10 | OKTOBER 2023
www.auto-wirtschaft.ch NEWS Dreidimensionale Thermal Barriers für Batterien Batteriekühlung von der Natur abgeschaut E-Decoupling-Einheit für Elektrofahrzeuge Reinigungssystem für Umgebungssensoren
FACHWISSEN Das Bessere ist des Guten Feind! Die deutsche Firma KW ist bekannt für ihre gelb-lila lackierten Feder-Dämpfer-Systeme. Ihre Verdrängerkolbentechnik hat in der Schwingungsdämpfertechnologie neue Türen geöffnet – für Hersteller und Anwender.
TECHNIK 500 Meter vorausplanen Ein neuer, vorausschauender Abstandsregeltempomat von ZF soll bis zu acht Prozent mehr Reichweite ermöglichen – mit Hilfe eines Optimierungsalgorithmus mit modellprädiktiver Regelung des Schweizer Softwareunternehmens Embotech. Sonne tanken Das Fraunhofer ISE zeigt, wie sich Solarzellen in die StandardBlechmotorhaube eines Personenwagens integrieren lassen, und verfügt über eine Technologie, mit der die solaraktive Fläche der Farbe des Autos angepasst werden kann.
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FREUDENBERG SEALING TECHNOLOGIES
DREIDIMENSIONALE THERMAL BARRIERS FÜR BATTERIEN
Bild: Freudenberg
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ei Lithium-Ionen-Batterien steigt bei höherer Energiedichte die Gefahr des thermischen Durchgehens (Thermal Runaway). Um dies zu verhindern, hat Freudenberg Sealing Technologies so genannte Thermal Barriers entwickelt. Diese Schutzschichten verlangsamen oder verhindern die Ausbreitung von Wärme und Flammen in der Batterie. Neben den bereits bestehenden zweidimensionalen Thermal Barriers (z. B. als flache Matten oder Ummantelungen) sind sie jetzt auch in massgeschneiderten, flexiblen 3D-Geometrien verfügbar. So lassen sich in Gross- und Kleinserienfertigungsverfahren mittels Spritzguss und Extrusion kundenspezifische, dreidimensionale Geometrien etwa für Profildichtungen, Modulabtrennungen und Ab-
Thermal Barriers von Freudenberg dienen als Schutzschichten zur Wärmedämmung in Batterien und sind nun auch in flexiblen 3D-Geometrien verfügbar.
deckungen herstellen. Dabei sind die gefertigten 3D-Geometrien leicht und wirken sich deshalb nur minimal auf das Gesamtgewicht der Batterie aus. Werkstoffexperten von Freudenberg haben für diese Anwendungen hitzebeständige, elektrisch und thermisch isolierende Materialien entwickelt und in Tests nachgewiesen, dass diese Temperaturen bis 1200 °C sicher standhalten. Diese Hitzebeständigkeit erhalten die compoundierten Polymere durch ihre spezielle Zusammensetzung, die sie auch gegen Partikelstösse, wie sie bei der Entlüftung von Zellen entstehen, beständig macht. Für die «3D Thermal Barriers» kommen Elastomerlösungen, sei es in fester Form oder als Schaum, sowie Plastikkomponenten wie Quantix Ultra zum Einsatz. (pd/sag)
MAHLE
BATTERIEKÜHLUNG VON DER NATUR ABGESCHAUT Bild: Mahle GmbH
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ithium-Ionen-Batterien sind sehr temperaturempfindlich. 40 °C sollte die Zelltemperatur über längere Zeiträume nicht überschreiten – auch unter extremen Bedingungen wie beim Schnellladen. Gleichzeitig muss die Temperaturverteilung über alle Zellen hinweg möglichst gleichmässig sein. Die Batterien werden deshalb in der Regel über durchströmte Platten gekühlt. Mahle hat nun einen Technologiesprung bei seiner neuen Batteriekühlplatte erzielt. Die Ingenieure des Konzerns haben für die Kühlkanäle eine bionische – also der Natur nachempfundene – Struktur entwickelt, die dazu führt, dass die Kühlflüssigkeit anders fliesst. Die Fliessgeschwindigkeit des Kühlmittels wird bedarfsgerecht angesteuert: Vor allem bei geringen
Die neue Kühlplatte für Lithium-Ionen-Batterien verfügt über Kühlkanäle mit einer bionischen, also der Natur nachempfundenen Struktur.
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Temperaturunterschieden zwischen Batteriezellen und Kühlmittel verbessert sich die Wärmeübertragung durch höhere Fliessgeschwindigkeit. Die bionische Batteriekühlplatte von Mahle wirkt dabei so effizient, dass die Temperaturspanne um 50 % reduziert und dabei insbesondere die Spitzentemperaturen deutlich gesenkt werden können. Die thermodynamische Leistungsfähigkeit und die strukturmechanischen Eigenschaften der Kühlplatte wurden erheblich verbessert, und im Ergebnis konnte Mahle die Kühlleistung um 10 % steigern und den Druckverlust um 20 % senken. Dadurch lässt sich die Batterie zuverlässig und homogen im notwendigen Temperaturfenster halten. Sie wird so leistungsfähiger und kann schneller geladen werden. (pd/sag)
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MAGNA
E-DECOUPLING-EINHEIT FÜR ELEKTROFAHRZEUGE wird dies durch die Verringerung der Schleppmomentverluste des E-Motors und des Getriebes. Die Decoupling-Schaltvorgänge werden von einer Software gesteuert. Die E-Decoupling-Einheit, die im Magna-Werk in Lannach, Österreich, produziert wird, bietet den Kunden verschiedene Vorteile. Dazu zählen etwa ein hervorragendes NVH-Verhalten (Noise, Vibration, Harshness) dank der nahtlosen Integration über die Antriebsstrangsteuerung sowie eine schnelle Aktivierungszeit von weniger als 100 ms. Dank des kompakten Designs der Einheit konnte der zusätzliche Bauraum minimiert werden, was dazu beiträgt, dass sie für den Einsatz in Elektro- und Hybridfahrzeugen vom B-Segment bis hin zu SUV und leichten Nutzfahr zeugen skalierbar ist. (pd/sag)
Bild: Magna
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agna hat den Produktionsbeginn einer neuen modularen EDecoupling-Einheit für batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) angekündigt. Die nach Angaben des Unternehmens erste auf dem Markt erhältliche eigenständige Lösung für BEV wird zuerst in mehreren Fahrzeugmodellen eines deutschen Premiumherstellers zum Einsatz kommen. Die E-Decoupling-Einheit ist eine elektromechanische Vorrichtung, die den E-Motor von der Antriebswelle in Elektrofahrzeugen trennt, wenn keine Antriebskraft benötigt wird (und nicht rekuperiert werden soll), wodurch der Energieverbrauch verringert und die Effizienz erhöht wird. Sie kann dazu beitragen, die elektrische Reichweite um bis zu 9 % zu erhöhen. Erreicht
Die elektromechanische E-Decoupling-Einheit von Magna kann den Elektromotor von der Antriebswelle trennen, wenn keine Antriebskraft benötigt wird.
VITESCO TECHNOLOGIES / CEBI GROUP
REINIGUNGSSYSTEM FÜR UMGEBUNGSSENSOREN Bild: Vitesco Technologies
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itesco Technologies, ein internationaler Hersteller moderner Antriebstechnologien und Elektrifizierungslösungen, und Cebi Group, Spezialist für Wischwassersysteme, kooperieren zur gemeinsamen Entwicklung des Advanced-Sensor-Cleaning-Systems (ASCS). Die hoch integrierte All-in-one-Lösung kann mit nur einer einzigen Infrastruktur mehr als zehn Umgebungssensoren mit Wasserdruck von bis zu 7 bar sauber halten. Damit wird eine wichtige Voraussetzung für das autonome elektrische Fahren erfüllt. Denn Umgebungssensoren wie Kameras und Lidare müssen bei Wind und Wetter sauber bleiben, die Sensordaten bilden schliesslich die Grundlage für die sichere Durchführung der Fahrfunktion.
Das Advanced-Sensor-Cleaning-System kann mit nur einer einzigen Infrastruktur mehr als zehn Umgebungssensoren mit Wasserdruck sauber halten.
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Vitesco liefert drei Kernkomponenten für das neue Sensor-Reinigungssystem und sorgt für die funktionale Integration: Eine bürstenlose und kompakte Hochdruckpumpe mit 2 bis 7 bar Förderdruck stellt das Reinigungswasser für die komplette Sensorausstattung eines Fahrzeugs bereit. Ein spezieller Verteiler schaltet die jeweils benötigte Verbindung von der Pumpe zum richtigen Sen sor. Die Steuerelektronik kommt ebenfalls von Vitesco Technologies. Cebi Group ihrerseits entwickelt und liefert den grossen Wasserbehälter mit bis zu vier zusätzlichen Waschpumpen für die herkömmliche Scheiben- und Scheinwerferreinigung, die komplexe Verschlauchung, die Düsentechnik sowie die komplette mechanische Systemintegration im Fahrzeug. (pd/sag)
66 10/23 FACHWISSEN Fahrwerktechnik
DAS BESSERE IST DES GUTEN FEIND! Die deutsche Firma KW ist bekannt für ihre gelb-lila lackierten Feder-Dämpfer-Systeme. Ausser mit der Farbe hat sich die Firma ihren guten Namen nicht vergebens verdient. Die Verdrängertechnik hat in der Schwingungsdämpfertechnologie neue Türen geöffnet – für Hersteller und Anwender. Text: Andreas Lerch | Bilder: KW automotive, Lerch «Nicht-Newton’sches Material» ist, verhält es sich anders. Gummi verkrallt sich mit der porösen Strassenoberfläche, und somit kommt beim Reifen eben auch die Auflagefläche zum Tragen. Liegt der Reifen nicht unter allen Bedingungen mit seiner ganzen Breite auf der Strasse, geht Reibungskraft verloren und damit Fahrsicherheit.
Bild 1. Ein ausgereifter Schwingungsdämpfer aus dem Haus KW mit Einstellmöglichkeiten von zwei Belastungsabschnitten der Druck- und der Zugstufe (Low-, Highspeed).
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ngefederte Fahrzeuge wie z. B. Leiterwagen sind nur für geringe Geschwindigkeiten geeignet. Sonst werden sie erstens unbequem und zweitens gefährlich. Da sich zwischen den Rädern und der Strasse kein Gummi befindet, ist der Reibwert schlecht, und weil die Unebenheiten der Strasse nicht aufgefangen werden können, ist auch die Radbelastung oder der Anpressdruck des Rades sehr ungleichmässig oder vor allem unregelmässig. Da die Reibungskraft (Grip) aber direkt vom Reibwert und der Anpresskraft abhängt, ist es wichtig, dass diese beiden physikalischen Grössen möglichst optimal beeinflusst werden.
Einfluss der Räderposition Dazu muss das ganze Fahrwerk untersucht und miteinbezogen werden. Es fängt bereits mit der selbsttragenden Karosserie an. Diese kann unterschiedlich steif gebaut sein. Das heisst, bei Schlägen kann sie nachgeben und sich leicht verbiegen oder sie kann sich verdrehen usw. Diese Karosseriebewegungen wirken über die Radaufhängung auf die Räder und beeinflussen deren Auflage auf der Strasse und somit den Grip. Auch die Radaufhängung kann beim Ein- und Ausfedern die Berührungsfläche der Räder auf der Strasse beeinflussen. Wenn die Pneus sich nach dem Newton’schen Reibungsgesetz verhalten würden, spielte das keine Rolle. Da Gummi aber ein
Belastung der Räder Wenn davon ausgegangen wird, dass die Räder in jeder Fahrzeuglage flach auf der Strasse liegen und die Kräfte auf der maximalen Übertragungsfläche weiterleiten können, geht es im zweiten Schritt darum, dass die Anpresskräfte (= Normalkräfte) der Räder auf den Boden immer möglichst gross und möglichst gleichmässig sind. Und hier kommen die Feder-Dämpfersysteme zum Zug. Im Bild 2 sind einige Extrembeispiele dargestellt. Es ist vereinfacht nur ein Rad und ein Fahrzeugaufbau gezeichnet. Das Rad stellt die ungefederte, der Aufbau die gefederte Masse dar. Am einfachsten kann ein guter Federungskomfort erreicht werden, wenn das Masseverhältnis von gefederter zu ungefederter Masse möglichst gross ist. Konstruktiv gehören zur ungefederten Masse die Räder, die Radnaben und die Bremsen (vgl. AUTO&Technik 12/2016: «Für Sicherheit und Komfort – Ungefederte Massen»). Fährt ein Auto gemäss Bild 2 auf eine Bodenwelle zu, wird die ungefederte Masse der Bodenwelle folgen müssen. Dabei wird die Schraubenfeder komprimiert und (mit Verzögerung) der Aufbau angehoben. Damit kommt eine Schwingung in Gang,
welche von dem Schwingungsdämpfer vermindert wird, indem die kinetische Schwingungsenergie in Wärme umgewandelt wird. In Bild 2a ist die Verbindung der beiden Massen starr. Damit ist eigentlich das Fahrwerk des Leiterwagens dargestellt (beim Fahrzeug ist zwar noch etwas Reifenfederung vorhanden). Bild 2b zeigt die Situation ohne Schwingungsdämpfer. Wenn der fehlt, schwingt das Sys tem weiter, bis die Energie durch Molekularreibung in den Federn in Wärme umgewandelt ist. Der Fahr zeugaufbau kommt also kaum mehr aus dem Schwingen heraus. In Bild 2c sind die Feder und der Schwingungsdämpfer aufeinander abgestimmt, aber in 2d ist eine viel zu harte Feder montiert. Diese Feder lässt sich durch den Impuls der Bodenwelle nur mässig zusammendrücken und der Aufbau reagiert ähnlich wie in Bild 2a. Die Schwingung, welche entsteht, hat eine hohe Frequenz, dafür nur eine kleine Amplitude. Der Schwingungsdämpfer kann schlecht eingestellt werden, weil die Feder sehr hart ist. Im Bild 2e ist eine sehr weiche Feder eingebaut. Die möchte sofort und ungebremst mit langsamer Frequenz aber grosser Amplitude schwingen. Dämpfereinstellung In diesem Fall (2e) kann mit einem entsprechend eingestellten Schwingungsdämpfer der Feder so viel Bewegung zugestanden werden, wie der Entwickler will. In der Druckstufe muss genau so viel Öl durchfliessen, dass das Rad der Unebenheit folgen und dabei der Aufbau nicht allzu hoch aufschwingen kann. Wenn sich das Rad nach der Bodenwelle wieder nach unten bewegt und der Schwingungsdämpfer auseinandergezogen wird (Zugstufe), muss er genau so viel Bewegung zulassen, dass das Rad den Bodendruck aufrechthalten kann. Auf keinen Fall darf es abheben. Dabei muss aber immer noch beachtet werden, dass der Aufbau nicht zu stark weiterschwingt.
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Bild 2. Verbindungsmöglichkeiten zwischen gefederter und ungefederter Masse. a starre Verbindung – b nur Federverbindung – c bis e Feder-Dämpfer-Verbindung mit unterschiedlich harten Federn. Grenzen und Kompromisse Auch wenn im Bild 2c Feder und Dämpfer aufeinander abgestimmt sind, ist das ein Kompromiss, denn nicht jede Bodenwelle hat die gleiche geometrische Form und das Auto fährt nicht immer mit der gleichen Geschwindigkeit darüber. Bei höheren Geschwindigkeiten werden die Beschleunigungskräfte grösser und der Schwingungsdämpfer müsste härter eingestellt werden oder die Feder müsste eine grössere Federrate aufweisen. Federrate Die Federrate gibt an, mit wie vie len Newton Kraft auf eine Feder gedrückt werden muss, damit diese um einen Meter zusammengedrückt wird (Bild 3). Da ein Meter für eine Feder ein grosses Mass ist, ein Newton für die Fahrzeugfeder aber nur eine sehr kleine Kraft darstellt, ist für die Federraten auch die Einheit N/mm gebräuchlich. Handelt es sich dabei um eine konstante Zahl, so ergibt sich in einem Diagramm eine gerade Linie. Man spricht von einer linearen Feder. Verändert sich die Zahl, so ergibt sich im Diagramm eine gebogene Linie. Die Feder ist somit progressiv oder degressiv. Der deutsche Fahrwerksspezialist KW Automotive GmbH ist bekannt durch sein grosses Programm an
Tieferlegungssätzen und speziellen, meistens verstellbaren Schwingungsdämpfern. Thomas Rechenberg ist bei KW Leiter des Rennsportbereichs und sagt zu der Federrate von Fahrzeugfedern: «Diese sollte so weich wie möglich sein, aber so hart wie nötig» und «die Dämpfer können hin und her eingestellt werden, das wahre Grip-Potenzial wird aus den Federn geschöpft.» Natürlich spricht er in diesem Moment vom Renntuning. Was aber dort sein muss, kann ja im Serienfahrzeug nicht falsch sein. Wenn es nicht für mehr Performance herangezogen werden muss, so bringt es mehr Sicherheit. Schwingungsdämpfer Offenbar wird das Fahrwerk mit einem neuen oder anderen Schwingungsdämpfer nicht unbedingt verbessert. Nur wenn Feder und Dämpfer zusammenpassen, kann ein gut abgestimmtes Fahrwerk entstehen. So macht es wohl Sinn, beide Teile gemeinsam zu erneuern, wenn das Originalprodukt den Ansprüchen nicht genügt. Die Firma KW beschäftigt sich seit den 1990er Jahren mit Fahrwerken und spezialisierte sich auf das Tieferlegen von Fahrzeugen. Dazu gehörte immer mehr auch die Anpassung der Federung und Dämpfung. So stehen
heute verschiedenste Dämpfersysteme im Regal, welche mit Federn und Tieferlegungssätzen kombiniert werden können. Aufbau Im Bild 4 ist ein Federbein abgebildet. Dabei beginnt die Aufzählung mit dem Federteller (1). Dieser hält die Feder in Position, hilft aber auch, die Übertragung von Schwingungen vom Fahrwerk auf den Fahrzeugaufbau zu vermindern. Das in Lila lackierte Teil besteht bei KW aus einer
Aluminiumlegierung oder aus einem Polyamid-Verbundwerkstoff. Die Vor spannfeder (2) besteht aus einer Chrom-Silizium-Federstahllegierung und hat keinen runden, sondern einen flach-rechteckigen Querschnitt. Die weiche Feder hat die Aufgabe, die Hauptfeder immer unter Spannung zu halten. Ist die Hauptfeder belastet, ist die Vorspannfeder vollständig zusammengedrückt, also «auf Block». Damit sie das problemlos aushalten kann, hat sie eben keinen runden Querschnitt. Ist die Hauptfeder aber entlastet (bei einem Sprung des Fahrzeugs oder auf dem Werkstattlift), verhindert sie, dass die Hauptfeder aus der Führung fällt. Die Verbindung mit der Hauptfeder erfolgt über einen Zwischenring (3) aus Polyamid-Verbundwerkstoff. Die Staubschutzkappe (4) schützt das Dichtungspaket um die Schwingungsdämpferkolbenstange vor Wasser- oder Schmutzeintritt. Der Elastomer-Kunststoff wirkt auch als passives Federungselement, sollte das Fahrwerk einmal durchschlagen. Die Hauptfeder (5) weist je nach Anwendung eine lineare oder progressive Kennlinie auf. Sie lagert unten auf dem Gewindering (6) aus Polyamid-Verbundwerkstoff mit
Bild 3. Das Federratendiagramm zeigt, ob es sich um eine weiche oder harte, eine lineare, progressive oder eine degressive Feder handelt.
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Bild 4. Aufbau eines KW-Federbeins: 1 Federteller – 2 Vorspannfeder – 3 Zwischenring – 4 Staubschutzkappe, passive Elastomerfeder – 5 Hauptfeder – 6 Gewindering – 7 Edelstahlgehäuse – 8 bis 11 Ventileinstellschrauben. einer Edelstahleinlage. KW hat mit dieser Werkstoffkombination die besten Erfahrungen in Bezug auf Korrosion und Langlebigkeit gemacht. Das Federbeingehäuse ist für Serienfahrzeuge aus Edelstahl gefertigt. Im Rennbetrieb werden Festigkeit und Masse höher gewichtet, deshalb wird dort nicht rostfreier Stahl eingesetzt. Das lange Gewinde, auf welchem der Gewindering (6) läuft, ist ein robustes Trapezgewinde. Damit haben die Entwickler die besten Erfahrungen punkto Langlebigkeit gemacht. Die Positionen 8 bis 11 in Bild 4 weisen auf die Einstellrädchen hin, mit welchen die verschiedenen Ventile des Schwingungsdämpfers beeinflusst werden können.
Hydraulische Funktion Bild 5 zeigt die grundsätzlichen hydraulischen Funktionen von Schwingungsdämpfern. Bei einem Einrohrdämpfer müssen alle Ventile im Kolben untergebracht werden, was für die Entwickler eine Herausforderung darstellt. Bei den ZweirohrSchwingungsdämpfern (und den Zweirohrdämpfern mit Gasvorspannung), wie sie von KW vor allem gebaut werden, sind die Ventile zwischen Kolben und der Bodenventilplatte aufgeteilt. KW hat in neuen Schwingungsdämpferentwicklungen alle Ventile in einen Ventilblock zusammengefasst und am Dämpfergehäuse befestigt. Die Dämpfungsfunktion teilt sich in die Druck- und die Zugstufe auf. Wird der Dämpfer zusammengedrückt (Fahrzeug federt ein), spricht man von der Druckstufe. Der Kolben und die Kolbenstange werden in den Zylinder hineingestossen, der untere Druckraum kommt unter Druck und das Öl verlässt ihn durch die Dämpfungsventile im Bodenventil. Über dem Kolben wird der Kolbenstangenraum grösser. Damit sich kein Vakuum bilden kann, sind die beiden Druckräume mit Rückschlagventilen verbunden. So wird nicht das gesamte Ölvolumen durch die Dämpfungsventile gedrückt. Ein Teil fliesst ohne Dämpfwirkung in den oberen Kolbenstangenraum. Im Bild 5 stel len die Ventile im grünen Kasten die Bodenventilgruppe dar, jene im violetten Kasten die Kolbenventilgruppe. Beide Ventilgruppen beinhalten ein Rückschlagventil (RS) ein LowspeedDämpfungsventil (LS) und ein Highspeed-Dämpfungsventil (HS). In modernen KW-Anwendungen kann in der Druckstufe auch noch ein Blowoff-Ventil (BO) verbaut sein. Federt das Fahrzeug aus, wird der Schwingungsdämpfer auseinandergezogen. Dies ist die Zugstufe, in welcher das Öl im Kolbenstangenraum richtig unter Druck gerät. Deshalb befinden sich die Dämpfungsventile der Zugstufe im Dämpferkolben. Weil im Kolbenstangenraum auch die
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Bild 5. Das hydraulische Schema eines Schwingungsdämpfers. Links die Verbindung zwischen ungefederter und gefederter Masse, rechts die Ventile: RS Rückschlagventil – LS Lowspeed-Ventil – HS Highspeed-Ventil – BO Blowoff-Ventil. Kolbenstange ein gewisses Volumen einnimmt, welches im unteren Raum von Öl gefüllt wird, strömt in der Zugstufe zu wenig Öl vom oberen in den unteren Raum und es muss aus dem Ausgleichsraum Öl über das Rückschlagventil im Bodenventil angesaugt werden, damit es keinen Unterdruck geben kann. Verdrängerkolbentechnik In den modernen Entwicklungen hat KW die Ventile aus dem Dämpferkolben und aus dem Bodenventil genommen und sie in einem speziellen Ventilblock (Bild 6) zusammengefasst. Der grosse Vorteil wird dabei in der Druckstufe erreicht. Die gesamte Ölmenge des grossen unteren Druckraumes wird durch den grünen Ventilblock gedrückt, bevor über das Rückschlagventil im violetten Ventilblock der Ausgleichsraum und der Kolbenstangenraum gefüllt werden. Da ein grösserer Ölstrom fliesst, kann die Dämpfung exakter eingestellt werden. Natürlich muss der Unterdruck im oberen Druckraum genau beachtet werden, denn er darf nicht zu gross werden, da mit zuneh-
mendem Unterdruck der Siedepunkt der Flüssigkeit sinkt. Siedende Flüssigkeiten sind mit Gas durchsetzt, wodurch die Dämpfungsventile wirkungslos werden. Auch in der Zugstufe wird selbstverständlich das ganze unter Druck stehende Öl durch die Dämpfungsventile gedrückt. Die Bauweise mit dem Verdrängerkolben hat noch weitere Vorteile. Die Verstellmöglichkeiten der Ventile im Kolben waren knifflig herzustellen: Die Verstellung musste durch die Kolbenstange laufen und dazu musste diese hohl sein. Ein Kolben ohne Ventile ist viel einfacher zu bauen. Natürlich ist der Aufwand der gesamten Ventileinheit gross. Dafür können die Ventile baukastenartig gefertigt und zusammengestellt werden. Ver schiedene Ventildurchlässe (2 in Bild 6) können mit unterschiedlichen Ventiltellern (3) und Federn (4) kombiniert werden. Damit können Zugstufen-, und Druckstufenventile für alle Anwendungen gebaut werden. Auch die Kegelventile für die LowspeedDämpfung können mehr oder weniger in den Ventilsitz geschraubt werden und so einen grösseren oder
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Bild 6. Verdrängerkolbenventile: 1 Verbindung zum Ausgleichsraum – 2 Ventileinlass – 3 Tellerventil (Highspeed) – 4 Tellerfeder (Highspeed) – 5 Kegelventil (Lowspeed) – 6 Einstellrad Tellerventil – 7 Einstellrad Kegelventil – 8 Zugstufenventil – 9 Druckstufenventil – 10 Verbindung zum Druckraum. kleineren Durchlass aufweisen. Da sich die Einstellschrauben nun direkt bei den Ventilen befinden, wird die Einstellung konstruktiv einfacher und funktional exakter. Damit ist sowohl dem Anwender wie auch dem Hersteller geholfen, was wahrscheinlich langsam in die Richtung «geniale Entwicklung» gehen kann. Sicher musste in die Verbindungsbohrungen zwischen Kolbenstangendruckraum und Ausgleichsraum auch noch einige Arbeit investiert werden, damit das Hydrauliköl möglichst widerstandsfrei durchfliessen kann, der pneumatische Druck im Ausgleichsraum jedoch vom Druckraum ferngehalten werden kann.
Geschäftsführer der KW Automotive (Schweiz) AG, aus. Er sagt: «Lowspeed ist alles, was ‹von oben› kommt.» Es sind also Nick- und Wankbewegungen, welche durch Anfahren, Bremsen und Kurvenfahren angeregt werden. Die Bewegungen «von unten», also durch Strassenunebenheiten hervorgerufene Bewegungen gehen in den Highspeed-Bereich. Blowoff ist dann der Extrembereich in der Druckstufe. Fährt das Rennfahrzeug über Curbs, so muss die Spur gehalten werden. Daher muss sehr schnell viel Öl durch die Ventile gepresst werden, und zu dem Zweck gibt es parallel zu den Druckstufenventilen noch ein Blowoff-Ventil.
Lowspeed und Highspeed KW unterscheidet zwischen Lowspeed und Highspeed. Dabei ist die Dämpferkolbengeschwindigkeit gemeint. Die Grenze kann nicht exakt festgelegt werden. Es kommt darauf, ob es sich um ein Serienfahrwerk oder ein Rennfahrwerk handelt. Die Grenze liegt jedoch zwischen 100 und 300 mm/s Kolbengeschwindigkeit. Einfacher drückt es aber Peter Banz,
Einstellung Zwischen dem Minimum und dem Maximum können die Ventile bis 18 Zwischenpositionen einnehmen. Soll nun das Optimum herausgeholt werden, müsste man eigentlich eine Rennstrecke zur Verfügung haben und so gut Auto fahren, dass mehrere Runden quasi gleich schnell gefahren werden können. Da die wenigsten einen Rundkurs zur Verfügung haben
und auch nur wenige die geforderte Rundenzeitkonstanz hinkriegen, muss es aber auch andere Möglichkeiten geben, um ein derartiges Fahrwerk einzustellen. Grundsätzlich hat das für ein bestimmtes Fahrzeug gekaufte Fahrwerk eine Grundeinstellung, welche für viele Kunden dem Optimum bereits sehr nahekommt, dann können die Mitarbeiter von KW Automotive (Schweiz) AG kompetent beraten und mithelfen – und zum Schluss gibt es auch Weiterbildungskurse, welche zum Teil im Werk im deutschen Fichtenberg stattfinden und die besucht werden können. Es sollte einfach nicht so weit kommen, wie Thomas Rechenberg erwähnt: «Wenn beim 3-fach-Dämp fer die Kennung gut im Fenster liegt und die Federrate zum Auto passt, kann damit unter Umständen besser gefahren werden, als wenn es sich um vollkommen verstellte 4-fach-Dämpfer handelt.» Mit dem 3-fach-Dämpfer ist ein Dämpfer gemeint, bei dem drei Ventile eingestellt werden können. Beim 4-fach-Dämpfer können vier Ventile verstellt werden. Das Programm von KW beinhaltet heute von 2-fach- bis zu 5-fach-Dämpfern, wobei die 4- und 5-fach-Dämpfer Konstruktionen mit Verdrängerkolben sind.
Bild 7. Dämpferkennlinien mit drei Variablen. Die Druckstufe ist unterhalb, die Zugstufe oberhalb der Nulllinie. Die Lowspeed-Ventile sind eher auf der linken Diagrammseite aktiv (kleine Kolbengeschwindigkeit). FRAGEN 1. Welche Bauteile/Baugruppen gehören zur ungefederten Masse? 2. Wo befindet sich das Dämpfungsventil der Zugstufe bei einem konventionellen Zweirohr-Schwingungsdämpfer? 3. Welche Ventile werden aktiv, wenn ein Fahrzeug mit einem 5-fach-Dämpfer über eine Trottoirkante fährt.
LÖSUNG ZUR AUSGABE 9/2023 1. ppm = Parts per Million oder Teile auf eine Million Teile. 10’000 ppm ≙ 1 % 2. Negativ-Emissions-Technologie. Also Technologien, welche der Atmosphäre Emissionen entziehen. 3. Die Energieerzeugung produziert in der Schweiz nur unwesentliche Mengen von Treibhausgasen.
Prüfung und Instandsetzung von Common Rail Injektoren und Hochdruckpumpen
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Geschwindigkeitsbeschränkungen – fliessen fortlaufend in die Auswertung ein, und das Assistenzsystem balanciert Fahrzeit und Energieverbrauch bestmöglich aus.
Kernbestandteil von «Eco Control 4 ACC» ist ein Optimierungsalgorithmus mit modellprädiktiver Regelung, der in Echtzeit Karteninformationen und fahrzeuginterne Informationen über die optimalen Betriebspunkte des Antriebsstrangs auswertet.
Vorausschauender Abstandsregeltempomat
500 METER VORAUSPLANEN Ein neuer, vorausschauender Abstandsregeltempomat von ZF soll bis zu acht Prozent mehr Reichweite ermöglichen – mit Hilfe eines Optimierungsalgorithmus mit modellprädiktiver Regelung des Schweizer Softwareunternehmens Embotech, der Karten- und fahrzeuginterne Informationen in Echtzeit auswertet. Text: Stefan Gfeller | Bilder: ZF, Osram
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ogenannte Horizonterweiterungen oder vorausschauende Systeme informieren die Rechner im Fahrzeug über die vorausliegende Fahrstrecke. Neben Kartendaten werden dazu meist «Schwarminformationen», also von den Sensoren anderer Fahrzeuge erfasste Informationen aus der Cloud zur Berechnung des elektronischen Horizonts verwendet. Dadurch kann beispielsweise auch ein Pannenfahrzeug hinter einer Kurve vorzeitig erkannt und das eigene Auto entsprechend sanft abgebremst werden. Wenn ein solches System jedoch ausschliesslich zur Reichweitenoptimierung bzw. Reduzierung der CO2-Emissionen/des Verbrauchs genutzt werden soll, geht das auch ohne «Schwarmdaten» aus der Cloud, wie ZF und das Schweizer Softwareunternehmen Embotech zeigen: Der Automobilzulieferer hat mit «Eco Control 4 ACC» einen vorausschauenden Abstandsregeltempomaten (Adaptive Cruise Control, ACC) entwickelt, der bis zu 8 % mehr Reichweite bringen soll.
Diese Zusatzfunktion wird durch einen Optimierungsalgorithmus mit modellprädiktiver Regelung (MPC) von Embotech ermöglicht, der einerseits Karteninformationen wie Steigungen, Gefälle und Kurven und andererseits fahrzeuginterne Informationen über die optimalen Betriebspunkte des Antriebsstrangs sowie der Sensoren in Echtzeit auswertet. Reichweite maximieren oder Reisezeit minimieren Das alltagstaugliche und serienreife «Eco Control 4 ACC» ist als Zusatzfunktion für serienmässige Abstandsregeltempomaten sowohl in PW als auch in Nutzfahrzeugen und unabhängig von der Art des Antriebsstrangs einsetzbar. Der Fahrer bestimmt jeweils, ob der vorausschauende Tempomat die Energieeffizienz des Antriebs maximieren oder die Fahrzeit minimieren soll, wobei auch ein ausgewogener Mix aus beiden Strategien möglich ist. Zusätzlich orientiert sich das Assistenzsystem natürlich weitestmöglich an der vom Fahrer
eingestellten Geschwindigkeit, während der Optimierungsalgorithmus mit modellprädiktiver Regelung basierend auf diesen Voreinstellungen automatisch die beste Fahrstrategie wählt. Dazu wertet der Algorithmus kontinuierlich die Kartendaten im Navigationssystem und die Betriebsdaten des Antriebssystems für die nächsten 500 m Wegstrecke aus. Diese Informationen – etwa über folgende Steigungen oder Gefälle, Kurven oder
Ein effizientes Stück Code Das Regelsystem wägt also bei der Optimierung alle Voreinstellungen gegen alle Anwendungsfälle des 500-m-Horizonts in Echtzeit ab und ist so im Gegensatz zu herkömmlichen Abstandsregeltempomaten nicht starr regelbasiert. Darüber hinaus nutzt es die Effizienzkennfelder des Antriebsstrangs, um den aktuellen Betriebspunkt zu optimieren. Dabei ergänzen sich die Kompetenzen von ZF und Embotech optimal: ZF stellt aus seinem Systemverständnis des Gesamtfahrzeugs die passenden Informationen für das Assistenzsystem bereit und steuert das Beschleunigen und Bremsen. Und Embotech bringt sein umfassendes Verständnis für die passenden Algorithmen zur Echtzeitauswertung dieser Daten und seine EmbeddedLösungen ein, wie Alexander Domahidi, CTO und Mitgründer von Embotech, erklärt: «‹Eco Control 4 ACC› ist ein Meilenstein bei der Reduzierung von CO2-Emissionen. Das Einsparpotenzial von bis zu acht Prozent ‹mit nur einem Stück Code› ist ein riesiger Schritt vorwärts, um umweltfreundlichere Mobilität und Transport zu revolutionieren.»
Das System «schaut» stets 500 m voraus, kennt die Topographie und ist so im Gegensatz zu herkömmlichen Abstandsregeltempomaten nicht starr regelbasiert.
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Die Technologie wäre selbstverständlich auch für Metalldächer von Fahrzeugen anwendbar. «Das hätte den Vorteil, sehr viel leichter zu sein als Photovoltaik-Autodächer aus Glas», sagt Dr. Harry Wirth, Bereichsleiter Power Solutions am Fraunhofer ISE.
In Kombination mit «MorphoColor» kann die solaraktive Fläche der Motorhaube an die Farbe des Autos angepasst werden.
Solarzellen in Motorhaube integriert
SONNE TANKEN Das Fraunhofer ISE zeigt, wie sich Solarzellen in die StandardBlechmotorhaube eines Personenwagens integrieren lassen, und verfügt über eine Technologie, mit der die solaraktive Fläche der Farbe des Autos angepasst werden kann. Text: Stefan Gfeller | Bilder: Fraunhofer ISE
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ono Motors ist bei dem Versuch gescheitert, mit dem Sion ein «Solarauto» zur Serienreife zu entwickeln und auf den Markt zu bringen. Der Sion ist endgültig Geschichte und die Firma musste dieses Jahr Insolvenz anmelden. Was aber nicht heissen muss, dass die Idee, Solarzellen in die Karosserie zu integrieren, grundsätzlich eine schlechte ist. Tatsächlich wurden in den letzten Jahren bereits einige erste Fahrzeugmodelle mit integrierter Photovoltaik (PV) im Dach präsentiert, denn das Fahrzeugdach ist die am einfachsten nutzbare Fläche für die Erzeugung von Solarstrom an Bord. Forscherinnen und Forscher des FraunhoferInstituts für Solare Energiesysteme ISE gingen nun einen Schritt weiter
und integrierten im Rahmen zweier öffentlich geförderter Forschungsprojekte Solarzellen in die StandardBlechmotorhaube. 115 Watt Nennleistung «Auf das Motorhaubenblech eines in Deutschland oft verkauften PkwModells haben wir die Solarzellen aufgebracht, verschaltet und mit Folie laminiert», erklärt Dr. Martin Heinrich, Koordinator für PV-Mobilität am Fraunhofer ISE. «Dafür wurde der Laminierungsprozess sorgfältig optimiert, um Luftspalte zu minimieren, Faltenbildung des Folienmoduls aufgrund der gebogenen Oberfläche zu vermeiden und die Gesamtintegrität der Motorhaubenstruktur zu erhalten.» Grundsätzlich sei der Einsatz jeder Solarzellen-Technologie
möglich, das Team des Fraunhofer ISE nutzte für seine Prototypen wahlweise IBC-, PERC-Schindelund TOPCon-Schindel-Solarzellen, um die vorhandene Fläche auf der Motorhaube möglichst gut zu nutzen. Eine kürzlich auf der IAA Mobility ausgestellte Motorhaube mit einer Nennleistung von 115 W ist mit 120 PERC-Schindel-Solarzellen ausgestattet. Herausforderung Metalluntergrund Neben der gebogenen Form ist auch der Untergrund aus Metall – in diesem Fall Blech – anstatt einer klassischen Rückseite aus Folie oder Glas für das Motorhauben-PV-Modul besonders. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten deshalb die Haftungseigenschaften verschiedener Materialkombinationen. Nach der Identifizierung geeigneter Materialien wurden Prototypen mit verschiedenen Stückzahlen an Solarzellen sowie unterschiedlicher Zell- und Verschaltungstechnologien gebaut, die das Team intensiv im Labor testete, um die elektrische Leistung, die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der PV-MotorhaubenDemonstratoren sicherzustellen.
PV-Module in Fahrzeugfarbe Doch zurück zum von Dr. Martin Heinrich erwähnten Laminierungsprozess. Die Laminierung der Oberfläche mit Folie führt einerseits zu einer texturierten Oberflächenstruktur. Andererseits kann die Oberfläche so farblich mittels «MorphoColor»Technologie an die Fahrzeugfarbe angepasst werden. Denn mit «MorphoColor» hat das Fraunhofer ISE noch ein weiteres Ass im Ärmel: Die patentierte Strukturschicht verleiht Photovoltaik-Modulen eine intensive Farbe und wurde ursprünglich für bauwerkintegrierte PV-Anlagen entwickelt. Dabei ist die «MorphoColor»-Farbschicht eine photonische Struktur, bei der eine Interferenzschicht so mit einem geometrisch strukturierten Substrat kombiniert wird, dass sich ein besonders schmalbandiges Reflexionsmaximum ergibt. Weil so nur geringe Teile des Lichtspektrums reflektiert werden, kann das restliche Sonnenlicht ungestört passieren. Die Effizienz des Moduls wird lediglich um weniger als 10 % relativ – verglichen mit einem unbeschichteten Modul – verringert, trotzdem sind die unterliegenden Solarzellen nicht mehr sichtbar.
Detailaufnahme: PERC-SchindelSolarzellen auf einer Blechmotorhaube.
72 10/23 BEZUGSQUELLEN
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74 10/23 VORSCHAU
LESEN SIE IN DER AUSGABE 11/2023: & Wirtschaft
&Technik
FACHWISSEN TITELTHEMA Prüftechnik Bremsprüfstände, Lenkgeometrievermessung, Stossdämpferdiagnose: Wir zeigen den Stand der Technik bei den Geräten.
WIRTSCHAFT 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. Weitere Themen der Novemberausgabe sind Verbrauchsmaterial, Auto Zürich Car Show und Aftermarket-CH/ Carrosserie-CH/Transport-CH.
Audi RS E-Tron GT Neben vielen interessanten Details in der Karosserietechnik, der Aerodynamik, der Fahrwerktechnik und bei den Fahrerassistenzsystemen weist der elektrisch angetriebene Sportwagen Audi RS E-Tron GT interessante Achsantriebe auf. Mit einstufigen oder zweistufigen Getrieben in Planetenbauweise und einem Leichtbaudifferential an der Vorderachse verspricht es, kinematisch interessant zu werden. Daneben verfügt das Fahrzeug über eine 800-V-Technologie, und die Motoren an der Vorder- und Hinterachse erhalten ihre separaten Leistungselektronikanlagen. Das «Fachwissen» der November-Ausgabe nimmt die Achsantriebe des Sportlers mit einer maximalen Systemleistung von 440 kW, der bis 275 kW rekuperieren kann, unter die Lupe.
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 Weiter bildung für die Mitarbeitenden sehr wichtig. Dafür bieten verschiedene Lacklieferanten sowie Werkzeug- und Maschinenhersteller spezifische 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 4/2023 erscheint Mitte Dezember.
AUTO-EVENTS 2023/2024 Termin
Ort
Internet
05.10.23-14.10.23 GIMS Katar
Veranstaltung
Doha
genevamotorshow.com
28.10.23-29.10.23 Raid Autumn
Langenthal
raid.ch
29.10.23
St. Gallen
oldtimermesse-ch.com
02.11.23-05.11.23 Auto Zürich
Zürich
auto-zuerich.ch
08.11.23-11.11.23 Transport-CH
Bern
transport-ch.com
10.11.23-12.11.23 Geneva Vintage Motors
Genf
Lausanne
16.01.24
Tag des Garagisten
Bern
agvs.ch
25.01.24
A&W Branchenanlass
Safenwil
awverlag.ch
27.01.24-29.01.24 GP Ice Race
Zell am See
zellamsee-kaprun.com
31.01.24-04.02.24 Retromobile
Paris
retromobile.com
23.02.24-24.02.24 The Ice St. Moritz
St. Moritz
theicestmoritz.ch
26.02.24-03.03.24 GIMS Genf
Genf
genevamotorshow.com
Oldtimermesse St. Gallen
TRANSPORT-CH 2023
V
om 8. bis 11. November 2023 empfangen in Bern die Carrosserie-CH, Transport-CH und AftermarketCH die Besucher zum Branchentreffpunkt der Mobilitätsbranche. Neben dem nahezu vollbesetzten Ausstellungsgelände trumpfen die Leitmessen dieses Jahr auch mit einem ausgebauten Angebot an Fachveranstaltungen auf. Mit
dem traditionellen Mobility-Forum wird dieses Jahr erstmals auch das «eMobility»-Forum veranstaltet. Die beiden Patronatspartner Carrosserie Suisse und Swiss Automotive Aftermarket SAA laden zudem im Ausstellungsbereich Aussteller und Besucher an allen vier Messetagen im sogenannten «PODIUM» zu Fachreferaten ein. www.transport-CH.com
Schweizer Salon der Mobilitäts-Profis Salon suisse des pros de la mobilité Salone svizzero dei professionisti della mobilità
DER BRANCHENTREFFPUNKT LE RENDEZ-VOUS DE LA BRANCHE IL LUOGO D'INCONTRO DEL SETTORE 08. – 11. NOV. 2023 | BERNEXPO carrosserie-CH.com | transport-CH.com | aftermarket-CH.com
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