Häu gkeit gesetzlich beschränkt. In Zukunft soll dieser Wert noch mehr als halbiert werden.

TECHNIK

Traktionsbatterie

BMW wird in seiner «Neuen Klasse» Batteriezellen im Rundformat einsetzen und diese direkt zur Batterie verbauen, ohne sie zu Zellmodulen zusammenzufassen. Das bringt eine höhere Energiedichte, gesteigerte Ladegeschwindigkeit und mehr Reichweite.

Nutzfahrzeug-Radlager

Schaef er hat auf der IAA Transportation Lagerinnovationen für Nutzfahrzeuge präsentiert. Neben Lagern, welche die Reibleistung weiter verringern, standen ein Radlager mit integrierter Reifendruckfüllfunktion sowie ein «intelligentes» Radlager mit smarten Sensoren im Fokus.

Asahi

Kasei Microdevices (AKM) hat mit Silentium eine Lizenzvereinbarung über die aktive Unterdrü ckung von Strassengeräuschen in Motorfahrzeugen geschlossen: Die Quiet-Bubble-Softwaretechnologie von Silentium wird in Audio-Sprachprozessoren von AKM integriert. Die Kooperation kombiniert das Know how von AKM bei Hardwarekom ponenten mit geringer Latenz und Silentiums Know how im Bereich der Geräuschunterdrückungssoftware. Die von beiden Unternehmen an gebotene Lösung optimiert den Steuersignalweg von den Referenz sensoren zu den Lautsprechern, um eine Hochgeschwindigkeitsübertra gung der Fahrzeugsignale und eine latenzarme Algorithmus-Verarbeitung zu erreichen. Dies geschieht

ANTOLIN / TRINAMIX

durch die Optimierung bestimmter Komponenten des Analog-DigitalWandlers von AKM, so dass die ge messenen Fahrzeugsignale schnell an den digitalen Signalprozessor weitergeleitet werden, in dem die Silentium Software Quiet Bubble mit niedriger Latenz untergebracht ist.

Zusätzliche Latenzzeitverkürzun gen können von der Fahrzeugakustik seite durch den Einsatz von Nahfeld lautsprechern in der Kopfstütze oder an anderen Stellen in unmittelbarer Nähe des Kopfes des Fahrgastes erzielt werden. Da alle Hardware-, Software und Akustikbereiche aus Pfaden mit geringer Latenz bestehen, bietet diese Lösung eine Breitband Geräuschunterdrückungsleistung im Fahrzeug, die mit der von Premium Kopfhörern mit Geräuschunterdrü ckung vergleichbar ist. (pd/sag)

FAHRZEUGZUGANG MIT GESICHTSAUTHENTIFIZIERUNG

Grupo

Antolin und die BASF Tochter Trinamix arbeiten gemeinsam an Lösungen für einen sichereren und komfortableren Fahrzeugzugang, in dem sie die Gesichtsauthenti zierung von Trinamix in das neue Produktport folio von Grupo Antolin integrieren. Grupo Antolin bringt seine Erfahrun gen und das Wissen über intelligente Ober ächen für das Fahrzeuginnere ein, um künftig auch fortschrittliche Systeme zur Interaktion von Fahrer und Fahrzeug im Aussenbereich anzubieten. Aufbauend auf ihrer Expertise im Bereich biometrischer Sicherheit erweitert Trinamix mit der Kooperation ihre Aktivitäten über Smartphone Anwendungen hinaus. Die Zusammenarbeit zwischen dem spanischen Full Service Anbieter und dem deutschen Pionier von neuen

biometrischen Technologien vereint die Expertise und das Potenzial der beiden Unternehmen.

Trinamix Face Authentication, wel che nach höchsten biometrischen Sicherheitsstandards zerti ziert ist, arbeitet mit einzigartigen, patent geschützten Algorithmen, die die Lebendigkeit einer Person mittels Hauterkennung überprüfen. Die Kom bination aus Software und Hardware

Im Rahmen der Lizenzvereinbarung wird die Quiet-Bubble-Softwaretechnologie von Silentium in Audio-Sprachprozessoren von AKM integriert.

Bild: trinamiX

Bild:

Ineiner neuen, in Kooperation mit dem dänischen Unternehmen Plastix entwickelten Initiative will die BMW Group das Recycling von maritimen Plastikabfällen vorantrei ben und künftig Verkleidungsteile aus Kunststoff fertigen, deren Rohstoff teilweise aus wiederverwerteten Fischernetzen und Seilen besteht. Dieses Rohmaterial wird präventiv aus Häfen in aller Welt bezogen, um sicherzustellen, dass es nicht als Abfall im Meer entsorgt wird. Nach einer sortenreinen Trennung werden die Fischernetze und Seile in einem innovativen Verfahren zu einem Kunststoffgranulat verarbeitet.

Während wiederverwerteter ma ritimer Kunststoff in der Automobil industrie bisher ausschliesslich in Form von Fasern für neue Fahrzeug komponenten Verwendung ndet,

kann dieses Rezyklat erstmals im Spritzgussverfahren eingesetzt werden. Dabei kann das Rohmaterial für die auf diese Weise gefertigten Bauteile zu rund 30% aus mariti mem Plastikabfall bestehen. Bei den im Spritzgussverfahren gefertigten Komponenten handelt es sich um Verkleidungsteile, die sowohl in un sichtbaren als auch in sichtbaren Bereichen für das Exterieur und das Interieur der batterieelektrischen Modelle der «Neuen Klasse» (siehe auch Seite 78) ab 2025 eingesetzt werden. Insgesamt hat sich die BMW Group das Ziel gesetzt, den Sekundärmaterial-Anteil bei den in Neufahrzeugen verwendeten Ther moplast-Kunststoffen bis zum Jahr 2030 von derzeit rund 20% auf durchschnittlich 40% zu erhöhen. (pd/sag)

ERWEITERUNG DES THERMOMANAGEMENT-PORTFOLIOS

Derunter der Dachmarke Forvia agierende Automo bilzulieferer Hella erweitert sein bestehendes Portfolio im Bereich Thermomanagement. Die Hochleistungspumpe MPX stellt im Kühlkreislauf die Umwälzung des Kühlmittels sicher und wird in neuen Leistungsklassen mit 300 W und 400 W angeboten, um die un terschiedlichen Anforderungen von

Ein und Ausgänge des Ventils, wobei über eine Mischfunktion auch die Temperatur des Kühlmittels reguliert werden kann. Der eVA arbeitet mit einem bürstenlosen Motor und steht in zwei unterschiedlichen Drehmo mentkategorien zur Verfügung.

Die Serienentwicklung dieser Kom ponenten wurde nun aufgenommen; die Markteinführung ist für 2025 vor gesehen. Das Thermomanagement

Das von BMW für die im Spritzgussverfahren gefertigten Verkleidungsteile verwendete Kunststoffgranulat wird aus Fischernetzen und Seilen gewonnen.

BMW

Hella

Bild 1. Um die Strömungsgeschwindigkeit und Staudruck zu vermindern, können auch zwei Partikel lter parallel geschaltet sein. 1 3-Wege-Katalysator – 2 Ottopartikel lter.

Ottopartikel lter

KLEINERE PARTIKEL

Nachdem Peugeot vor ungefähr 20 Jahren den Partikel lter für Dieselmotoren vorgestellt hat, hat das Partikelproblem auch den Benzinmotor erreicht und droht, auch Motoren mit Saugrohreinspritzung einzuholen. Während ein menschliches Haar eine Dicke von 0.06 bis 0.08 mm hat, werden heute verbrennungsmotorische Partikel mit einem Durchmesser von 0.000023 mm gemessen und in ihrer Häu gkeit gesetzlich beschränkt. In Zukunft soll dieser Wert noch mehr als halbiert werden.

Text: Andreas Lerch | Bilder: Audi, Corning, FEV, IWM, Umicore, Lerch

Seit 150 Jahren werden Hubkolbenmotoren gebaut und ständig weiterentwickelt.

In der Anfangszeit waren die Motorenbauer froh, wenn der Motor überhaupt ein Eigenleben entwickelte. In den 1930er-Jahren standen die Leute an den Hauptstrassen zwischen Zürich und Bern, wenn in Bern der Grand Prix stattfand. Sie bestaunten die vielen Autos, welche eben aus diesem Grund nach Bern gefahren wurden. Seit den 1970er-Jahren wird – nicht nur von grüner Seite –auch auf die negativen Aspekte der

Verbrennungsmotoren aufmerksam gemacht.

Da die Industrie ohne Zwang kaum neue Technologien entwickelt und einbaut – weil die entsprechenden Fahrzeuge teurer würden und somit weniger konkurrenzfähig wären – musste, muss oder – vielleicht eher – müsste die Gesetzgebung und damit die Politik das Zepter verantwortungsvoll in die Hand nehmen. Je nachdem wie die Zusammensetzung der Räte aussah und wie gut die Autoindustrie zu lobbyieren wusste, sind die Gesetze dann etwas strenger oder weniger

streng ausgefallen. Seit dem Dieselskandal ist es natürlich auch schwieriger geworden, in Brüssel den Goodwill der Abgeordneten zu erreichen. Auch aus diesem Grund werden gerade die Abgaswerte immer strenger reglementiert.

Auf der anderen Seite muss aber auch zugegeben werden, dass bei der heutigen Verkehrsdichte und dem Abgasverhalten der Autos der 1960er-Jahre das Atmen nicht nur in den Innenstädten schwierig wäre. Heute werden die Emissionswerte der Fahrzeuge bis zur Nachweisbarkeitsgrenze vermindert. Wenn man

sich aber vorstellt, dass auf unserer Erde weit mehr als eine Milliarde Fahrzeuge betrieben werden, müssen die Gesamtemissionen trotz aller Beschränkungen immens sein.

Ef zienzsteigerung

Trotz verminderter Schadstoffemissionen wurden die Autos in den vergangenen Jahrzehnten immer leistungsfähiger und trotzdem sparsamer. Das heisst, sie wurden ef zienter, der Wirkungsgrad ist beträchtlich gestiegen. Dies ist natürlich das Ergebnis der grossen Forschungs- und Entwicklungsarbeit, welche alle Fahrzeughersteller leisten. Unter dem Aspekt der Ef zienzsteigerung wurde Mitte der 1990er-Jahre versucht, den Benzinmotor von der Quantitätsregelung zur Qualitätsregelung umzubauen.

Bei der Quantitätsregelung wurde dem Benzinmotor last- und drehzahlabhängig mehr oder weniger Gemisch zugeführt. Früher wurde noch zwischen fett und mager unterschieden, heute ist das Gemisch in allen Betriebsbereichen stöchiometrisch. Anders beim Dieselmotor: Der Zylinder wird bei jedem Ansaugtakt mit Frischluft gefüllt (keine Mengenregelung). Last- und drehzahlabhängig wird dann mehr oder weniger Dieseltreibstoff in den Brennraum eingespritzt, welcher sich mit der Luft vermischt und kurz vor dem oberen Totpunkt an der komprimierten, heissen Luft ent ammt.

Genau das versucht man mit dem Benzinmotor auch. Die Selbstent ammung gestaltet sich nach wie vor schwierig, und auch die Schichtladung (im Zündkerzenbereich: brennfähiges Gemisch, im Wandbereich: Luft) wurde bald wieder in die Schublade gelegt, weil sich die Abgasentgiftung schwieriger gestaltete als erwartet. Geblieben von dieser Entwicklung sind der direkte Eintrag des Benzins in den Brennraum und die daraus resultierende Innenkühlung, welche das Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses um

ungefähr zwei Punkte ermöglichte. Und das führt nach den thermodynamischen Gesetzen zu einer Wirkungsgradsteigerung.

Zwei Seiten

Jede Entwicklung hat zwei Seiten. In der Regel können die guten Eigenschaften einer Sache nur übernommen werden, wenn auch die schlechten Eigenschaften akzeptiert werden. Bei der direkten Einspritzung wird die Mischungszeit zwischen Luft und Benzin erheblich verkürzt, so dass im Zündzeitpunkt kaum ein vollständig homogenes Gemisch zur Verfügung steht. Deshalb werden nicht mehr alle Kohlenstoffatome der Kohlenwasserstoffverbindungen verbrannt. Die verbleibenden, unverbrannten Atome klumpen sich zusammen und bilden Partikel- oder Russemissionen. Während bisher die Partikelemissionen bei Benzinmotoren nicht aufgefallen sind, werden sie seit der Einführung von Euro 6 von Gesetzes wegen limitiert. Die Abgasreglemente haben es so in sich, dass sie immer strenger werden. Das führt dazu, dass (vor allem in China) heute auch Verbrennungsmotoren mit Saug-

rohreinspritzung mit Partikel ltern ausgerüstet werden.

Herkunft der Partikel

Die Entstehung der organischen Partikel wurde eben erwähnt und sie sind in Bild 2, oben links dargestellt.

Es gibt auch noch eine gewisse Anzahl Partikel, welche direkt aus den Kohlenwasserstoffen entstehen können, wenn diese nicht schnell genug aufgespaltet und verbrannt werden. Dieser Emissionsanteil ist aber grösstenteils von der Qualität des Treibstoffs abhängig und fällt neben den kohlenstoffbasierten Partikeln (Russ) normalerweise nicht ins Gewicht. Die organischen Partikel können im Partikel lter während der Regeneration thermisch oxidiert werden. Dazu sind ausreichend Sauerstoff und eine minimale Regenerationstemperatur von ca. 600 °C erforderlich.

Die anorganischen Partikel werden normalerweise als Asche bezeichnet (Bild 2, untere Zeile). Diese anorganischen Partikel teilen sich nach Untersuchungen der Firma Corning GmbH in drei Gruppen auf: Etwa drei Viertel der Emissionen stammen aus Öladditiven; dabei können durch Spektralanalyse vor

allem die Elemente Schwefel, Phosphor, Kalzium, Zink, Natrium und Kalium bestimmt werden. Mit etwa einem Fünftel schlagen die Ascheteile aus dem Katalysator zu Buche: Die winzigen Partikel werden durch die Abgasströmung aus den Katalysatorkanälen gerissen. Diese Partikelgruppe umfasst die Elemente Aluminium, Silizium, Magnesium, Cer, Zirkonium und Barium. Der Rest der in den Rohemissionen enthaltenen Aschepartikel stammt aus motorischem Abrieb und Oxidationsprodukten. Es ist naheliegend, dass sich darunter vor allem die Elemente Eisen, Chrom und Nickel be nden.

Das Problem der anorganischen Partikel liegt darin, dass sie im Partikel lter gesammelt werden (akkumulieren) und bei der Regeneration nicht oxidiert werden können. Aus diesem Grund wird versucht, die Rohemissionen zu vermindern. Einen wirkungsvollen Ansatz bietet dabei sicher das Low-SAPSMotorenöl. Die Abkürzung SAPS steht für die Anfangsbuchstaben der englischen Begriffe Sulphated

Ash, Phosphorus und Sulphur. Ein Low-SAPS-Motorenöl ist somit ein Öl mit kleinen Anteilen von Sulfatasche, Phosphor und Schwefel.

Filter und Anordnung

Die Entwicklung von Partikel ltern für Ottomotoren (OPF – Otto-Partikel-Filter oder GPF – Gasoline Particulate Filter) hat bereits um 2010 begonnen. Heute werden diese Filter bei praktisch allen direkteinspritzenden Benzinmotoren verbaut. In China verfügen auch schon viele saugrohreinspritzende Motoren über Partikel lter. Es ist damit zu rechnen, dass die Partikel lter in Zukunft bei diesen Motoren auch in Europa Einzug halten werden.

Heute werden zwei Filtertechnologien unterschieden, beschichtete und unbeschichtete: Während die beschichteten auch als 4-WegeKatalysatoren bezeichnet werden und zusätzlich die bekannten Katalysatorfunktionen übernehmen, obliegt den unbeschichteten OPF «nur» die Aufgabe, einen grossen Teil der anfallenden Partikel auf- oder abzufangen. Sie werden entweder

Bild 4. Der Partikel lter wird in diesem Beispiel motornah montiert. 1 Ottopartikel lter mit Katalysator (4-Wege-Katalysator) – 2 3-Wege-Katalysator.

im Unterboden nach dem Flexrohr eingebaut (Bild 1) oder motornah direkt nach dem Katalysator (Bild 4). Die Einbaulage hat einen direkten Ein uss auf die Regeneration. Die dafür nötige Temperatur wird natürlich in Motornähe viel einfacher erreicht als im Unterbodenbereich.

Die grundsätzlichen Anforderungen an Partikel lter sind neben der hohen Filteref zienz ein geringer Druckverlust (Staudruck) und eine hohe thermomechanische Stabilität. Ein zu hoher Staudruck stört den Gasdurch uss durch den Motor und damit Füllungsgrad und Leistungsentfaltung. Die thermomechanische Stabilität ist eigentlich gleichbedeutend wie Lebensdauer, da die Alterung der OPF durch zu hohe Temperaturen und/ oder mechanische Schwingungen beschleunigt wird.

Parameter

Um die optimale Filteref zienz zu erreichen, können die Entwickler an verschiedenen Stellschrauben bei der Anpassung der OPF drehen. Zuerst wird beispielsweise das Filtervolumen bestimmt. Audi hat zum Teil zwei parallel verbaute OPF in Betrieb (Bild 1). Je grösser der Filter, desto kleiner die Abgas-

strömgeschwindigkeit und desto besser die Filteref zienz. Gängige Filter volumina liegen zwischen 1.2 und 3.2 Litern. Daneben ist das Zelldesign ein entscheidender Faktor. Eine häu g eingesetzte Grösse beträgt 200 CPSI (Cells per Square Inch – Zellen pro Quadratzoll). Damit kann aber noch nicht direkt auf die Zellengrösse geschlossen werden; dazu muss noch die Wabenwandstärke bekannt sein. Diese liegt in der Regel um 8 mil. Das mil verbindet dezimale und angloamerikanische Einheiten: 1000 mil entsprechen einem Zoll, also 25.4 mm. Das bedeutet, dass 1 mil = 25.4 µm darstellt und 8 mil dementsprechend 203.2 µm oder 0.2 mm.

In der Mikrostruktur der Zellen geht es auch um die Porosität, welche häu g um 55 % eingestellt wird, um den Durchmesser der mittleren Porengrösse (D50) und um die Porengrössenverteilung. In der Verarbeitung der Wabenkeramik können alle diese Grössen beein usst und damit der beste Kompromiss herausentwickelt werden. Grosse Poren stehen für einen geringen Staudruck aber dafür für eine verminderte Filteref zienz –die kleinen Poren natürlich für das Gegenteil.

Asche und ihr Ein uss

Die Asche lagert sich einigermassen regelmässig in den Kanälen ab. Sie weist dabei eine sehr hohe Porosität auf. Vor allem an den Anfängen und Enden der Kanäle können sich millimeterlange Aschetürme aufbauen, welche zusammen mit den Ablagerungen in den Kanälen die Filteref zienz, dafür aber auch den Differenzdruck oder eben den Staudruck erhöhen.

Neue Normen

Im Moment ist immer noch nicht ganz klar, was genau in der Euro7-Abgasverordnung stehen wird. Vermutet wird, dass die Partikelzahl von 6 • 1011/km auf 1 • 1011/km, also auf einen Sechstel vermindert wird. Das heisst auch, dass eben nur noch 1 • 1011/km Partikel durch den Filter «durchrutschen» dürfen. Der grosse Rest muss zurückgehalten werden. Daneben werden neu auch kleinere Partikel gemessen: Bisher wurden Partikelgrössen bis 23 nm gemessen, neu sollen die Partikel bis zu Durchmessern von 10 nm berücksichtigt werden. Dazu kommt, dass eben nicht nur Prüfstandversuche zu den of ziellen Werten führen werden, sondern auch Strassenmessungen (RDE –Real Driving Emissions).

Während es sich bei der Herabsetzung der Partikelanzahl einfach

um eine Verkleinerung der Zahl handelt, welche zwar nicht einfach zu erreichen sein wird, aber welche immerhin keine anderen Auswirkungen hat, stellt die Messung der Partikel bis 10 nm eine viel grössere Hürde dar. Erstens müssen die zukünftigen Partikel lter anders eingestellt werden, damit die weniger als halb so grossen Partikel überhaupt eingefangen werden können, und zum Zweiten wird die Rohemission um einiges grösser. Wird im Bild 5 die Kurve studiert, stellt man fest, dass jeder Kurvenpunkt die Anzahl Partikel der entsprechenden Grösse darstellt. Die Gesamtzahl der Partikel entspricht der Addition der Lage aller Kurvenpunkte – oder einfacher: der Fläche unterhalb der Kurve. Muss diese Fläche bis zu einem Partikeldurchmesser von 10 nm statt bis zu 23 nm berücksichtigt werden, wird sie entsprechend grösser. Das bedeutet, dass die Filter noch einmal viel ef zienter werden müssen.

Da durch die Ascheeinlagerung die Ef zienz tatsächlich gesteigert wird, muss auch dieser Effekt bei der Entwicklung neuer OPF berücksichtigt werden. Es werden in der Applikation und vorher in der Grundlagenforschung der Partikel und der Filter noch grosse Anstrengungen geleistet werden müssen, damit diese Grenzwerte auch in der Flotte eingehalten werden können.

Bild

Teile ausgestossen

Bild 6. Sind keine Rahmenbedingungen für die Messungen de niert, muss für jede Ein ussgrösse der schlechteste Fall angenommen werden. Rot: Normbedingungen – schwarz: Ethanolein uss – grau: Aromatenein uss – dunkelblau: Masseein uss – grün: Temperaturein uss – hellblau: Fahrerein uss.

RDE

Bild 6 zeigt, dass unter Normalbe dingungen ein ausgewählter Motor die momentan gültigen Grenzwerte auch ohne OPF einhält. Mit OPF könnte er sogar die bei Euro 7 erwar teten Grenzwerte knapp einhalten. Normalbedingungen bedeuten hier einfach genormte Bedingungen nach WLTP. Es könnten auch genormte Bedingungen nach NEFZ oder sonst einem Zyklus sein. RDE bedeutet im Gegensatz dazu nicht mehr genormte Bedingungen oder «beliebige Bedingungen». Weil in keinem Moment genau bestimmt ist, welche Last, welche Drehzahl, welcher Gang und welche Geschwin digkeit gefahren werden, müssen die Abgasapplikationen immer «worst case tauglich» sein. Die Abgasnachbehandlung muss also so forciert werden, dass das Fahrzeug den Test besteht, auch wenn eben die schlechtesten Voraussetzungen herrschen. Im Bild 6 sind derartige Rahmenbedingungen de niert. Wür de der Strassenkurs optimal gefah ren, würden die Partikel die Höhe des roten Balkens erreichen. Der schwarze Teil des Balkens weist auf die Benzinzusammensetzung hin.

Enthält das Benzin beispielsweise 10 % Ethanol, wird im Alkoholmo lekül gebundener Sauerstoff mit dem Treibstoff in den Brennraum geführt. Dieser hilft, während der Verbrennung zusätzlich den Kohlen stoff zu oxidieren. Fehlt aber dieser Sauerstoff, ergibt sich ein Anstieg der Partikelemissionen. Der deutsche Entwicklungsdienstleister FEV, der diese Untersuchungen durchgeführt hat, spricht beim ethanollosen Treibstoff von Worst Case Treibstoff.

Auch der mit Aromatenein uss beschriebene graue Teil des Balkens

bezieht sich auf die Treibstoffzusam mensetzung. Um die Klopffestigkeit des Treibstoffes zu erhöhen, werden spezielle Aromatenverbindungen eingesetzt. Diese weisen im Vergleich zu kettenförmigen Kohlen wasserstoffen eine höhere Anzahl von Kohlenstoffatomen im Verhältnis zu den Wasserstoffatomen auf und lassen sich chemisch nur schwer aufspalten (deshalb Klopfbremsen). Dies erhöht aber wiederum die Partikelemissionen. Der blaue Teil des Balkens zeigt den Ein uss der Zuladung. Je schwerer das Fahr zeug, desto mehr Last und desto mehr Partikel.

Während die Temperatur bei einem Prü auf auf den Rollen genormt ist, kann ein RDE Test im Sommer, aber auch im Winter erfolgen. Der Tempe raturein uss auf die Partikelemissio nen ist äusserst komplex, da sowohl tiefe wie auch hohe Temperaturen einen Partikelanstieg zur Folge haben können. Zu guter Letzt kann auch der Fahrer mit einer degressiven oder aggressiven Fahrweise den Partikelausstoss beein ussen.

Wird in jedem Punkt der schlech teste Fall angenommen, erreichen die Partikel schwindelerregende Höhen (bei der Euro 6c Norm wäre dieser Wert noch absolut auf der sicheren Seite gelegen, bei Euro 6d reicht es schon bei Weitem nicht mehr und bei Euro 7 wäre der Wert auch mit OPF viel zu hoch).

OPF 2. Generation

Dr. Lothar Mussmann ist Senior Vice President Product Management für den Geschäftsbereich Automotive Catalysts der Umicore AG & Co. KG. In dieser Funktion hat er am vergangenen Internationalen Wiener Motorensymposium über die Vorbe reitungsarbeiten zu den zu erwar tenden Emissionsverschärfungen mit Euro 7 berichtet. Nicht nur die Verminderung der Emissionen der bekannten Schadstoffe, vor allem auch die Reglementierung der Se kundäremissionen wie Ammoniak NH3 und Lachgas N2O geben den Entwicklern noch arg zu denken.

Bei den Partikelemissionen verstrahlte der Experte jedoch grosse Zuversicht. Bei Umicore sei eine 2. Generation von OPF in der Ent wicklung, welche im Aufbau und den Grunddimensionierungen der 1. Generation nicht unähnlich sei. Ihre 2. Generation verfüge jedoch über eine Spezialbeschichtung, welche die Partikelwerte unter die erforderliche Grenze drücken würde (Bild 7). Leider hat der Spezialist zu den Details von Beschichtung und Funktion des neuen OPF noch keine Details bekanntgegeben.

FRAGEN

1. Was bedeutet der Ausdruck Asche im Zusammenhang mit den Partikelemissionen?

2. Was bedeutet der Ausdruck Low-SAPS im Zusammenhang mit Motorenöl?

3. Was versteht man unter einem 4-Wege-Katalysator?

LÖSUNG ZUR AUSGABE 9/2022

1. Das Thermomanagementsystem wird in der Regel zusätzlich elektronisch gesteuert.

2. Es hat zu viele Leitungsverzweigungen, Ventile und Teilsysteme. Die müssen in einer speziellen Reihenfolge angesteuert und entlüftet werden.

3. Die Kühl üssigkeit erwärmt sich und wird dadurch spezi sch leichter. Infolgedessen steigt sie.

Bild 7. Die 2. Generation der Ottopartikel lter der Firma Umicore lässt gegenüber der 1. Generation nur noch einen Fünftel der Partikel «durchschlüpfen».

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Traktionsbatterie

ENERGIEDICHTE ERHÖHT, KOSTEN GESENKT

BMW wird in seiner «Neuen Klasse» Batteriezellen im Rundformat einsetzen und diese direkt zur Batterie verbauen, ohne sie zu Zellmodulen zusammenzufassen. Das bringt eine höhere Energiedichte, gesteigerte Ladegeschwindigkeit und mehr Reichweite – bei geringeren Herstellungskosten der Batterie. Text: Stefan Gfeller | Bilder: BMW, AZL

BMWs

neue «Neue Klasse» wird nicht viel gemein haben mit der «Neuen Klasse» der 1960er-Jahre, welche seinerzeit mit dem Modell 1500 eingeführt wurde. Die Bayern verwenden den Namen vielmehr für ihre neue Fahrzeugarchitektur, auf der künftige Plattformen für reine Elektrofahrzeuge basieren werden. Erste Modelle dieser «Neuen Klasse» sind für 2025 angekündigt. Sie werden über BMWs «eDrive»-Technologie der dann 6. Generation verfügen, für die das Unternehmen sowohl das Format als auch die Chemie der Batteriezellen grundlegend weiterentwickelt hat.

Rundzellen mit neuer Chemie Neu kommen Rundzellen zum Einsatz, die einen einheitlichen Durchmesser von 46 mm aufweisen und – offenbar je nach Fahrzeugsegment – in zwei Höhenvarianten eingesetzt werden. Im Vergleich zu den prismatischen Zellen der 5. BMWBatteriezellgeneration wird in den Rundzellen kathodenseitig der

Nickelgehalt erhöht und der Kobaltanteil reduziert. Für die Anode wird mehr Silizium verwendet. Das Resultat dieser weiterentwickelten Zellchemie (und -form) kann sich sehen lassen: Die volumetrische Energiedichte in der Zelle steigt um mehr als 20 %. Gemäss BMW soll es so möglich sein, im reichweitenstärksten Modell die Reichweite deutlich um bis zu 30 % (nach WLTP) zu erhöhen.

Cell-to-Pack-Aufbau

Beim Aufbau der gesamten Batterie entfällt die Ebene der Zell- bzw. Batteriemodule, die Zellen werden also direkt zur Batterie verbaut (Cellto-Pack, siehe Bild rechts). Dabei übernimmt das Speichersystem eine tragende Rolle in der Karosseriestruktur der «Neuen Klasse». Einen ähnlichen Ansatz hat kürzlich auch Tesla mit seinem «Structural Battery Pack» vorgestellt. BMW nennt das System «Pack-to-open-body». Durch die neuen Batteriezellen in Verbindung mit dem neuen Integrationskonzept können die Kosten für den

gesamten Hochvoltspeicher im Vergleich zur 5. Generation ungefähr halbiert werden.

Ganz gemäss dem sich momentan abzeichnenden allgemeinen Trend werden auch die Fahrzeuge der «Neuen Klasse» über eine 800-V-Architektur verfügen, was unter anderem Vorteile beim Laden mit sich bringt. An Gleichstrom-Schnellladestationen etwa lässt sich bei einer Stromstärke von bis zu 500 A eine deutlich gesteigerte Ladeleistung erzielen, so dass

sich der erforderliche Zeitaufwand für das Au aden von 10 % auf 80 % um bis zu 30 % reduziert.

Neue Batteriezellfabriken arbeiten mit «Grünstrom» und Sekundärmaterial

Die Batteriezellen sollen in neuen Produktionsbetrieben gefertigt werden. Dazu hat die BMW Group einen zweistelligen Milliarden-Eurobetrag an zwei Partner für den Bau von Batteriezellfabriken vergeben: Die chinesischen Unternehmen CATL und EVE Energy werden in China und Europa jeweils zwei Gigafactories errichten, von denen jede über eine jährliche Gesamtkapazität von bis zu 20 GWh verfügen soll. Zwei weitere Batteriezellfabriken, für die die Nominierung der Partner noch aussteht, sollen in der Region der nordamerikanischen Freihandelszone USMCA entstehen.

Für die Produktion der Batteriezellen werden die Zellhersteller Kobalt, Lithium und Nickel einsetzen, das anteilig aus Sekundärmaterial besteht, also aus nicht neu abgebauten, sondern sich bereits im Kreislauf be ndlichen Rohstoffen. Zusammen mit der Verp ichtung, für die Produktion der Batteriezellen ausschliesslich «Grünstrom» aus erneuerbaren Energien zu verwenden, wird die BMW Group so den CO2-Footprint in der Batteriezellproduktion um bis zu 60 % gegenüber der aktuellen Generation von Batteriezellen reduzieren.

Oben der herkömmliche Batterieaufbau mit Zellmodulen, unten Cell-to-Pack. In dieser Illustration des Aachener Zentrums für integrativen Leichtbau (AZL), das dieses Jahr ein Projekt zu Cell-to-Pack-Batteriegehäusen startet, werden prismatische Zellen verwendet.

BMW wird ab 2025 zylindrische anstelle prismatischer Batteriezellen in seinen Hochvoltspeichern verbauen.

Nutzfahrzeug-Radlager

WENIGER REIBUNG, MEHR FUNKTIONEN

Schaef er hat auf der Messe IAA Transportation Lagerinnovationen für Nutzfahrzeuge präsentiert. Neben Lagern, welche die Reibleistung weiter verringern, standen ein Radlager mit integrierter Reifendruckfüllfunktion sowie ein «intelligentes» Radlager mit smarten Sensoren im Fokus.

Lager haben gerade bei leichten – und mehr noch bei schweren – Nutzfahrzeugen ein grosses Potenzial, Verluste zu reduzieren und damit Verbrauch und CO2 Emissionen zu senken. Schaef er optimiert seine Lager daher kontinuierlich mit neuen Dichtungen, einem optimierten Design sowie immer geringeren Toleranzen und hat nun speziell für Nutzfahrzeuge eine Radlagereinheit entwickelt, welche die Reibleistung abermals deutlich verringert. Dabei kommen eine innovative Bauform, eine neuartige Wärmebehandlung sowie ein angepasstes Dichtungs konzept zur Anwendung. Am Beispiel einer getriebenen 13-t-Hinterachse ergeben sich daraus eine um 56 % geringere Reibung und eine Ener gieeinsparung von bis zu 600 W. Bei einem Nfz mit einer elektrischen Reichweite von 500 km bedeutet

das eine Energieeinsparung von bis zu 11 kWh bei jedem Ladevorgang.

Das dreireihige «TriFinity»-Kugellager wiederum wurde für leichte Nutzfahrzeuge vom Pick-up-Truck bis zum Transporter entwickelt. Es ermöglicht im Vergleich zu einem Standardlager mit zwei Kugelreihen die Übertragung von mehr Achslast, was beispielsweise im innerstäd tischen Transport wichtig ist, und reduziert den Stromverbrauch des Fahrzeugs.

Reifendruckfüllfunktion

integriert

Mehr noch als bei PW hat der Reifendruck Ein uss auf Treibstoff bzw. Energieverbrauch und Reifen verschleiss von Trucks. Schaef er hat deshalb ein Radlager mit integrierter Dichtung entwickelt, das dabei hilft, den Reifendruck während der Fahrt optimal an die aktuellen Be

dingungen anzupassen. Es hat eine Druckluftdrehdurchführung zum Rei fen, und eingebettet in ein System des Fahrzeugherstellers kann damit der Luftdruck in den Reifen auf allen Achsen automatisch verringert und erhöht werden. Wird beispielsweise das Fahrzeug beladen, kann der Reifendruck automatisch auf einen optimalen Wert erhöht und später wieder abgesenkt werden, sobald es entladen wird.

Natürlich können auch hohe Tem peraturen dazu führen, dass der Reifendruck steigt. Auch hier hilft das neue Radlager dabei, den Druck in den Reifen stets auf einem optimalen Wert zu halten. Einen zu sätzlichen Mehrwert hat das System bei Off-Highway-Anwendungen: Auf unbefestigtem Untergrund wie Matsch oder Sand lassen Fahrer den Reifendruck gezielt ab, um mehr Traktion zu haben. Zurück auf der

befestigten Strasse werden die Rei fen dann wieder aufgepumpt. Über das Radlagersystem mit eingebau ter Befüllung können auch diese Anpassungen künftig automatisch erfolgen.

Radlager werden «intelligent»

Mit einem neuen, «intelligenten» Radlager will Schaef er dabei helfen, Trucks zu digitalisieren und die Ent wicklung des automatisierten Fah rens zu beschleunigen. Dank smarter Sensoren kann damit der technische Zustand des Lagers sowie der Räder aus der Ferne überwacht werden, und Flottenbetreiber können künftig einen Hinweis erhalten, noch bevor ein möglicher Schaden und somit Ausfall des Fahrzeugs droht. Zudem messen die integrierten Sensoren in Bruchteilen einer Sekunde Rad kräfte, Bremskräfte, Vibrationen so wie die Temperatur am Radkopf und liefern ergo wertvolle Daten, die für das automatisierte Fahren und digitale Dienste benötigt werden. So lassen sich auf Basis der ge wonnenen Daten beispielsweise Ladungsverschiebungen erkennen und die Strassenbeschaffenheit so wie der Fahrbahnuntergrund ablei ten. (sag/pd)

AUTEF

Speziell

Das Radlager mit integrierter Dichtung hat eine Druckluftdrehdurchführung zum Reifen.

Dank integrierter Sensoren kann der technische Zustand von Lager und Rad aus der Ferne überwacht werden.

und Informatik-

das Carrosserie-

Garagen

Miteinem Text von circa 500 Zeichen und einem Bild können Sie den Lesern von AUTO& Wirtschaft an dieser Stelle ein Produkt aus Ihrem Sortiment präsentieren. Eine Neuheit, Sonderangebote oder was immer Sie kurz und prägnant vorstellen wollen, ndet in der Rubrik «Produkte» seinen angemessenen Platz und entsprechende Aufmerksamkeit – für nur 280 Franken erreicht Ihre Meldung mit der Leserschaft der AUTO&Wirtschaft die Entscheidungsträger in der Schweizer Automobilbranche.

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LESEN SIE IN DER AUSGABE

& Wir tschaft

&Technik

TITELTHEMA

Leichte Nutzfahrzeuge / Auf- und Umbauten Transporter bzw. leichte Nutzfahrzeuge sind vermehrt auch mit alternativen Antrieben erhältlich. A&W gibt einen Überblick der Fahrzeuge in diesem Segment und stellt innovative Lösungen von Schweizer Auf- und Umbauern vor.

WIRTSCHAFT

Prüftechnik

Bremsprüfstände, Lenkgeometrievermessung, Stossdämpferdiagnose: Wir zeigen den Stand der Technik bei den Geräten.

Weitere Themen der Novemberausgabe sind Krankenkassen sowie Verbrauchsmaterial, Chemie und Papier.

AUTO-EVENTS 2022

FACHWISSEN

Dediziertes Hybridgetriebe Dedizierte Getriebe werden bei hybridisierten Fahrzeugen eingebaut. Sie weisen vielleicht keine Kupplung oder keinen Rückwärtsgang auf und funktionieren aus diesem Grund nur, wenn neben dem Verbrennungsmotor auch ein elektrischer Antrieb vorhanden ist. Vitesco hat ein neues einfaches dediziertes Hybridgetriebe entwickelt und will den Hybridantrieb damit «besser» machen. Das «Fachwissen» der November-Ausgabe beschreibt den Aufbau und die Funktion dieses Aggregats.

SCHWERPUNKT

Aus- und Weiterbildung

Gerade im Carrosseriebereich, wo immer wieder neue Produkte auf den Markt kommen, die neue Applikationstechniken vorschreiben, und die Digitalisierung langsam Einzug hält, ist die regelmässige Weiterbildung für die Mitarbeitenden sehr wichtig. Dafür bieten verschiedene Lacklieferanten sowie Werkzeug- und Maschinenhersteller spezi sche Schulungsprogramme an. Lesen Sie in AUTO&Carrosserie, wer welche Kurse anbietet, was sie dem Teilnehmer bringen und wie man sich anmeldet.

Die AUTO&Carrosserie-Ausgabe 4/2022 erscheint Mitte Dezember.

01.09.22-30.11.22James Bond & 60er AutolustSafenwilemilfreyclassics.ch

michaelskreuzrennen.ch

klassischer AutomobileToffen

Barth Trackday Mugello (I)fredybarth.ch

10.11.22-13.11.22Auto Zürich Zürich auto-zuerich.ch

Marathon Basel raid.ch

Motor Show Essen (D)essen-motorshow.de

17.01.23Tag der Garagisten Bern agvs-upsa.ch

AUTO ZÜRICH 2022

Vom

bis 13. November

in der Messe Zürich wieder die Auto Zürich statt – analog. Digitale

haben sich zwar in den vergangenen Jahren zu dominierenden Elementen entwickelt, die beim Kauf und Verkauf eine essenzielle Rolle einnehmen und aus dem Handel nicht mehr wegzudenken sind. Die Organisatoren der Auto Zürich stellen sich aktiv dieser Transformation. So wurden in den letzten zwei Jahren trotz herausfor-

dernder Rahmenbedingungen signi kante Investitionen zugunsten neuer Konzepte und Partnerschaften getätigt. Getragen wird dies von der Überzeugung, dass intelligent konzipierte Messen auch in digitalen Zeiten eine Berechtigung haben: als Begegnungsstätte, als eine Plattform, auf der Menschen zusammenkommen, um sich auszutauschen sowie neue Eindrücke und Erfahrungen zu sammeln.

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