09.08.2021

Mehr Effizienz, mehr Fahrkomfort: Neues Konzept für Hybridfahrzeuge mit elektrischem Doppelantrieb

Die Grundidee für elektrische Doppelantriebe ist nicht brandneu. Forscher der Technischen Universität Darmstadt haben weitergedacht und eröffnen mit ihrem Konzept neue Perspektiven für hybride Antriebskonzepte. Erste Ideen wurden bereits vor gut zehn Jahren auf Veranstaltungen des VDI Wissensforums vorgestellt. Seitdem wurden sie umfassend weiterentwickelt, bis zu einer serientauglichen und skalierbaren Lösung.

„Aufgrund der Anforderungen an Bauraum, Komfort, Funktionalität und der noch oft geforderten Synergien mit konventionellen Antrieben sind Add-on-Hybridantriebe vergleichsweise teuer, komplex und im elektrischen Betrieb nicht besonders effizient“, erläutert Prof. Dr.-Ing. Stephan Rinderknecht, Institut für Mechatronische Systeme im Maschinenbau an der TU Darmstadt ein. Stattdessen ist er von den Vorteilen eines dedizierten Hybridantriebs mit Mehrgang-Getriebe und zwei E-Maschinen überzeugt – mit Optimierungen gleichermaßen für Ökologie, Effizienz und Fahrkomfort. Einblicke in den Stand der Entwicklung erhalten die Teilnehmer der Internationalen VDI-Getriebetagung DRITEV (DRIvetrain Transmission Electrification in Vehicles) am 13. und 14. Oktober 2021 in Bonn.

Hinter der Abkürzung “TDT4LR” verbirgt sich ein Getriebe mit formschlüssiger Doppelkupplungsfunktion für Hybridvarianten von hocheffizienten Mehrmotoren-E-Antrieben (Two-Drive-Transmission for Long Range). „Das Ziel ist es, durch konsequente Ausnutzung der Systemintegration eine intelligente Möglichkeit zur parallelen Anbindung eines Verbrennungsmotors für Mehrmotoren-E-Antriebe zu ermöglichen“, erklärt M. Sc. Felix Langhammer, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU Darmstadt: „Der Verbrenner dient als Reichweitenverlängerer bei reduzierten Kosten und Bauraumbedarf sowie gleichzeitig hohem Fahrkomfort.“

Formschlüssige Verbindung

„Zwischen Verbrenner und Getriebe bestehen keine Reibelemente, stattdessen ist eine formschlüssige Anbindung an beide Teilgetriebe gegeben – anders als etwa bei einer Doppelkupplung mit reibschlüssigen Verbindungen“, erklärt Felix Langhammer weiter. Durch den Verzicht auf Lastschaltelemente wird ein hocheffizienter Betrieb bei gleichzeitig geringer Komplexität ermöglicht. Zwei Teilgetriebe werden jeweils mit einer E-Maschine gekoppelt. Es stehen mindestens vier unterschiedliche Übersetzungen zur Verfügung, die ebenso der Verbrenner mitnutzen kann. Das Antriebssystem bietet somit alle Optionen für langstreckentaugliche Fahrzeuge: mit der Möglichkeit, lokal effizient und emissionsfrei elektrisch zu fahren sowie größere Strecken hybridisch bei minimaler Gesamt-Ökobelastung zurückzulegen.

Konsequent auf Downsizing optimiert

Aufgrund dieses Antriebskonzeptes können Batteriegrößen von 70 bis 100 kWh, die bei rein batterieelektrischen Fahrzeugen für große Reichweiten erforderlich sind, vermieden werden. Bei vergleichbaren Gesamtreichweiten sind für den häufig üblichen täglichen Betrieb mit Fahrten von bis zu 100 Kilometern für lokal emissionsfreies Fahren Batteriegrößen um 20 kWh ausreichend, wodurch ein wichtiger Beitrag zur Ressourceneffizienz geleistet wird. Doch das Konzept ermöglicht noch mehr Downsizing: Zwei kleine E-Maschinen bedeuten einen Effizienzvorteil im Teillastbetrieb, zudem deckt der Verbrenner nur noch die Grundlast ab und alle Antriebskomponenten lassen sich stets im optimalen Bereich betreiben, ohne starke Lastschwankungen abbilden zu müssen. Im Vergleich zum gängigen Plug-in eröffnet die konsequente dedizierte Systemgestaltung somit Potenzial zur erheblichen Kostenreduktionen.

Skalierbar vom Pkw bis zum Nutzfahrzeug

„Die Erfindung basiert auf bekannten Technologien, weshalb eine Umsetzung im Fahrzeug kurzfristig darstellbar ist“, schildert Prof. Rinderknecht weiter. Zudem sei das System skalierbar, vom Personenwagen bis zu Nutzfahrzeugen beispielsweise für Lieferverkehre. Seit April 2021 läuft ein weiteres Forschungsprojekt zu dem wegweisenden Antriebskonzept, aktuelle Einblicke in die Resultate bieten die Forscher auf der Internationalen VDI-Getriebetagung DRITEV am 13. und 14. Oktober 2021 in Bonn.

Im Interview:

Prof. Dr.-Ing. Stephan Rinderknecht lehrt am Institut für Mechatronische Systeme im Maschinenbau an der TU Darmstadt.


M. Sc. Felix Langhammer ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU Darmstadt.
Auf der der Internationalen VDI-Getriebetagung DRITEV geben die beiden Wissenschaftler Einblicke in die Resultate ihrer Forschungsarbeit über elektrische Doppelantriebe.