Hybrid-Motor Extraschub dank Boost-Effekt

Mit sogenannten Superkondensatoren anstelle herkömmlicher Batterien soll ein Hybrid-Auto fahren, das derzeit an der TU München entwickelt wird. Im kommenden Jahr will man das Projekt vorstellen, das Fahrdynamik und Sparsamkeit vereinbar machen soll.


Opel Astra Hybridfahrzeug: Forschungsauto mit Dieselmotor-Wirkungsgrad von 95 Prozent
TU München

Opel Astra Hybridfahrzeug: Forschungsauto mit Dieselmotor-Wirkungsgrad von 95 Prozent

Wirkungsgrad ist ein Schlüsselwort bei der Arbeit von Bernd-Robert Höhn. Der Getriebe-Spezialist von der Technischen Universität (TU) München beschäftigt sich seit mehr als 15 Jahren intensiv mit dem Hybridantrieb - und dabei vor allem mit der Optimierung des Wirkungsgrades dieses Antriebssystems.

Denn gerade um diesen Parameter auszureizen, bietet die Kombination von Verbrennungs- und Elektromotor reichlich Potential. Den Grund erläutert Höhn: "Im Teillastbereich, also beim gemütlichen Dahinrollen, arbeitet ein Verbrennungsmotor sehr ineffektiv. Bei einem Hybridfahrzeug kann man dies ausgleichen, indem immer dann, wenn nur wenig Leistung gebraucht wird, der Elektromotor den Antrieb übernimmt."

Missklang zwischen Elektro und Verbrennung

Das zentrale Element, das die beiden Antriebsquellen miteinander synchronisiert, ist das Getriebe. Das Bauteil wird in einem Hybridauto deshalb so komplex, weil die Leistungs- und Drehmomententwicklung eines Elektro- und eines Verbrennungsmotors vollkommen unterschiedlich sind. Das Getriebe muss diese Differenzen ausgleichen und miteinander kompatibel machen.

Zwischen 1993 und 2000 entwickelten Höhn und sein Team in einem Sonderforschungsbereich ein Hybridfahrzeug auf Basis eines Opel Astra mit Diesel- und Elektromotor sowie mit einem stufenlosen Getriebe. Obwohl der Wagen, vollgepackt mit Messtechnik und Batterien für den Elektroantrieb, rund 300 Kilogramm schwerer war als das Serienmodell, verbrauchte er zehn Prozent weniger Kraftstoff.

95 Prozent Wirkungsgrad im Verbrennungsmotor

Ein weiterer Vergleich verdeutlicht das Potential von Hybridsystemen noch besser: Während der serienmäßige Wagen mit Schaltgetriebe im normierten ECE-Fahrzyklus einen mittleren Motor-Wirkungsgrad von 65 Prozent erzielte, kletterte der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors im Hybridfahrzeug auf beachtliche 95 Prozent. "Würde man diese Entwicklung konsequent weitertreiben, ließe sich der Kraftstoffverbrauch um 15 bis 20 Prozent senken", sagt Höhn. Allerdings, räumt der Forscher ein, richte sich das primäre Interesse der Automobilindustrie am Hybridantrieb gegenwärtig mehr auf das Thema Fahrdynamik.

Bernd-Robert Höhn: Mehr als 15 Jahre Forschung zum Hybridantrieb
TU München

Bernd-Robert Höhn: Mehr als 15 Jahre Forschung zum Hybridantrieb

Das gilt auch für das gegenwärtige Hybrid-Forschungsprojekt, an dem Höhn arbeitet. Mit Geldern von Industriepartnern und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanzierten Transferprojekt ein Prototyp. Mit Diesel- und Elektromotor, stufenlosem Getriebe und Superkondensatoren als elektrischen Leistungsspeichern soll der Testwagen ausgestattet werden.

"Wir verzichten auf die Batterie und auf die Bereitstellung von einer vergleichsweise großen Menge elektrischer Energie zugunsten einer sehr hohen elektrischen Leistung, die wir allerdings nur kurzzeitig abrufen können", erklärt Höhn das neue Prinzip. So reicht die Energie aus den Superkondensatoren, den Wagen beispielsweise dreimal hintereinander aus dem Stand auf Tempo 50 zu beschleunigen. "Mehr aber dann nicht", sagt Höhn.

Agiler durch den "Boost-Effekt"

Der Vorteil: Ein so konfigurierter Hybridantrieb könnte die Fahrdynamik eines Pkw deutlich erhöhen, denn der E-Motor kann seine Leistung praktisch schlagartig zum Beschleunigen zur Verfügung stellen - auch dann, wenn der Verbrennungsmotor noch im Drehzahlkeller rumort. Die Folge dieses "Boost-Effekts" ist, dass sich der Wagen agiler, oder, wie die Autohersteller gerne formulieren, "fahraktiver" anfühlt.

Der Nachteil ist jedoch: Weil Superkondensatoren kurzfristig viel Leistung zur Verfügung stellen, aber schlecht Energie speichern können, kann man mit einem solchen Hybridfahrzeug im Stadtverkehr zum Beispiel nicht dauerhaft im Elektrobetrieb fahren. Dadurch sinkt auch der Schadstoffausstoß kaum - was bislang stets als deutlicher Pluspunkt von Hybridautos angeführt wurde. Höhn: "Ich fände daher eine Konfiguration optimal, in der neben Superkondensatoren auch noch eine Batterie mit möglichst hoher Speicherleistung vorgesehen ist."

Die Industriepartner wollten aber lieber eine spontane Leistungsentfaltung. Offenbar, weil auch die Autokäufer sich vor allem gesteigerten Fahrspaß wünschen, und erst in zweiter Linie an Kraftstoff- oder Schadstoffeinsparungen interessiert sind, vermutet Höhn. Immerhin: Durch eine weitere Steigerung des Wirkungsgrads lässt sich beides erreichen - mehr Leistung und dennoch geringerer Verbrauch, womit auch die Kohlendioxid-Emissionen verringert würden.

Auch das cleverste Hybridsystem und die ausgeklügeltste Getriebetechnik können eines bislang aber nicht: Den Kraftstoffkonsum so weit wie irgend möglich senken und gleichzeitig den Ausstoß von Stickoxiden verringern. "Das", sagt Höhn, "passt leider nicht zusammen."



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