A&T 12/2020 by A&W Verlag AG

12 | DEZEMBER 2020

www.auto-wirtschaft.ch NEWS Techniktrends

FACHWISSEN Medienspaltmotor Zur Elektrifizierung der Abgastur bolader verwenden verschiedene Zulieferer unterschiedliche Moto ren und positionieren diese an di versen Stellen. Der Cross-Charger platziert seinen Medienspaltmotor ganz auf der Verdichterseite.

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56 12/20 NEWS

IAV / LOUISENTHAL

NEUES HEIZKONZEPT ERHÖHT REICHWEITE VON BEV Bild: Louisenthal

er Engineering-Spezialist IAV und Louisenthal, Technologieführer bei der Her stellung von Sicherheitsfo lien und -papieren für Banknoten, haben in einem gemeinsamen Projekt ein energieeffizientes Heiz konzept für E-Fahrzeuge entwickelt. Hauptkomponente ist eine dünne, kostengünstige und leicht zu verar beitende Folie von Louisenthal. Auf der sogenannten SmartMesh-Folie befindet sich ein Netzwerk von Leiterbahnen, und bei Anlegen der Betriebsspannung erwärmt sie sich und gibt Wärmestrahlung an den In nenraum und die Fahrzeuginsassen ab. Die Folien lassen sich problemlos in Türen, der Mittelkonsole und dem Dachhimmel integrieren und sind im Heizkonzept von IAV und Louisenthal zusätzlich zum serienmässig ver

Die SmartMesh-Folien beinhalten ein Netzwerk von Leiterbahnen und lassen sich problemlos in Türen, der Mittelkonsole und dem Dachhimmel integrieren.

bauten Heizsystem in das Fahrzeug eingebettet. IAV hat den Einsatz der Folie in Fahrzeugverkleidungen mit einer 3D-CFD-Software simuliert und die Funktionsweise mittels eines De monstrators an einer PW-Türinnen verkleidung dargestellt. Das Ergeb nis der Simulation: Zum einen lässt sich bei niedrigen Aussentemperatu ren für Fahrer und Passagiere dank der zusätzlich integrierten Heizfolien in kürzerer Zeit ein behagliches In nenraumklima erreichen. Zum an deren kann nach der Aufheizphase der Gesamtenergiebedarf für die Innenraumbeheizung aufgrund der emittierten Wärmestrahlung um bis zu 20 Prozent gesenkt werden. Da durch steigt die Reichweite des Fahr zeugs – im besten Fall um bis zu 6 Prozent. (pd/sag)

NSK

SK hat reibungsarme Radlager (Hub Unit Bearings; HUBs) speziell für Elekt ro- und Hybridfahrzeuge entwickelt – die aber selbstverständ lich ebenso in Fahrzeuge mit Ver brennungsmotor eingebaut werden können. Als ein weltweit führender Hersteller von Radlagereinheiten richtete NSK seine Entwicklungs anstrengungen auf die Reduzierung der inneren Reibung dieser Lager. Zu den Stellgrössen gehört die Zusam mensetzung und Konsistenz des Schmierstoffs. Deshalb optimierten die Entwickler zunächst die Konsis tenz des Grundöls. Damit konnten sie die Reibung verringern, weil die im Lager und somit im Schmierstoff rotierenden Kugeln auf geringeren Widerstand treffen. Um die Reibung noch weiter zu verringern, kommt

Bild: NSK

REIBUNGSARME RADLAGER FÜR ELEKTROFAHRZEUGE

Die reibungsreduzierten Radlagereinheiten leisten einen Beitrag zu verringertem Energieverbrauch und höherer Reichweite insbesondere bei elektrifizierten Autos.

eine andere Art von Verdickungs mittel zum Einsatz. Dadurch wird der Schmierstoff härter und gelangt in eine tribologisch bessere Position innerhalb des Lagers. Das verringert ebenfalls den Widerstand, gegen den die Kugeln beim Rotieren ar beiten müssen. Das Ergebnis dieser Entwicklung kann sich sehen lassen: Die neuen HUB-Einheiten weisen eine um bis zu 30 % geringere Reibung auf. Da bei werden wichtige Parameter wie vor allem die Zuverlässigkeit und Le bensdauer nicht beeinträchtigt. NSK hat ermittelt, dass HUBs, die mit dem neu entwickelten Schmierfett gefüllt sind, den Stromverbrauch von Elektrofahrzeugen um rund 0.6 % senken können. Das entspricht einer Reduzierung des Batteriegewichts um 1.4 kg. (pd/sag)

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NEWS 12/20 57

MAGNA

KAMERA-MONITORING-SYSTEM MIT ERWEITERUNGEN Bild: Magna

it dem Auftrag eines globalen Automobilher stellers kommt die Spiegeltechnologie Clear view von Magna 2022 in mehreren Fahrzeugmodellen auf den Markt. Clearview ist ein vollständiges Kamera-Monitoring-System mit erwei terten Funktionen und basiert auf einer Kombination aus Kamera- und Spiegeltechnologie mit intelligenten Bildverarbeitungssystemen, Elektro nik und Software. Der Clearview-Innenspiegel hat ein rahmenloses Design und bietet die Möglichkeit, elektronisch zwischen einem herkömmlichen Rückspiegel und einem Videodisplay zu wech seln. Er verfügt über ein anpassbares Sichtfeld, das bis zu drei Kameraan sichten gleichzeitig anzeigen kann. Dies ist besonders hilfreich, wenn

Der Innenspiegel zeigt ein anpassbares Live-Video-Bild von mehreren Kameras an, die an der Längs- und Rückseite des Fahrzeugs angebracht sind.

durch weitere Passagiere, Fracht und/ oder Anhänger die Sicht des Fah rers nach hinten eingeschränkt ist. Darüber hinaus kann das Herstelleroder Fahrzeuglogo durch eine TouchSchnittstelle eingefügt werden kann. In den Clearview-Aussenspiegeln ist jeweils eine Kamera integriert, die ein Live-Bild der rückwärtigen und seitlichen Umgebung liefert. Die Ka meras sind an der breitesten Stelle des Fahrzeugs angebracht, um ein maximales Sichtfeld zu ermöglichen und damit die Sicherheit des Fahrers zu verbessern. Der Aussenspiegel verfügt auch über Sicherheits- und Komfortfunktionen wie SurroundView-Kameras, Tote-Winkel-Assis tenten, ist automatisch abblend- und anklappbar und kann mit zusätzlichen Front- und Rücklichtern ausgestattet werden. (pd/sag)

WISSENSCHAFTLICHE GESELLSCHAFT FÜR PRODUKTIONSTECHNIK WGP

GEBAUTE ZAHNRÄDER BRINGEN GEWICHTSREDUKTION Bild: IFU Stuttgart

ie WGP (Wissenschaftliche Gesellschaft für Produkti onstechnik) hat sogenannte gebaute Zahnräder entwi ckelt, die durch die Kombination unter schiedlicher Materialien im gebauten im Vergleich zum Vollkörper-Zahnrad eine Gewichtsreduktion um 60 % bei gleichbleibender Funktionalität bieten. Dazu wurde das Zahnrad «aufgeteilt» in den Zahnradkörper, der das Drehmoment aufnimmt oder weiterleitet, die Anbindung des Rades an die Welle und den Zahnkranz, der aufgrund der hohen Drehmomente und Kontaktdrücke, die auf ihn ein wirken, besonders belastbar und ver schleissfest sein muss. Die Forscher haben daher für den Zahnkranz einen hochfesten Werkstoff gewählt, der für den Zahnradkörper wiederum nicht notwendig war.

Gebautes Zahnrad: Links sind der Zahnkranz und das scheibenartige Rohteil vor dem Umformfügeprozess und rechts nach dem Umformprozess zu sehen.

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In einem ersten Verfahren fügten die Wissenschaftler zu Paketen ge stapelte Scheiben aus Blech in den auf 200 °C erwärmten Zahnkranz ein. Neu ist dabei zwar nicht der thermische Fügeprozess, jedoch die Verwendung paketierter Blechzahn radkörper. Bei Variante zwei wurde ein Stahl- bzw. ein Aluminiumkörper ohne Erwärmung in den Zahnkranz hineingepresst. Dieses Umform fügeverfahren benötigt zwar mehr Kraft als das konventionelle Schmie den eines einteiligen Zahnrads und die Umformwerkzeuge verschleissen erwartungsgemäss schneller. Gegenüber dem Paketieren wird je doch die Energie für die Erhitzung auf 200 °C eingespart. So ist das Kaltfliesspressen trotzdem deutlich energieeffizienter als bisherige Ver fahren. (pd/sag)

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58 12/20 FACHWISSEN

dann weiter zum Ladeluftkühler, zur Drosselklappe und in den Brennraum strömt.

Bild 1. Der Medienspaltmotor im CrossCharger wird von der a ngesaugten Luft durchströmt und damit auch gekühlt.

Medienspaltmotor

ELEKTRISCHER ANTRIEB Die Elektrifizierung der Abgasturbolader ist gerade am Anlaufen. Verschiedene Zulieferer ver wenden unterschiedliche Motoren und positionieren diese an diversen Stellen. Als interessante Variante platziert der Cross-Charger seinen Medienspaltmotor ganz auf der Verdichterseite. Text: Andreas Lerch | Bilder: G+L innotec GmbH, Lerch

ank einem elektrischen Antrieb gelingt es, den Ab gasturbolader den Eigenschaften des Verbren nungsmotors noch besser anzupas sen. Die Probleme machen sich aber auch hier in den Details bemerkbar. Eines der wesentlichen Probleme ist wohl die Massenträgheit des elektromotorischen Rotors. Dieser Rotor muss genau wie das Laufzeug des Turbos mitbeschleunigt werden. Daneben muss der Elektromotor auch die Strahlungswärme des Abgasturboladers aushalten. Cross-Charger Zusammen mit dem österreichischen Entwicklungsdienstleister AVL hat die deutsche Firma G+L innotec GmbH den Medienspaltmotor für die Abgasturboladeranwendung weiterentwickelt. Grundsätzliches Ziel war es, den Motor aus wärme technischen Überlegungen nicht zwischen Verdichter und Turbine einzubauen, sondern diesen auf die Verdichterseite zu verlagern. Dazu muss aber die gesamte Ansaugluft

durch den E-Motor hindurchströmen, und man entschied sich deshalb für einen Medienspaltmotor. Dabei handelt es sich um einen innenlaufenden permanenterregten Synchronmotor. Im Verhältnis zum Rotoraussendurchmesser ist der Statorinnendurchmesser überdi mensional gross, und durch diesen «Luftspalt» strömt das Medium.

Das muss nicht unbedingt Luft sein; Medienspaltmotoren werden auch zur Förderung von explosiven Gasen, Stäuben, Pasten oder Flüssigkeiten eingesetzt. Dabei strömen eben die Medien zwischen Rotor und Stator zur Fördereinrichtung. Dies ist beim Abgasturbolader die Luft, welche vom Luftfilter und Luftmas senmesser zum Verdichterrad und

Permanenterregte Synchronmaschine Ein Elektromotor besteht grundsätz lich aus einem statischen Magnetfeld und einem Drehfeld. Das eine Mag netfeld befindet sich auf dem Rotor, das andere auf dem Stator. Beim Drehstrommotor bestromen drei um 120° verschobene sinusförmige Wechselstromsignale drei, sechs, neun oder zwölf um den Rotor ver teilte Statorspulen in abwechselnder Reihenfolge. Im Bild 2 ist eine per manenterregte Synchronmaschine gezeichnet. Hat die rote Phase den positiven Scheitelpunkt erreicht, ist das Magnetfeld in der roten Spule am stärksten und zieht den Südpol des permanentmagnetischen Rotors an. 60° später zieht die blaue Spule den Südpol an und 60° später die grüne Spule. Dazwischen erreichen die Spulen ja immer auch den negativen Peak. In diesen Momenten ziehen sie natürlich den Nordpol des Rotors an. So wird der Rotor mit einer der Wech selstromfrequenz proportionalen Drehzahl im Uhrzeigersinn getrieben. Je kleiner der Luftspalt, desto stärker wird die magnetische Kraftwirkung und damit das Rotordrehmoment. Je schwerer jedoch der Rotor ist, desto mehr Kraft muss aufgewendet werden, um seine Massenträgheit zu überwinden. Demzufolge muss der Konstrukteur der Masse ein grosses Augenmerk widmen. Liegen die Betriebstemperaturen im «normalen Bereich», ist die Maschine nicht temperaturabhängig. Die Lackisolation der Kupferdrähte schmilzt aber bei einigen hundert

Bild 2. Prinzipbild einer permanenterregten Synchronmaschine mit dem d reiphasigen Wechselstrom, welcher für das Drehfeld verantwortlich ist.

FACHWISSEN 12/20 59 FRAGEN 1. Nennen Sie drei Beispiele für die Massenträgheit. 2. Warum wird beim konventionellen ATL die Turbine des Laufzeuges schwerer gebaut als der Verdichter? 3. Warum benötigt der Cross-Charger besonders starke Permanentmagnete?

LÖSUNG ZUR AUSGABE 11/2020 1. Druckverhältnis und Drehzahl werden grösser. 2. d = 47.27 mm

Bild 3. Der Cross-Charger in einer Schnittzeichnung. 1 Ansaugrohr – 2 Kühlbleche – 3 Statorwicklungen – 4 Weicheisenkern – 5 permanenterregter Rotor – 6 Armierung mit integrierter Verdichterradmutter – 7 Verdichterrad – 8 Läuferwelle – 9 Motorenöl – 10 Wastegate – 11 Turbinenrad. Grad, und auch die magnetische Feldstärke der Permanentmagnete wird bei grosser Hitze schwächer. Die E-Maschine Das sind genau die Schwierigkeiten, mit denen sich die Konstrukteure des Cross-Chargers beschäftigen muss ten. Entwicklungsschwerpunkte la gen beim Massenträgheitsmoment, dem Drehmoment, der Lager- und der thermischen Belastung. Rotor Um die Festigkeit bezüglich der Tem peraturen und extremen Fliehkräften zu garantieren, aber trotzdem über sehr hohe magnetische Kräfte zu verfügen, werden Vollmagnete aus Neodym, Eisen und Bor eingesetzt. Zusätzliche Legierungsmaterialien müssen zur Warmfestigkeit beige geben werden. Technische Daten zur Remanenzflussdichte (= Restmagne tismus) werden vom Hersteller nicht angegeben. Im Bild 3 ist erkennbar, dass der zylinderförmige Vollmagnet nicht einmal eine Bohrung für die Welle enthält. Durch die metallische und magnetisch nichtleitende Ar mierung wird der Magnet geschützt und mit der Welle verbunden. Die Armierung ersetzt in diesem Sinn auch die Gewindemutter, welche bei herkömmlichen Turboladern das Verdichterrad mit der Welle verbindet. Natürlich tragen Magnet und Armierung mit ihrer Masse zum Gewicht des Laufzeugs und damit zur

Massenträgheit bei. Nach Angaben der Entwickler nimmt die Masse des Laufzeugs im Vergleich zum Serien bauteil in der Grössenordnung von knapp 40 g und das Massenträgheits moment um 5.5 % zu. Durch die in die Armierung integrierte Wellenmutter musste die Welle mit dem Laufzeug nicht überarbeitet werden. Durch die Zusatzmasse des Vollmagneten wird die Schwerpunktlage des Laufzeugs gegenüber dem Original sogar ver bessert. DieTurbine aus ist aus bedeu tend schwererem Material gefertigt als das Verdichterrad aus Aluminium. Somit kann die Schwerpunktlage der gesamten Wellenmasse durch den angeflanschten Magneten verbessert werden, und die Lagerung muss trotz der etwas schwereren Wellenmasse nicht überarbeitet werden. Stator Der Innendurchmesser des Stators entspricht genau dem Innendurch messer des Ansaugrohres. Das gesamte Statorpaket ist als Einheit vergossen, welche an das Verdich tergehäuse angebaut werden kann. Der Weicheisenkern besteht aus optimiertem Elektroblech. Dieses ist häufig kaltgewalztes, siliziumlegier tes Stahlblech, welches sich sehr schnell magnetisieren, aber auch sehr schnell entmagnetisieren lässt, also eine äusserst kleine magnetische Hysteresisfläche aufweist. Dazu wird es geometrisch so ausgelegt, dass der magnetische Fluss optimal

gelenkt werden kann. Die Querschnit te müssen so gewählt sein, dass das Eisen durch den magnetischen Fluss nicht ganz gesättigt wird, die Nutflächen aber trotzdem für die Kup ferleitungen möglichst gross bleiben. Durch die damit erreichten kleinen Eisenverluste wird der Magnetismus auch bei hohen Frequenzen optimal vom Rotor auf den Stator (und zu rück) geleitet und der Nachteil des grossen Luftspalts wird weitgehend aufgehoben. Der Wirkungsgrad der in dieser Weise optimierten Motoren befindet sich mit 95 % auf dem Niveau anderer

3. In diesem Punkt arbeitet bei einem E-Turbo die E-Maschine nicht (weder als Motor noch als Generator).

hochwertiger Drehstrommotoren. Dadurch wird es möglich, das Laufzeug von Abgasturboladern sehr schnell zu beschleunigen und diese bei Bedarf im gesamten Kennfeld zu unterstützen (Boost on Demand). Durch den guten Wirkungsgrad kann auch kinetische in elektrische Energie rekuperiert werden. Dadurch wird der Cross-Charger auch für Hybridfahrzeuge interessant und kann Emissionen vermindern und Reichweiten verlängern, da der Verbrennungsmotor mehrheitlich in optimalen Verbrauchsbereichen fahren kann.

Bild 4. Der Medienspaltmotor wird präzise in das Verdichtergehäuse eingepasst und kann so den konventionellen Turbolader elektrifizieren.

60 12/20 TECHNIK

und durch die Nanobeschichtung entsteht eine sogenannte Artificial Solid-Elektrolyte Interphase (A-SEI), die gegenüber bisherigen SEI über eine deutlich bessere Leistungsfä higkeit verfügt. In der Folge werden die Langlebigkeit, die Sicherheit und die Kapazität deutlich gesteigert. «Dadurch kann ein E-Auto entweder mit kleineren Batterien weit über 1000 Kilometer oder mit grösseren Akkupacks in Zukunft sogar über 2000 Kilometer ohne Nachladen fahren», stellt SALD-CEO Frank Ver hage in Aussicht. Dabei ermöglichen SALD-Akkus nicht nur signifikant mehr Reichweite für E-Autos als heutige Batteriezellen, sondern kön nen gemäss SALD BV auch fünfmal schneller geladen werden. So könnte ein E-Auto dereinst binnen 10 min zu etwa 80 % und in 20 min vollständig geladen werden.

Akkus für E-Fahrzeuge (hier der Batteriezusammenbau bei Audi) könnten dank SALD mehr Energie speichern.

Atomare Nanobeschichtungen

DÜNNE SCHICHTEN SORGEN FÜR GROSSE REICHWEITEN Mit einem neuen Verfahren können im industriellen Massstab Beschichtungen aufgetragen werden, die so dünn sind wie ein einziges Atom. In Akkus für Elektrofahrzeuge angewandt, könnte das Spatial Atom Layer Deposition genannte Beschichtungsverfahren deren Reichweite auf weit über 1000 Kilometer erhöhen und die Ladezeiten massiv verkürzen. Text: Stefan Gfeller | Bild: Audi

as SALD-Beschichtungs verfahren (Spatial Atom Layer Deposition) ist von den deutschen FraunhoferInstituten und der staatlichen nieder ländischen Forschungseinrichtung The Netherlands Organisation (TNO) gemeinsam entwickelt worden. Die Vermarktung zur industriellen Massenfertigung übernimmt die eigens dazu gegründete Firma SALD BV. Beim SALD-Verfahren werden atomare Nanobeschichtungen dreidimensional auf Oberflächen aufgetragen. Jede Schicht ist so

dünn wie ein einzelnes Atom, die nebeneinanderliegend die Oberflä che umschliessen. Dabei ist eine einzelne Ebene ca. 1.1 Ångström dünn (0.11 nm), und mit jeder Schicht können jeweils andere Materialien aufgebracht werden, so dass es zu einer chemischen Reaktion mit der zuvor aufgetragenen Substanz kommt. Als Oberflächenmaterialien können etwa Metalle, Oxide, Nitride, Sulfide, Fluoride oder andere Stoffe verwendet werden, und die jeweilige chemische Reaktion verändert die Funktionalität der Gesamtoberfläche.

Durch diese Vielzahl der mögli chen Kombinationen ergibt sich ein riesiges Funktionsspektrum – je nachdem, welche Materialien in welcher Reihenfolge und in wie vielen Schichten aufgetragen wer den. So lassen sich auf beinahe beliebigen Oberflächen funktional völlig unterschiedliche Substanzen, komplexe Verbindungen, Polymere und hybride organische und anorga nische Materialien erzeugen. Dabei sind die entstehenden Oberflächen trotz der hohen Funktionalität extrem dünn: Neun aufeinander aufgebrach te Schichten besitzen eine Dicke von etwa 1 nm. Anwendung in Akkumulatoren Grundsätzlich stellen SALD-Akkus eine Weiterentwicklung der heuti gen Lithium-Ionen-Technologie dar,

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Vielfältige Einsatzmöglichkeiten Die SALD-Technologie soll sowohl mit den heute noch üblichen Flüssig elektrolyten als auch mit künftigen Feststoffbatterien funktionieren. Grundsätzlich sei ein Einsatz mit allen Kathodenmaterialien möglich, die sich derzeit bei Batterieherstellern in der Überlegungs-, Erprobungsoder Produktionsphase befinden. So etwa mit den neuen Lithium-Ei senphosphat-Batterien, die Tesla für sein Model 3 in China angekündigt hat, aber auch mit Lithium-NickelMangan-Cobalt-Oxiden LiNiMnCoO2 (NCM), LiCoO2 (LCO), LiMnNiO2 (LMNO) und LiMn2O4 (LMO). SALD BV verfügt gemäss eigenen Angaben über alle notwendigen Patente und hat bereits Fertigungs maschinen für Kleinserien in Betrieb. Der grossindustrielle Einsatz stünde allerdings erst noch bevor. Gesprä che mit Automobilherstellern führt das Unternehmen eigenen Angaben zufolge bereits, es nennt allerdings noch keine Namen. Die neue Akkugeneration werde frühestens 2022/23 in E-Autos eingebaut werden können, erklärt SALD-CEO Frank Verhage.

TECHNIK 12/20 61

Die Projektergebnisse sollen zum Aufbau einer netzverträglichen Ladeinfrastruktur beitragen.

Smart-Grid-Forschungsprojekt

ELEKTROFAHRZEUGE FÜR EINE OPTIMALE NETZAUSLASTUNG Ein Forschungsprojekt zum Thema intelligente Stromnetze untersucht detailliert die Auswirkungen, Möglichkeiten und Chancen der Sektorenkopplung von E-Mobilität, erneuerbaren Energien und dem elektrischen Stromnetz. Text: Stefan Gfeller | Bilder: Delta EMEA, Nissan

Smart Grid: Elektrofahrzeuge lassen sich in ein intelligentes Stromnetz integrieren.

mart Grids bzw. intelligente Stromnetze dienen dazu, die Netzauslastung stets optimal zu halten. Mit der Verbreitung von Elektrofahrzeugen lassen sich auch deren Akkumula toren in das Smart Grid integrieren und so quasi als Puffer nutzen. Delta, ein weltweit führender Anbieter von Strom- und Wärmemanagementlö sungen, arbeitet nun gemeinsam mit der Brandenburgischen Technischen Universität an einem Forschungspro jekt zum Thema intelligente Strom netze, dessen Ziel die Optimierung der Netzauslastung sowie des Einsatzes erneuerbarer Energien zur be darfsgerechten Ladung von Elektrofahrzeugen (EV) ist. Die Netzstabilität erhöhen Als Fahrer eines Elektrofahrzeugs will man in erster Linie natürlich immer genügend Reichweite zur Verfügung haben. Es wäre ein

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schwacher Trost, zu wissen, dass man zwar zur Optimierung des Stromnetzes beigetragen hat, nun aber das eigene Auto leider gerade nicht geladen ist, wenn man es braucht. Das Forschungsprojekt soll denn auch beweisen, dass es möglich ist, dass EV-Fahrern immer die benötigte Reichweite zur Verfü gung steht, während Netzbetreiber und Energieversorger in der Lage sind, ihre Netzauslastung zu regeln, die Netzstabilität zu erhöhen, die CO2-Emissionen zu reduzieren und somit den weiteren Netzausbau effizient zu gestalten. Das Projekt umfasst mehrere Elektrofahrzeuge, sechs Ultra Fast Charger mit bis zu 150 kW DC Ladeleistung für das schnelle Aufladen der EVs sowie drei bidirektionale 22-kWV2G-Ladegeräte (Vehicle-to-Grid) zur Stützung der Netzstabilität und der Verringerung der Stromüber tragung zwischen den einzelnen Netzverknüpfungspunkten. Zum Forschungsprojekt gehört zudem die Simulation der Netzaus lastung bei steigender Anzahl an Ladepunkten. Sowohl die Simulation als auch der Algorithmus zur Opti mierung der Netzauslastung werden während der regelmässigen Archivierung der Messwerte des realen Verteilnetzes mit neuen Daten versorgt. Kommunikation und Lastmanagement Delta hat im Rahmen des Projekts auch ein neues Kommunikationsund Lastmanagementsystem entwickelt, das noch in diesem Jahr fertiggestellt sein wird. Es ist so konzipiert, dass es sowohl über die klassischen Backendfunktionen zur Verwaltung des Ladenetzwerks verfügt, gleichzeitig aber auch die Kommunikation zwischen den Lade geräten und den Steuersignalen aus dem Verteilnetz sicherstellt. Hinzu kommt eine von Delta entwickelte Smartphone-Applikation für Android und iOS, die den Projektteilnehmern zur Eingabe geplanter Fahrten zur Verfügung gestellt wird.

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62 12/20 LAUFSTEG

Der Mazda zeigt eine durchaus sportliche und auch etwas aggressive Linie. Dass unter der Haube ein ganz spezieller Verbrennungsmotor eingebaut ist, sieht man dem Auto nicht an.

Testfahrzeug Mazda3

TECHNISCH INTERESSANTER VERBRENNUNGSMOTOR Mazda stellte den Skyactiv-X-Motor am Automobil-Salon 2018 in Genf vor und bestätigte damit, dass ein quasi selbstzündender Benzinmotor zur Serienreife entwickelt werden kann. Ob damit die versprochenen Verbrauchseinsparungen wirklich erreicht werden, wird aber noch bewiesen werden müssen. Text: Andreas Lerch | Bilder: Lerch, Mazda

Im Display kann die Anzeige auf den Verbrennungsmodus eingestellt werden.

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er Mazda3 Hatchback kostet mit seiner tollen Ausstattung knapp 41’000 Franken. Das Head-up-Display überzeugt mit seiner klaren Übersichtlichkeit, und die Assis tenzsysteme funktionierten alle tadellos. Interessant war aber der neue Skyactiv-X-Motor. Mazda hat sich mit diesem Motor viel vor genommen. Namhafte deutsche und amerikanische Motorenbauer haben sich dem Thema schon vor Jahren gewidmet, ohne jedoch die Serienreife zu erreichen. Grundsätz lich geht es eigentlich darum, den Teillastwirkungsgrad zu verbessern und damit den Verbrauch bzw. den CO2-Ausstoss zu vermindern. Dazu schaut man über den «Gartenzaun» und findet, dass der Dieselmotor diese Teillastgeschichte eigentlich

brillant löst. Er füllt den ganzen Brennraum mit Luft, spritzt aber dieser Luft nur so viel Treibstoff zu, dass das gewünschte Drehmoment an der Kurbelwelle resultiert. Mazda erzeugt im Kompressions zündungsbetrieb durch eine getrennte Benzindirekteinspritzung innerhalb der Brennkammer zwei separate Zonen mit unterschiedli chen Gemischzusammensetzungen. Zunächst wird während des An saugtakts Benzin für ein mageres Gemisch eingespritzt; während des Verdichtungstaktes erfolgt dann eine weitere Einspritzung, die im Bereich der Zündkerze ein fetteres Gemisch bildet. Der Einspritzdruck beträgt bis 70 MPa und das Benzin wird durch einen 10-Loch-Injektor in den Brennraum gepresst. Gemäss Mazda ist dies die höchste Boh rungszahl, welche bis heute einem BDE-Injektor appliziert worden ist. Aufgrund des hohen Verdich tungsverhältnisses des SkyactivX-Motors von 16.3 : 1 wird das Benzin-Luft-Gemisch während des Verdichtungstakts derart kompri miert, dass es an der Schwelle zur Selbstzündung liegt. Der Start der Verbrennung passiert aber trotzdem durch den Impuls der Zündkerze, welche das fette Gemisch im Bereich der Elektroden entflammt. Dadurch steigen Druck und Temperatur im Brennraum weiter an, so dass auch die Brennraumzonen mit magerem Gemisch sofort entflammen. In höheren Lastbereichen fährt der Motor homogen. Damit es in diesen Bereichen durch das extrem hohe Verdichtungsverhältnis nicht zu klopfenden Verbrennungen kommt, läuft der Motor nach dem AtkinsonPrinzip. Das bedeutet: Das Einlassventil schliesst erst spät nach dem unteren Totpunkt. Dadurch wird die angesaugte Luft wieder in das Saug rohr zurückgestossen. Damit stimmt der Verdichtungsenddruck im Zünd zeitpunkt sehr genau. Kontrolliert und geregelt wird das Druckverhal ten im Zylinder durch entsprechende Verbrennungsdrucksensoren.

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LAUFSTEG 12/20 63

Die Motorkennlinien sind tendenziell eher konventionell. Das maximale Drehmoment von 224 Newtonmetern wird bei 3000/min erreicht. Auf der Strasse In den unteren Lastbereichen hatte man hin und wieder das Gefühl, dass der Motor vielleicht eine Spur rauer oder eben «dieselähnlicher» lief als ein Benzinmotor, welcher nach seinem angestammten Prinzip betrieben wird. Die Umschaltphasen merkt man jedoch nur, wenn man im richtigen Moment gerade auf das zentral auf dem Armaturenbrett platzierte Display schaut und dieses auch den Effizienzmodus anzeigen lässt. Das Display wechselt mit der Anschrift des gezeichneten Kurbeltriebes vom rot eingefärbten «Combustion Status» auf den grü nen Combustion Status «SPCCI» (Spark Plug Controlled Compression lgnition, dt.: zündkerzengesteuerte Kompressionszündung). Der Testwagen war mit dem mazdaeigenen 6-Stufen-Wandlerau tomaten ausgerüstet, welcher den Eindruck des Antriebsstrangs leider nicht unbedingt positiv beeinflusste.

Vor allem beim Anfahren legte der Wandler ein eher träges Verhalten zutage. Dies zwingt den Fahrer natürlich zu einem höheren Lastbe fehl durch einen stärkeren Tritt auf das Gaspedal – und dies verhindert den von Mazda gerühmten positiven Verbrauchseffekt des Skyactiv-XMotors. Das maximale Drehmoment liegt auch «erst» bei 3000/min an. Das bedeutet wiederum, dass der Motor bei tendenziell hohen Drehzahlen betrieben werden muss, damit er mit seiner Kraftentfaltung auftrumpfen kann. Fahrwerksmässig ist der Maz da3 konventionell unterwegs: Die Vorderachse ist mit MacPhersonFederbeinen und einem unteren Querlenker gestaltet, hinten verrichtet eine Verbundlenkerachse ihren Dienst. Die Radaufhängungen sind aber sehr gut aufeinander abgestimmt und hinterlassen insgesamt einen sportlichen und sicheren Eindruck. Auch die elektromechanisch

Mit einer 24-Volt-4.8-kW-Elektromaschine kann der Mazda3 leistungsmässig etwa dreimal mehr rekuperieren als eine normale 12-Volt-Anlage.

Die drei Betriebsphasen des Skyactiv-X-Motors: 1 – sehr mageres Gemisch, 2 – mageres Gemisch im Brennraum, 3 – homogener λ-1-Betrieb. unterstützte Zahnstangenlenkung zeigte sich mit der Lenkübersetzung von 15.6 : 1 im positiven Sinne direkt und leichtgängig. Die vier

Scheibenbremsen weisen gute und sichere Verzögerungswerte aus und runden den positiven Gesamtein druck des Fahrzeuges ab.

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LESEN SIE IN DER A&W-AUSGABE 1+2/2021: & Wirtschaft

&Technik

TITELTHEMA Schmierstoffe/Öl Moderne Triebwerke stellen hohe Anforde rungen ans Motorenöl, und die Schmierstoff hersteller entwickeln entsprechende Hightechprodukte: A&W stellt die Neuheiten vor.

WIRTSCHAFT Prognosen 2021 Marktprognosen, Fahrzeughandel, Händler netze sowie Aftermarket: Wir geben einen Ausblick auf das neue Jahr. Zu den weiteren Themen der Januar/ Februar-Ausgabe zählen Berufsbekleidung, Sicherheit in der Werkstatt sowie Entsorgung/Recycling.

FACHWISSEN Batteriespannung Batterien sind bekannt als chemische Energiespeicher. Wie aber wird aus Chemie Strom oder warum hat ein Lithium-IonenAkkumulator eine andere Spannung als ein Bleiakku? Welche Energieangabe ist zum Batterienvergleich die sinnvollere: Amperestunden (Ah) oder Wattstunden (Wh)? Fragen, welche mit der zunehmenden Elektrifizierung des Antriebsstrangs an Bedeutung gewinnen und im ersten Fachwissen des neuen Jahres beantwortet werden sollen.

SCHWERPUNKT Lackierkabinen und Lacktrends 2021 In der ersten Ausgabe des neuen Jahres setzt AUTO&Carrosserie den Schwerpunkt auf Lackieranlagen und Lacktrends. Zum ei nen spüren wir die neusten Trends bei den Lacken auf. Einer davon ist, dass die Produkte laufend verbessert werden und noch schnel ler zu applizieren und vor allem zu trocknen sind. Zum anderen stellen wir die neusten La ckierkabinen, Multiarbeitsplätze sowie innova tive Technologien bei der Lackaufbringung vor. Die AUTO&Carrosserie-Ausgabe 1/2021 erscheint Anfang März.

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