FÜR ELEKTROFAHRZEUGE MIT
AUSFAHRBAREM STEER-BY-WIRE-ARM ZUR BEDIENUNG
Yanfeng hat sein «Electric Vehicle Interior»-Konzept (EVI) erstmals in Europa vorgestellt. Die Vision ist ein Fahrzeuginnenraum, der dank der Designfreiheit einzigartige Innenraumerlebnisse bietet und dem Fahrer im Cockpitbereich viel Bewegungsspielraum und Entspannung ermöglicht. Dazu verzichteten die Designer des auf Innenraumkomponenten spezialisierten chinesischen Automobilzulieferers auf die traditionelle Instrumententafel und integrierten alle wichtigen Funktionen in ein innovatives «Smart Cabin Seat»-Modul. Dazu zählen intelligente Oberflächen zur Bedienung und Steuerung des Fahrzeugs, eine aktive Kopfstütze mit Audiofunktionen, fortschrittliche Sicherheitssysteme, eine sitzintegrierte Klimatisierung sowie praktische Ablage- und Lademöglichkeiten.
Das grosse Display im vorderen Teil der Kabine benötigt keine Touch-Interaktion mehr, da die HMI-Anzeigeschnittstelle in den ausfahrbaren Steer-by-Wire-Arm integriert ist.
Das «Smart Cabin Seat»-Modul ist integrativer Bestandteil des EVIKonzepts. Es kombiniert die beiden Vordersitze, eine integrierte Mittelkonsole, ein Steer-by-Wire-Eingabesystem, HMI-Elemente, Displays, Sicherheitsgurte und Airbags sowie ein komfortables HVAC-Mikroklimasystem. Das Steer-by-Wire-System verfügt über ein integriertes Display, das für Interaktionen beim autonomen Fahren eingeklappt werden
kann und für Fahrfunktionen je nach gewünschtem Fahrmodus in eine Lenkposition gebracht wird. Da die HMI-Anzeigeschnittstelle vollständig in den ausfahrbaren Steer-by-WireArm integriert ist, erfordert das grosse Display im vorderen Teil der Kabine keine Touch-Interaktion mehr. So greift das Unternehmen mit dem EVI-Konzept die veränderten Bedürfnisse und Erwartungen von Nutzern von Elektrofahrzeugen auf. «Umfangreiche Studien unseres Research-Teams haben gezeigt, dass Nutzer sich vor allem mehr intuitiv bedienbare Technologie wünschen. Ausserdem wünschen sie sich mehr Raumangebot, das sich deutlich von demjenigen in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor unterscheidet», erläutert Patrik Nebout, Chief Technology Officer von Yanfeng, die Hintergründe zur Entwicklung des Konzepts. (pd/sag)
Bild: Mahle
Bild: Yanfeng
Doppelrotor-Radialflussmotor
ZWEI PRINZIPIEN IN EINEM GEHÄUSE
Nicht nur die Münchner Firma Deep-Drive beschäftigt sich mit Radnabenmotoren. Sie versucht aber, den Herausforderungen zwischen Masse und Drehmoment mit einer neuen Art der permanenterregten Synchronmaschine – der Doppelläufer-Radialflussmaschine – zu begegnen.
Text: Andreas Lerch | Bilder: DeepDrive GmbH, Lerch
Bild 1. Der kleine und leichte Radnabenmotor von Deep-Drive. Die angebaute Leistungselektronik macht die Baugruppe interessant für den Einbau in ein absolut flaches Chassis.
Auch bei der E-Mobilität und den einzelnen Baugruppen gilt grundsätzlich, dass das Bessere des Guten Feind ist. Es wird viel über Verbesserungen im Speicherbereich geschrieben. Da die ersten Lithium-Ionen-Batterien erst in den 1990er-Jahren am Markt erschienen sind, ist es verständlich, dass immer noch in relativ kurzen Intervallen neue Materialkombinationen entwickelt werden. Diese neuen Materialien sind in der Volumen- oder Energiedichte besser oder sie bieten mehr Sicherheit oder sie sind ganz einfach bei ähnlichen Eigenschaften kostengünstiger. So werden in den Fahrzeugen noch einige Zeit neue Batterien eingesetzt werden. Bei der Leistungselektronik wurden ebenfalls neue Materialien vorgestellt. Diese sind natürlich während der Einführungsphase noch sehr teuer und werden aus diesem Grund erst bei teuren Fahrzeugen in kleinen Serien eingebaut. Die Motoren hingegen sind seit vielen Jahrzehnten bekannt und haben in anderen Anwendungen hohe Entwicklungsniveaus erreicht.
Neue Konzepte müssen speziell für den Fahrzeugantrieb von Grund auf neu überlegt, entwickelt und konstruiert werden. Da ist es nicht erstaunlich, dass sich verschiedene Entwickler mit Radnabenmotoren beschäftigen. Trotz der zweifellos tollen Eigenschaften von Radnabenantrieben haben es diese noch kaum über ein Prototypenstadium herausgebracht. Das soll sich nun ändern: Das in München beheimatete Startup-Unternehmen DeepDrive GmbH (Eigenschreibweise: DeepDrive GmbH) hat sich des Radnabenantriebs angenommen und «BMW Startup Garage» will diesen Antrieb in Fahrzeugen auf der Strasse testen.
Deep-Drive GmbH
Sechs der sieben Gründungsmitglieder hatten während des Studiums zusammen an FormulaStudent-Projekten gearbeitet. Nach einigen Industriejahren haben sie sich wieder getroffen und ein neues Projekt lanciert: Deep-Drive. Als Startup-Unternehmen machten sie sich an die Entwicklung eines
Doppelrotor-Radialflussmotors, speziell für den Radnabenantrieb. Heute sind die Entwicklungen so weit fortgeschritten, dass sich «BMW Startup Garage» interessiert und die Antriebe in den Modellen der BMW Group auf der Strasse prüfen will. Dr.-Ing. Alexander Rosen leitet bei Deep-Drive die Systementwicklung. Er hat Erfahrung aus der E-Maschinen-Konstruktion bei Bosch und aus der Forschung beim Fraunhofer Institut mitgebracht. Er macht die bestehenden E-Fahrzeuge nicht grundsätzlich schlecht, betont aber, dass noch manches verbessert werden könne, und genau derartige Verbesserungen habe sich DeepDrive auf die Fahne geschrieben.
Verluste bei E-Antrieben Heutige E-Fahrzeuge sind nicht so effizient, wie sie gerne hingestellt werden. Deep-Drive hat mehr als 30 Fahrzeuge auf dem WLTP-Zyklus genau untersucht (Bild 2). Der getestete Wagenpark enthielt Fahrzeuge wie VW ID3 und ID4, BMW i4 und ix3, Mercedes-Benz EQS und EQA, Lightyear Zero, Polestar 2, Tesla Model Y und Model 3, Hyundai Ioniq 5 und Kona, Porsche Taycan, Renault Mégane E-Tech, Peugeot 208, Audi E-Tron GT und andere.
Die Verluste beim Laden sind für den Kunden «nur» monetäre Verluste, gehen aber nicht in die Reichweitenrechnung. Trotzdem sind es Verluste, welche eingerechnet werden müssen. Licht, Heizung und Klimaanlage werden im WLTP-Zyklus nicht berücksichtigt. Aus diesem Grund sind sie auch nicht dargestellt. Trotzdem ist es natürlich vernünftig, wenn die E-Fahrzeuge thermisch vorkonditioniert werden, solange sie mit der Wallbox verbunden sind. Auf diese Weise müssen auch diese
Bild 2. Die Verbrauchsenergie auf dem WLTP-Zyklus von 30 untersuchten E-Fahrzeugen. Rechts ist im Vergleich dazu die Energieaufsplittung eines Prototyps mit Deep-Drive-Motoren dargestellt.
Bild 3. Der Aufbau der Doppelrotor-Radialflussmotoren von Deep-Drive. a auf der linken Seite die Anschlüsse zur Leistungselektronik und der Stator; rechts Rotor –b unten am Statorgehäuse sind die Kühlanschlüsse zu sehen, in der Mitte der Innenrotor mit den aussen aufgeklebten Permanentmagneten; hinten der trommelförmige Aussenrotor mit den innen aufgeklebten Magneten – c links der zusammengebaute Rotor mit Innen- und Aussenrotor; rechts der Stator mit der Leistungselektronik.
Energiekosten «nur» bezahlt, aber ebenfalls nicht von der Reichweite abgezogen werden.
Im Bild 2 ist im linken Balken der Durchschnittsverbrauch der gemessenen Fahrzeugflotte dargestellt, und der rechte Balken zeigt den Verbrauch eines Fahrzeuges, welches von zwei Deep-Drive-Radnabenmotoren (RM1800) angetrieben wird. Die von Deep-Drive getesteten (Fremd-)Fahrzeuge verbrauchten im Durchschnitt auf 100 km Fahrstrecke 15.1 kWh. Das ist der auf 100 km hochgerechnete Verbrauch, wenn die Fahrzeuge auf dem Rollenprüfstand den WLTP-Fahrzyklus abspulen. Die Ladeverluste sind da kein Thema und werden normalerweise auch nicht angegeben. Die Verluste in den Antriebseinheiten (im Durchschnitt 4.4 kWh/100 km) fallen dann für die Reichweite schon ins Gewicht. Bei allradgetriebenen E-Fahrzeugen können diese Antriebsverluste gut und gerne bis auf 6 kWh/100 km anwachsen. Dazu kommen die Batterieverluste und der Verbrauch der Nebenaggregate. Die summieren sich zusammen auch auf knapp 1 kWh/100 km.
Kosten
Wenn ein Fahrzeug auf eine bestimmte Reichweite ausgelegt werden soll, muss der Gesamtverbrauch einberechnet werden. Es genügen
also nicht die 9.9 kWh/100 km, welche eigentlich für die Fahrt notwendig wären. Wenn die Verluste kleiner gehalten werden können, kann das Fahrzeug leichter werden und damit auch kostengünstiger, weil die Batterie weniger Kapazität enthalten muss. Die Einsparmöglichkeiten liegen pro Kilowattstunde ungefähr bei 600 Franken und etwa 30 kg Masse. Über das Fahrzeugleben kann der Kunde dabei zusätzlich ungefähr 1200 Franken Energiekosten sparen (je nach Stromkosten).
Wirkungsgrad
Werden die Ladeverluste miteingerechnet, kann in Bild 2 links der Wirkungsgrad direkt abgelesen werden: 57 %. Ein wirklich bescheidener Wert, wenn man bedenkt, dass die E-Maschinen einen Wirkungsgrad um die 95 % oder mehr aufweisen. Werden die Ladeverluste nicht eingerechnet, so ergibt sich ein Streckenverbrauch von 15.1 kWh/100 km. Damit steigt der Wirkungsgrad immerhin auf 65 %. Der Anreiz für die Deep-Drive-Leute war, den Wirkungsgrad zu verbessern oder aber die Verlustenergien zu minimieren. Da stellt der Radnabenantrieb sicher einen guten Ansatz dar, da er kein Getriebe, kein Differential und keine Antriebswellen benötigt und damit keine Zahnradverluste und kleinere Reibungsverluste zu verkraften hat.
Motoraufbau
Der Name Doppelrotor-Radialflussmotor ist nicht ganz einfach zu verstehen. Einerseits muss die Maschine zwei Rotoren haben und andererseits ist der radiale Fluss der magnetischen Feldlinien von innen nach aussen, also rechtwinklig zur Maschinenachse. Normalerweise strömt das Magnetfeld von EMaschinen in dieser Richtung. Aussergewöhnlich ist, dass es dabei aber zwei Rotoren gibt. Die Doppelrotoren kennt man eher aus den Axialflussmaschinen.
Rotoren
Stator
Zwischen diesen beiden Rotoren befindet sich der Stator (Bild 3). Die Wicklungstechnik im Stator ist ähnlich einer Hairpin-Wicklung. Deep-Drive nennt sie verteilte Kupferstabwicklung. Sie erreichen damit einen Nutfüllungsfaktor von mehr als 80 %. Das bedeutet, dass die Nuten sehr gut mit Kupfer gefüllt sind, welches den Strom leiten und ein Magnetfeld aufbauen kann. Je mehr Kupfer auf kleinem Raum verbaut werden kann, desto kleiner wird der Widerstand. Mit kleinerem Widerstand und mit mehr Kupfer kann ein grösseres Magnetfeld erreicht werden. Die Stabwicklungen müssen natürlich auch wieder in Dreiergruppen zusammengefasst werden, damit der dreiphasige Wechselstrom ein Drehfeld erzeugen kann, welches die permanentmagnetischen Rotoren mitzieht und zu einem synchronen Lauf bewegt.
Die Konstruktion mit den Kupferdrähten ist so entwickelt, dass keine aufwendigen Biegeprozesse der Drähte vorgenommen werden müssen, und auch bei der
Ein Radialflussmotor kann mit zwei Rotoren versehen werden, indem ein Innen- und ein Aussenläufermotor kombiniert werden. Die beiden Rotoren werden mit Permanentmagneten ausgerüstet. Auf diese Weise einsteht eine permanenterregte Synchronmaschine (PSM). Da bei einem Radnabenmotor der Innenraum der E-Maschine für die Radbremse aufgespart werden muss, können die Magnete beim Innenrotor kaum vergraben und müssen aus diesem Grund auf die Oberfläche geklebt werden. Weil der Radnabenmotor keine mechanische Übersetzung hat, sind seine Drehzahlen überschaubar und die Fliehkraftbelastungen der Magnete werden nicht allzu gross, so dass sie nicht speziell gesichert werden müssen. Beim Aussenläuferrotor stellt das Aufbringen der Magnete kein Problem dar, da die Fliehkräfte die Magnete lediglich in den trommelförmigen Läufer hineinpressen.
Bild 4. Das Muscheldiagramm einer E-Maschine eines Mitbewerbers. Diese E-Maschine ist jedoch nicht als Radnabenmotor vorgesehen.
Verschweissung in den Wickelköpfen verwendet Deep-Drive ein übliches Laserschweissverfahren. Auf diese Weise können Produktionskosten optimiert werden. Die kompakte Bauweise des Motors ergibt eine sehr grosse Teillasteffizienz mit geringen Eisenverlusten. Dadurch weist die Maschine auch eine hohe Drehmomentdichte von mehr als 60 Nm/kg Maschinenmasse auf.
Muscheldiagramme
Muscheldiagramme sind bereits von den Verbrennungsmotoren be-
kannt. Dort stellt die x-Achse oder Abszisse ebenfalls die Drehzahl dar, die y-Achse (Ordinate) das Drehmoment oder den Mitteldruck und die Muschellinien stehen für den spezifischen Treibstoffverbrauch. Da der spezifische Verbrauch angibt, wie viel Treibstoff der Motor zur Abgabe von einer Kilowattstunde mechanischer Energie verbraucht, stellt eine Angabe die zugeführte und eine die abgeführte Energie dar. Somit kann aus dem spezifischen Verbrauch ebenfalls der Wirkungsgrad berechnet werden. Leider
schaffen es Verbrennungsmotoren nicht auf derartige Werte, wie sie in den Bildern 4 und 5 dargestellt sind. Aber offensichtlich gibt es auch bei E-Maschinen neben den fantastischen Wirkungsgradwerten immer noch Unterschiede, welche sie für den automobilen Antrieb noch geeigneter machen können.
Um das Diagramm einer StandardElektromaschine in Bild 4 mit der Radnabenmaschine von Deep-Drive in Bild 5 vergleichen zu können, braucht es noch einige Anpassungen: Eine Standardelektromaschine
wird zentral eingebaut und über Wellen und Getriebe mit den Rädern verbunden. Die in den Diagrammen angegebenen Drehzahlen entsprechen den Raddrehzahlen (die Faustregel besagt, dass bei einem Radumfang von 2 m die Drehzahl von 2000/min einer Geschwindigkeit von etwas mehr als 200 km/h entspricht). Dementsprechend sind die aufgezeigten 1600/min für eine Geschwindigkeit von knapp 200 km/h genügend. Diese Geschwindigkeit wird natürlich nur erreicht, wenn das Drehmoment
Bild 5. Muscheldiagramm von zwei parallel geschalteten Deep-Drive-RM1800Maschinen in der Radnabenversion.
ausreichend gross ist, um die anstehenden Fahrwiderstände zu überbrücken. Normale E-Maschinen weisen aber maximale Drehzahlen von 10’000 bis 15’000/min auf und verfügen deshalb auch über Getriebe. Meistens sind es eingängige, aber zweistufige Getriebe. Das bedeutet, dass das Übersetzungsverhältnis von knapp 10 : 1 über zwei Zahnradpaare erfolgt. Es gibt vereinzelt auch bereits zweigängige Getriebe in E-Fahrzeugen.
Anders aber die Radnaben-E-Maschine von Deep-Drive. Die verfügt über gar kein Getriebe. Dadurch ist es natürlich nötig, dass die magnetischen Kräfte im Stillstand wirklich sehr hoch sind, und deshalb drängen sich wohl die permanenterregten Maschinen auf. Mit den Permanentmagneten werden extrem grosse Magnetfelder erreicht und damit können hohe Startmomente definiert werden. Das Diagramm in Bild 5 geht von zwei Radnabenmotoren mit je 1800 Nm Drehmoment aus. Trotzdem haben die Ingenieure von Deep-Drive wohl ziemlich tief in die Trickkiste gegriffen, damit sie ohne Getriebeübersetzung ein derart hohes Startmoment bei ihren Motoren erreichen – gegenüber den Standard-E-Motoren, welche durch das Übersetzungsverhältnis von 10 : 1 das Drehmoment auch um den Faktor 10 erhöhen. Sicher hilft die Doppelrotorkonstruktion dabei mit,
aber wenn diese das Drehmoment auch verdoppelt, muss noch einmal so viel Drehmoment «gefunden» werden, um die dargestellten 3600 Nm zu erreichen.
Lage der Muschelkreise Neben den absoluten Wirkungsgradwerten kommt es natürlich auch darauf an, wo sich die Kreise im Diagramm befinden. Das Gleiche gilt ja auch hier wieder bei den spezifischen Verbrauchskurven bei Verbrennungsmotoren. Darin unterscheiden sich aber die beiden Motoren entscheidend. In den unteren Bildern (4 und 5) sind die Lastpunkte des WLTP-Zyklus eingezeichnet, und nun ist natürlich ausschlaggebend, welche Wirkungsgradkurve gerade unter diesen Lastpunkten liegt. Ein
hoher Wirkungsgrad nützt wenig, wenn er im Betriebskennfeld an jenen Stellen liegt, welche im normalen Fahrbetrieb kaum einmal befahren werden. So ist nun der Unterschied der beiden Motoren deutlich erkennbar. Während beim Deep-Drive-Motor in Bild 5 viele der grünen WLTP-Punkte bei höheren Drehzahlen im optimalen 96-%-Kreis liegen, tangiert beim Standard-Motor in Bild 4 nur gerade ein Punkt den optimalen 94-%-Kreis. Wie es den Entwicklern gelungen ist, die Kennfeldmuscheln so zu beeinflussen, kommunizieren sie verständlicherweise nicht – obwohl es sehr interessant wäre, auch etwas von den Tiefen der E-Maschinen zu erfahren.
Radnabenmotoren
Deep-Drive hat sich den Radnabenmaschinen verschrieben und erklärt dies hauptsächlich mit Verbesserungen in der Drehmomentdichte. Während auch Mitbewerber schon seit langer Zeit die Radnabenmotoren beschrieben und auch Prototypen mit diesem Antrieb gebaut haben, ist es nie zu einem Durchbruch gekommen.
Drehmomentdichte ist für den Radnabenantrieb sehr wichtig. Sie kann bedeuten, dass der Motor für das Rad klein und leicht ist, aber dafür für den Antrieb zu wenig Drehmoment bereitstellt. Oder wenn
Bild 7. Radnabenmotoren ermöglichen ein neues Layout des Fahrzeugaufbaus. Der Boden mit der integrierten Batterie bleibt vollständig eben.
das Drehmoment ausreicht, ist die Maschine zu schwer und der Platz in der Nabenmitte reicht eventuell nicht mehr für die Radbremse aus. Schaeffler stellte vor Jahren eine Maschine vor, welche bei 700 Nm 45 kg schwer war (16 Nm/kg), Fraunhofer entwickelte eine Maschine mit 800 Nm und 40 kg Masse (20 Nm/ kg). Der englische Motorenhersteller Protean hat einen 36 kg leichten Motor mit 1250 Nm (35 Nm/kg) und die slowenische Firma Elaphe einen 35 kg leichten Motor mit 1500 Nm vorgestellt (43 Nm/kg). Dieser Motor hat nun auch Zugang zu einem Fahrzeug gefunden. Deshalb sind die Leute von Deep-Drive guten Mutes, dass nun die Zeit der Radnabenantriebe gekommen sei. Ihre Maschine ist um die 30 kg schwer und leistet 1800 Nm. Damit ist die Drehmomentdichte auf 60 Nm/kg gestiegen – aber die Konkurrenz schläft natürlich nicht.
Somit ist die ungefederte Masse eines Fahrzeuges kaum mehr höher als bei frontgetriebenen Fahrzeugen mit verbrennungsmotorischem Antrieb. Der Radnabenantrieb bietet daneben aber noch ganz spezielle Vorteile, die man aus Bild 7 erahnen kann.
FRAGEN
1. Wie fliesst das Magnetfeld bei einer Radialflussmaschine?
2. Können die Wirkungsgradlinien im Muscheldiagramm von E-Maschinen auch in einen spezifischen Verbrauch umgerechnet werden?
3. Mit welchen Problemen muss sich jeder Hersteller von Radnabenmotoren auseinandersetzen?
1. Es braucht zwei E-Maschinen, wovon die eine generatorische, die andere motorische Funktionen ausübt. Der Verbrennungsmotor kann nicht direkt mit dem Antrieb verbunden werden.
2. Es braucht nur eine E-Maschine zum Antreiben und Rekuperieren. Die E-Maschine kann an verschiedenen Stellen im Antriebsstrang untergebracht werden und den Verbrennungsmotor unterstützen.
3. Electric Drive Modus Hybrid Drive Modus Engine Drive Modus
LÖSUNG ZUR AUSGABE 9/2024
Bild 6. Deep-Drive hat sich in der Zwischenzeit auch der zentral eingebauten Motoren angenommen.
Fahrzeug-Innenraumklimatisierung
KÜHLER KOPF UND WARME FÜSSE
Nissan und Hyundai/Kia haben unabhängig voneinander neue Technologien zur Fahrzeugklimatisierung vorgestellt. Ein neuer Lack und eine transparente Folie bieten passive Kühlung, während eine Strahlungsheizung und metallbeschichtetes beheiztes Glas helfen, den Energiebedarf zum Heizen und zur Scheibenenteisung zu verringern. Text: Stefan Gfeller | Bilder: Nissan, Hyundai Motor Company, Kia Corporation
Nissan testet eine neue Lacktechnologie, die an heissen Tagen die Temperatur auf der Fahrzeugoberfläche und somit natürlich auch im Innenraum senken soll. Der Lack besteht aus synthetischen Verbundwerkstoffen mit Strukturen, die in der Natur normalerweise nicht vorkommen, und wurde in Zusammenarbeit mit Radi-Cool entwickelt, einem Spezialisten für Strahlungskühlung. Seit Ende 2023 wird die Beschichtung nun in einer zwölfmonatigen Machbarkeitsstudie am Flughafen TokioHaneda erprobt. Dazu wurde der
Lack auf einem Nissan NV100 aufgetragen, der als Servicefahrzeug des Flughafendienstes im Einsatz ist. Und die bisherigen Ergebnisse der Tests sind beeindruckend: Jeweils geparkt in direkter Sonneneinstrahlung zeigte das Auto mit dem neuen Lack im Vergleich zu einem Fahrzeug mit herkömmlicher Lackierung eine um bis zu 12 °C niedrigere Aussen- und eine um bis zu 5 °C niedrigere Innentemperatur – die kühlende Wirkung des Lacks macht sich besonders bemerkbar, wenn ein Fahrzeug längere Zeit in der Sonne steht.
Nissans neue Lacktechnologie: Das Auto mit dem neuen Lack (links) wird im Vergleich zu einem Fahrzeug mit herkömmlicher Lackierung unter Sonneneinstrahlung deutlich weniger stark aufgeheizt.
Passive Strahlungskühlung
Das in den neuen Lack eingebettete Nanomaterial besteht aus zwei Mikrostrukturteilchen, die auf Licht reagieren. Eines der Teilchen reflektiert die Infrarotstrahlen des Sonnenlichts, die bei herkömmlichen Lacken zu Schwingungen auf molekularer Ebene führen und so Wärme erzeugen. Das andere Teilchen bringt den eigentlichen technologischen Durchbruch. Es erzeugt elektromagnetische Wellen, die der Sonneneinstrahlung entgegenwirken und die Wärmeenergie vom Fahrzeug weg in die Umgebung bzw. direkt ins All ableiten – die Wellen liegen in einem Frequenzbereich, in dem sie die Erdatmosphäre durchdringen können. Durch diese Kombination reduzieren die Partikel im Lack die Hitzeübertragung auf Oberflächen wie Fahrzeugdach, Motorhaube, Türen und Verkleidungen.
Diese Technologie der passiven Strahlungskühlung ist nicht gänzlich neu, wird bisher jedoch eher bei Gebäuden und Strukturen angewandt. Dabei ist die Farbschicht oft sehr dick und muss mit einer Farbrolle
aufgetragen werden. Da sie keinen klaren Decklack enthält, können bei Berührung kreideähnliche Rückstände zurückbleiben. Die grösste Herausforderung für Dr. Susumu Miura, Senior Manager im Advanced Materials and Processing Laboratory des Nissan Research Center, und sein Team bestand deshalb darin, einen Lack zu entwickeln, der eine klare Deckschicht enthält, mit einer Lackierpistole aufgetragen werden kann und noch dazu die strengen Nissan-Standards für Lackqualität erfüllt. Seit Beginn der Entwicklung im Jahr 2021 haben sie mehr als 100 Materialproben getestet und prüfen derzeit eine Schichtdicke von 120 μm, was ungefähr sechsmal dicker ist als ein herkömmlicher Autolack. Die Tests zeigen, dass der Lack salz- und bruchbeständig ist, sich nicht ablöst, nicht verkratzt und nicht chemisch reagiert – und dass die Farbe konsistent und reparierbar ist. Im weiteren Verlauf der Entwicklung werden nun dünnere Varianten erforscht, die die gleiche Kühlleistung bieten. Und obwohl Test und Entwicklung noch
Innentemperatur eines Fahrzeugs mit «Nano Cooling Film» auf den Scheiben (links, 36.0 °C) sowie eines Autos ohne Nano-Kühlfolie (rechts, 48.5 °C).
Scannen und mehr erfahren:
Das «Radiant Heating System» verwendet Heizelemente, die Strahlungswärme an die Beine der Fahrgäste abgeben.
nicht abgeschlossen sind, hofft Dr. Miura, dass der Lack eines Tages für Sonderaufträge sowie in einer Vielzahl von Farben angeboten werden kann. Grosses Potenzial sieht der Experte für die neue Lacktechnologie vor allem im Bereich der leichten Nutzfahrzeuge wie Lieferwagen und Krankenwagen, die einen Grossteil des Tages im Einsatz sind.
Transparente Nano-Kühlfolie
Auch in Südkorea ist die energieeffiziente Fahrzeugklimatisierung ein
Thema. Die Hyundai Motor Company und die Kia Corporation haben dazu eigens einen «Heat Tech Day» in Seoul veranstaltet und dort drei Technologien vorgestellt, mit denen die Temperatur im Fahrzeuginnenraum genau reguliert werden kann, um den Fahrgastkomfort und die Energieeffizienz zu verbessern.
Die transparente Nano-Kühlfolie ist in der Lage, die Innenraumtemperatur bei heissem Wetter erheblich zu senken, wenn sie auf die Fahrzeugscheiben aufgebracht wird. Wir haben über diesen «Nano Cooling Film» und die momentan in Pakistan durchgeführten Feldtests damit bereits in den «News» in AUTO&Technik 6/2024 berichtet. An der Veranstaltung in Seoul wurden weitere Testergebnisse mit der Folie präsentiert. In einem Versuch beispielsweise bereiteten Hyundai Motor und Kia jeweils mehrere Fahrzeuge vor und setzten sie (Sonnen-) Licht aus, wobei sie eines mit der Nano-Kühlfolie beklebten und das andere im Originalzustand beliessen. Bei Fahrzeugen mit normalem
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Dank metallbeschichtetem beheiztem Glas ist die Frontscheibe schneller und mit geringerem Energieeinsatz enteist als bei herkömmlichen Scheibenheizungen mit Wolframdraht.
Glas, die nicht mit «Nano Cooling Film» ausgestattet waren, wurde eine Innentemperatur von 48.5 °C gemessen, während sie bei den Fahrzeugen mit der Folie 36.0 °C betrug.
Strahlungsheizung im Fussraum Mit Strahlungsheizungen beschäftigen sich auch einige (europäische) Zulieferer, und erste Systeme sind –beispielsweise im Lexus RZ – bereits im Serieneinsatz. Hyundai/Kias «Radiant Heating System» verwendet Heizelemente, die Strahlungswärme an die Beine der Fahrgäste abgeben. Zusammen mit dem bestehenden Heizsystem des Fahrzeugs kann die Strahlungsheizung bis zu 17 % mehr Energie einsparen, um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Und sie ist schnell, liefert innerhalb von 3 min Wärme an den Unterkörper, was den Komfort der Passagiere deutlich erhöht.
Das System besteht aus jeweils einem folienartigen Hochtemperaturheizelement und einem Verbrennungsschutzsystem. Dabei ist das Heizelement, das eine Temperatur von 110 °C erreichen kann, in ein Gewebematerial eingewickelt, das Infrarotstrahlen aussendet und die Wärme auf ein angenehmes Niveau reguliert. Wenn das Verbrennungsschutzsystem Körperkontakt erkennt, senkt es sofort die Temperatur des Heizelements. Zu Demonstrations-
zwecken in einem Kia EV9 eingebaut, ist das «Radiant Heating System» mit neun dieser Heizpaneele ausgestattet – unter anderem an der Lenksäule, der Fahrertür und der Mittelkonsole sowie an der Beifahrertür und am Handschuhfachboden. Ein Serieneinsatz der Strahlungsheizung ist für künftige Hyundai- und KiaFahrzeugmodelle geplant.
Metallbeschichtetes beheiztes Glas Im Vergleich zu herkömmlichen Heizelementen mit Wolframdraht bietet das System mit metallbeschichtetem beheiztem Glas bzw. «Metal-Coated Heated Glass» eine bessere, will heissen klare und unverzerrte Sicht und mehr Sicherheit. Das 48-V-System kann die Glasoberfläche bei –18 °C innerhalb von 5 min vollständig enteisen, was bis zu viermal schneller geht und rund 10 % weniger Energie verbraucht als bei herkömmlichen Klimaanlagen. Zudem kann die Metallbeschichtung (nicht zu verwechseln mit der weiter oben beschriebenen transparenten Nano-Kühlfolie) an heissen Tagen mindestens 60 % der Sonnenenergie passiv abblocken, was natürlich den Kühlbedarf des Innenraums reduziert und die Energieeffizienz deutlich verbessert. Hyundai und Kia haben denn auch auf allen wichtigen Märkten Patente für das metallbeschichtete beheizte Glas angemeldet und planen einen künftigen Fahrzeugeinsatz.
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Aerodynamik
WENN JEDER MILLIMETER UND JEDER EINZELNE RADIUS ZÄHLT …
Der A6 Sportback E-Tron schreibt mit seinem tiefen cW-Wert Audi-Geschichte. Aerodynamik-Entwickler erklären, wie sie den Rekordwert mit akribischer Detailarbeit erreicht haben. Bilder: Audi
Der Audi A6 Sportback E-Tron ist mit seinem aussergewöhnlich geringen cW-Wert von 0.21 (A6 Avant E-Tron: 0.24) der aerodynamisch beste Audi aller Zeiten und liegt in dieser Hinsicht auch an der Spitze seines Segments im gesamten VW-Konzern. Dazu war vor allem viel akribische Detailarbeit gefordert; die Aerodynamik-Entwickler Andreas Lauterbach und Matteo Ghelfi feilten mit dem Design-Team viele Stunden an den Feinheiten. Ghelfi: «Insgesamt haben wir rund 2800 Simulationen an dem Fahrzeug durchgeführt und unzählige Stunden im Windkanal und in Abstimmgesprächen mit den Bereichen Strak und Design verbracht. Ein Beispiel: Um die Umströmung der Fahrzeugfront und der Vorderräder weiter zu verbessern, kommen sogenannte Air Curtains zum Einsatz. Die äussere Kante am Air-Curtain-Einlass stand strömungsungünstig etwas weit heraus. Da haben wir uns in Millimeterschritten angenähert und am Ende hat es für beide Seiten funktioniert.» Andreas Lauterbach ergänzt: «Ein anderes Beispiel ist die hintere Spurbreite, da wären wir seitens Aerodynamik gern schmäler geworden. Gemeinsam haben wir dann eine Lösung gefunden, die das Optimum aus Design, Masskonzept und Aerodynamik herausholt.»
in der aerodynamischen Güte eines Autos. Wir haben Radien angebracht, Versteifungsrippen optimiert und Abrisskanten an neuralgischen Stellen beim A6 Sportback E-Tron. Der Heckdiffusor ist auch ein wichtiges Element für die Aerodynamik: Hier liegt die Strömung aufgrund des glatten Unterbodens direkt an und der Druckrückgewinn wirkt sich positiv auf den cW-Wert aus.» Ghelfi ergänzt: «Der Unterboden ist weitgehend geschlossen und wir haben diverse Bauteile feinoptimiert: dazu gehören speziell angepasste Radspoiler und 3D-Anlaufkörper vor den Vorderrädern, die jeweils für den Sportback und Avant individuell mittels CFD-Analysen optimiert sind und bei Windkanalmessungen den cW-Wert zwischen 0.002 und 0.009 verbessern.»
Grossteils geschlossener Unterboden Ein weiteres Beispiel für die Detailarbeit ist der steuerbare Kühllufteinlass (SKE) unter dem Singleframe, der dafür sorgt, dass der Fahrtwind diese Zone mit geringen Verlusten umströmen kann. Der SKE brachte einen cWVorteil von 0.012 oder umgerechnet etwa 12 km. Lauterbach: «Auch der Unterboden spielt eine grosse Rolle
Räder auf Aerodynamik getrimmt Aerooptimierungen, die einige Räder in den verschiedenen Dimensionen aufweisen, komplettieren das Aerodynamik-Konzept des A6 E-Tron, wie Felgendesigner Andreas Valencia Pollex erklärt: «Für perfekte Aerodynamik benötigen wir eine gewisse Flächigkeit der Felge, damit die Luft, die von vorn auf das Auto trifft, ohne starke Verwirbelungen an der Seite um den Fahrzeugkörper herumgeleitet wird. Wir wollen dem Wind suggerieren, dass er entlang einer Wand strömt, statt einer Ansammlung von Geometrien.» (pd/sag)
Raddesigner Andreas Valencia Pollex: «Wir entwickeln und designen konsequent intelligente Aeroräder, die möglichst effizient sind.»
Ganz schön windschlüpfrig: Der A6 Sportback E-Tron ist der aerodynamisch beste Audi aller Zeiten.
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Ifangstrasse
&Technik & Wir tschaft
TITELTHEMA
Prüftechnik
Lenkgeometrievermessung, ADASKalibrierung, Stossdämpferdiagnose, Bremsprüfstände: Wir zeigen den Stand der Technik bei den Geräten.
WIRTSCHAFT
Leichte Nutzfahrzeuge / Auf- und Umbauten A&W gibt in der November-Ausgabe einen Überblick der Fahrzeuge im Segment der Transporter bzw. leichten Nutzfahrzeuge und stellt innovative Lösungen von Schweizer Auf- und Umbauern vor.
Weitere Themen sind Krankenkassen und Verbrauchsmaterial/Chemie/Papier.
AUTO-EVENTS 2024
FACHWISSEN
Brennstoffzelle
Brennstoffzellen machen die ganze Diskussion um kohlendioxidfreies Autofahren interessant. Sie sind seit mehr als 20 Jahren ein Thema, doch ist ihre Marktpräsenz immer noch bescheiden. Das liegt sicher auch an der Versorgungssituation und am Fahrzeugpreis. Ein Brennstoffzellenfahrzeug hat immer auch eine Hochvoltbatterie, und die ganze Leistungselektronik ist auch dabei. Ohne Batterie könnte nicht rekuperiert werden, aber ist das alles? Sind damit die Brennstoffzellenfahrzeuge eigentlich Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge? Wir versuchen, diese Fragen im «Fachwissen» der November-Ausgabe zu klären.
Termin Veranstaltung Ort Internet
11.10.24-13.10.24 Veterama Mannheim veterama.de
12.10.24-13.10.24 Lugano Classic Lugano luganoclassic.com
18.10.24-19.10.24 Raid Kempthal raid.ch
18.10.24-20.10.24 Classic Expo Salzburg classicexpo.at
20.10.24 Japanische Fahrzeuge Treffen Derendingen enter.ch
27.10.24 Oldtimermesse St. Gallen St. Gallen oldtimermesse-ch.com
27.10.24 Sportwagen Treffen Derendingen enter.ch
02.11.24 Sams Oldtimer Teile Markt Brunegg samsotm.ch
03.11.24 Opel Treffen Derendingen enter.ch
07.11.24-10.11.24 Auto Zürich Zürich auto-zuerich.ch
10.11.24 American Cars Treffen Derendingen enter.ch
17.11.24 Französische Autos Treffen Derendingen enter.ch
23.11.24 Swiss Volvo Classics Schongau volvoclub.org
IMPRESSUM
Ein Unternehmen der ZT Medien AG
Herausgeber/Verlag
A&W Verlag AG
Riedstrasse 10
CH-8953 Dietikon
Telefon: 043 499 18 60 info@awverlag.ch www.auto-wirtschaft.ch www.awverlag.ch
MARKEN VON A&W
Geschäftsführer Giuseppe Cucchiara gcu@awverlag.ch
Verkaufsleiterin / Mitglied der Geschäftsleitung
Jasmin Eichner je@awverlag.ch
Chefredaktor Mario Borri (mb) mborri@awverlag.ch
Redaktion
Michael Lusk (ml)
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Isabelle Riederer (ir)
Felix Stockar (fst) Andreas Lerch (ale) Stefan Gfeller (sag) Leitender Redaktor AUTO&Technik redaktion@awverlag.ch
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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 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 4/2024 erscheint im Dezember.
PROFESSIONELLE ANHÄNGER FÜR DEN FAHRZEUGTRANSPORT
Der FITZEL EURO-TRANS ist ein exklusiver Alu-Anhänger für den professionellen Fahrzeugtransport mit bis zu 2.9 t Nutzlast und Selbstkippmechanismus. Die niedrige Ladehöhe ab 580 mm, die Pendelachse mit Einzelradaufhängung, Lastenausgleich und breiter Bereifung sorgen für höchste Fahrsicherheit. Der FTK von UNSINN ist ein vielseitiger, formschöner Transportanhänger mit stabilem Längsträger-Fahrgestell, Thermo-Sandwich-Aufbau mit be-
Leiterin Marketing & Events
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Leiterin Administration / Assistentin der GL Amra Putinja ap@awverlag.ch
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Buchhaltung / Administration
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schichtetem Alublech, praktischen Seitentüren, flachem Auffahrwinkel und integriertem Zurrsystem. Er ist in individuellen Sondergrössen und Ausstattungsvarianten realisierbar.
HRB Heinemann AG, 8155 Nassenwil 044 851 80 80, info@hrbanhaenger.ch www.hrbanhaenger.ch
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Weitere Modelle und Farben erhältlich auf: www.payperwear.com und www.jamesross.it
auch für sehr feine, kleine Logos und Schriftarten möglich, bis zu 18 Faden-Farben erhältlich, ab 300 Stück
Um Ihr Textil optimal und nach Ihren Wünschen zu veredeln, bieten sich je nach Material und Motiv verschiedene Verfahren an. Wir beraten Sie gerne, welches Verfahren für Ihre Vorlage oder Ihren Gestaltungswunsch das beste ist. Ihr Logo, ein Motiv oder einfach der Name. Durch eine Veredelung verleihen Sie Ihren
Wir berechnen automatisch die Kosten für eine einfarbige Werbeanbringung an einem geeigneten Ort auf dem Artikel. Je nach Druckverfahren und Komplexität des gewünschten Druckes können diese sehr verschieden sein. Für eine einfarbige Werbeanbringung an einem geeigneten Ort auf dem Artikel entstehen folgende einmalige Kosten: ab CHF 40.– / jede weitere Farbe ab CHF 30.–, Preise: in CHF, zzgl. Porto + MwSt., Farben: verschiedene Farben lieferbar, Lieferfrist: 10 – 20 Arbeitstage nach Erhalt der Bestellung und Logo (Format eps oder jpg), Bezahlung: 50% bei Bestelleingang, 50% nach Erhalt der Rechnung. Preisänderungen bleiben vorbehalten.
