hybridantrieb · 2014-01-23 · der touareg hybrid gehört zu suv- klasse und verfügt neben einem...
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Hybridantrieb
Geo-SOL 2011
Gymnasium Immensee
Denis Kohli & Fabrizio Gügler
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Hybridantrieb Inhalt
- Einleitung
- Der bivalente Antrieb
- Die Antriebs-Hybridtechnik
- Argumente für den Hybridantrieb
- Der VW Touareg Hybrid
- Zukunftsaussichten für den Hybridantrieb
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Einleitung
In unserer Gesellschaft nimmt die das Umweltbewusstsein einen immer wichtigeren Platz und
ist nicht mehr nur das Thema einer Randgruppe sondern beginnt langsam aber sicher immer
mehr unser Leben zu beeinflussen. Eine Erscheinung davon ist das neue, umweltfreundliche
Technologien einen Aufschwung erleben eine davon ist der Hybridmotor, doch was ist ein
Hybridmotor und wie funktioniert dieser. Diese und weiter Fragen sollen in diesem Text
weitestgehend beantwortet werden.
Der bivalente Antrieb
Unter einem bivalenten Antrieb versteht
man Fahrzeuge, bei denen ein
Verbrennungsmotor verschiedene
Kraftstoffarten verbrennen kann, um
Antriebsenergie zur Verfügung zu stellen.
Systeme, die gleichzeitig fossile und
erneuerbare Kraftstoffe (Diesel/Biodiesel)
oder flüssige und gasförmige Kraftstoffe (Benzin/Erdgas) verwenden, sind entwickelt und
zunehmend auf dem Markt vertreten.
Die Antriebs-Hybridtechnik
Bei Antriebshybriden spricht man von
einer Kombination von zwei
verschiedenen Antriebsaggregaten, die
nach unterschiedlichen
Funktionsprinzipen arbeiten. Zur Zeit
wird der Begriff Hybridtechnik am
häufigsten dazu verwendet, die
Kombination von Verbrennungsmotor
und einer Elektromaschine zu beschreiben. Die E-Maschine kann als Generator zum Erzeugen
von elektrischer Energie, als Motor zum Fahren des Fahrzeugs und als Starter für den
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Verbrennungsmotor verwendet werden. Je nach Ausrichtung dieses Grundaufbaus werden
drei Arten von Hybridantrieben unterschieden:
-der Micro-Hybridantrieb
-der Mild-Hybridantrieb,
-der Voll-Hybridantrieb.
Der Micro-Hybridantrieb
Bei diesem Antriebskonzept dient die Elektronische Komponente (E-Starter/Generator) nur
für die Umsetzung einer Start-Stopp-Funktion. Ein Teil der Bewegungsenergie lässt sich beim
Abbremsen wieder als elektrische Energie nutzbar machen (sog. Rekuperation). Ein rein
elektrisches Fahren ist nicht möglich. Die Eigenschaften der Batterie sind auf die häufigen
Motorstarts angepasst.
Der Mild-Hybridantrieb
Der Elektroantrieb unterstützt hier den Verbrennungsmotor. Ein rein elektrisches Fahren mit
dem Fahrzeug ist nicht möglich. Beim Mild-Hybridantrieb wird ein grösserer Teil der
Bewegungsenergie beim Bremsen zurück gewonnen und als elektrische Energie in der
Batterie gespeichert. Diese Hochvoltbatterie sowie die elektrischen Komponenten sind für
eine höhere Spannung und somit für eine höhere Leistung ausgelegt als bei herkömmlichen
Batterien. Durch die Unterstützung der E-Maschine kann der Betriebspunkt (Drehzahl) des
Verbrennungsmotors in den optimalen Wirkungsbereich gelegt werden.
Der Voll-Hybridantrieb
Hier ist eine leistungsstärkere E-Maschine mit einem Verbrennungsmotor kombiniert. Ein
rein elektrisch angetriebenes Fahren ist möglich. Die E-Maschine unterstützt, sobald es die
Bedingungen zulassen, den Verbrennungsmotor. Langsame Fahrten werden rein elektrisch
zurückgelegt. Eine Start-Stopp-Funktion des Verbrennungsmotors ist ebenfalls eingebaut. Die
Rekuperation wird genutzt, um die Batterie aufzuladen. Durch eine Kupplung zwischen dem
Verbrennungsmotor und der E-Maschine kann eine Entkopplung der beiden Systeme erreicht
werden, sie können also auch einzeln laufen. Der Verbrennungsmotor wird nur bei Bedarf
zugeschaltet.
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Der Voll-Hybridantrieb wird in drei weitere Unterkategorien aufgeteilt:
-‐ Der Parallel-Hybridantrieb
-‐ Der Leistungsverzweigte Hybridantrieb
-‐ Der serielle Hybridantrieb
Der Parallel-Hybridantrieb
Diese Bauweise zeichnet sich durch ihre
Einfachheit aus. Sie kommt zum Einsatz,
wenn ein Hybridantrieb in ein bestehendes
Fahrzeug eingesetzt werden soll. Der
Parallelhybrid hat üblicherweise eine E-
Maschine. Die Summe der Einzelleistung
der Verbrennungsmotors und der E-
Maschine entspricht der Gesamtleistung.
Der leistungsverzweigte Hybridantrieb
Der leistungsverzweigte Hybridantrieb
hat neben einem Verbrennungsmotor
eine Elektromaschine. Beide sind auf
der Vorderradachse angebracht. Im
Gegensatz zur Parallelhybridbauweise
kann die Gesamtleistung nicht einfach
aus der Einzelleistung der beiden
Getriebe ermittelt werden. Die erzeugte
Leistung wird zum einen Teil zum
Fahren des Fahrzeuges verwendet und
zum anderen als elektrische Energie in
der Batterie gespeichert.
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Der serielle Hybridantrieb
Das Fahrzeug hat einen Verbrennungsmotor,
eine E-Maschine und zusätzlich einen
Generator. Die Leistung des
Verbrennungsmotors kommt hier jedoch nicht
direkt über eine Welle am Rad an. Den
Antrieb des Fahrzeuges übernimmt die E-
Maschine. Ist die Kapazität der Batterie zu
gering, wird der Verbrennungsmotor gestartet.
Über einen Generator lädt der
Verbrennungsmotor die Batterie auf und die
E-Maschine kann wieder Energie aus der
Batterie entnehmen.
Argumente für den Hybridantrieb
Leistungsoptimierung
Der Verbrennungsmotor benötigt zur Abgabe eines Drehmoments eine Leerlaufdrehzahl. Der
Motor kann kein Drehmoment beim Stillstand abgeben. Bei Anhebung der Drehzahl des
Verbrennungsmotors steigt das Drehmoment. Die E-Maschine hat ab der ersten Umdrehung
ihr maximales Drehmoment. Sie benötigt keine Leerlaufdrehzahl. Ei steigender Drehzahl
sinkt ihr Drehmoment. Die E-Maschine unterstützt den Verbrennungsmotor dort, wo seine
konzeptionellen Schwächen liegen nämlich under der Leerlaufdrehzahl.
Gesetzliche CO2-Begrenzung
Der CO2 Ausstoss und der Verbrauch eines Fahrzeuges bilden einen fast proportionalen
Zusammenhang. Je höher der Kraftstoff Verbrauch desto mehr CO2 Wird in die
Umweltabgegeben. Daher zielen die gesetzlichen Vorgaben zur Begrenzung des CO2-
Ausstosses vor allem auf grosse Fahrzeuge mit hoher Leistung. Die Hybrid-Technologie
bietet eine Möglichkeit, auch mit hoher Leistung unter den gesetzlichen Grenzwerten zu
bleiben, da der Wert für das abgegebene CO2als Durchschnittswert in Gramm CO2pro
gefahrenen Kilometer gebildet wird.
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Der VW Touareg Hybrid
Der Touareg Hybrid gehört zu SUV- Klasse und verfügt neben einem 3,0 l-V6-TSI-Motor mit
Kompressoraufladung mit 245kW Leistung zusätzlich noch über einen Elektrischen 3-Phasen-
Drehstrohm-Motor mit 34kW Leistung. Dadurch verbessert der seine Beschleunigung
0-100km/h im Vergleich zu Schwestermodel mit reinem Verbrennungsmotor von 7.8s auf
6.5s.
Das von Volkswagen entwickelte Hybridkonzept, das erstmals beim Touareg zum Einsatz
kommt, basiert auf dem Parallel-Hybridantrieb. E-Maschine und Verbrennungsmotor werden
also für den mechanischen Antrieb über einen gemeinsamen Antriebsstrang genutzt. Beide
Antriebsarten sitzen auf einer Welle. Damit kommt das Hybridkonzept von Volkswagen mit
wesentlich weniger Hybridkomponenten aus als beim leistungsverzweigten oder Seriellen
Hybridsystem.
Durch die Verwendungsmöglichkeit der E-Maschine sowohl als Antrieb, Generator und
Starter konnten Anlasser und Lichtmaschine weggelassen werden. Das Elektrische Fahren mit
der E-Maschine macht es notwendig, Komponenten, die bei herkömmlichen
Fahrzeugkonzepten durch den drehenden Verbrennungsmotor versorgt wurden Bsp.
Kühlmittelpumpe und Lenkunterstützung , mit elektrischen Antrieben auszustatten.
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Zukunftsaussichten für den Hybridantrieb
Wir sehen im Hybridantrieb eine grosse Zukunft auf dem Markt, da er die Vorteile eines
Elektroantriebes mit der Zuverlässigkeit eines Verbrennungsmotors verbindet. Er ist aber
noch ziemlich teuer und für die Produktion fallen weit mehr Schadstoffe an als für einen
herkömmlichen Motor. Deshalb wird irgendwann der reine Elektroantrieb den Hybridantrieb
wahrscheinlich ablösen, sobald die Technologie soweit entwickelt ist.
Quellen:
Elitegarage AG
Bildquellen:
über Elitegarage AG
Titelbild:
http://alternative-antriebstechniken.de/wp-content/uploads/2009/03/hybrid-motor.jpg
Bild Touareg Hybrid:
http://www.yosax.com/car_images/volkswagen-touareg-hybrid-car.jpg