Modulare Getriebe für Hybridfahrzeuge

Modulare Getriebe für Hybridfahrzeuge sollen dazu beitragen, dass elektrifizierte Pkw trotz strengerer CO2-Auflagen bezahlbar bleiben. Experten  erwarten den Marktdurchbruch der Hybridantriebe in den frühen 2020er-Jahren.

Hybridgetriebe sind im Kommen. Zulieferer wie ZF, Getrag, GKN, AVL oder Oerlikon/Vocis setzen auf die spezifische Getriebetechnik für hybride Antriebe und bringen sich für den anziehenden Hybridmarkt in Stellung.

Laut Prognosen der Marktforscher von IHS wird sich der Hybridmarkt von 2016 bis 2020 auf 8 Mio. Einheiten verdoppeln. Sechs Jahre später sollen 20 Mio. Pkw jährlich als Hybride vom Band laufen, davon 10 Mio. Mild-Hybride. AVL geht 2026 allein von 17 Mio. Mild-Hybriden zuzüglich Voll- und Plug-In-Hybriden aus. Und der britische Getriebespezialist Vocis erwartet, dass 2030 satte 35 % aller Neuwagen weltweit mit Hybridantrieb gebaut werden. Wichtigster Treiber ist die CO2-Regulierung (s. Kasten). „Hybridisierung ist eine Schlüsseltechnologie um die Grenzwerte einzuhalten“, sagt Ralf Kubalczyk, Leiter der Baureihe Hybridgetriebe bei ZF.

Der Massenmarkt wird die Antriebe verändern. Statt der bisher oft erst nachträglich angedockten Elektrifizierung setzen Getriebespezialisten auf „holistische Ansätze“, um Kosten, Effizienz, Performanz und Packaging der kombinierten Verbrennungs- und Elektroantriebe im Gleichschritt zu optimieren. So setzt ZF auf die Integration von E-Maschine und Leistungselektronik im Getriebe, um unterstützende Mild-, Voll- oder Plug-In-Hybride als Baukastenlösungen anbieten zu können. Obendrein verknüpft der Zulieferer die sparsamen Antriebe mit vorausschauenden Fahrerassistenzsystemen. So sparen diese nicht nur beim Beschleunigen und elektrischen Fahren Kraftstoff, sondern schalten vor Kurven oder roten Ampeln automatisch in den Generatorbetrieb, um die Bremsenergie noch umfassender zu nutzen.

Getrag setzt auf volle Skalierbarkeit. Ziel: Ein Getriebe von Mikro- bis Plug-In-Hybrid. Der Zulieferer hat zwei Doppelkupplungs-Hybridgetriebe mit sechs und sieben Gängen entwickelt. Sie verbinden die E-Maschine, Inverter sowie elektromechanisches Schalten und elektrohydraulisches Kuppeln auf engstem Raum. Dank der Aktorik ist schon beim Mikrohybrid automatisches Kuppeln und Schalten bei abgeschaltetem Verbrenner möglich, was für Start-Stopp- und Segelfunktionen wichtig ist.

Ohne Längenzuwachs gegenüber der herkömmlichen Doppelkupplungsgetriebe der DCT-Serie sind unterschiedliche Stufen der Elektrifizierung machbar. Sei es der 48-V-Mild-Hybrid mit 15 kW starker E-Maschine, der Vollhybrid mit 40-kW-E-Motor oder ein In-Hybrid mit 400 V und 75 kW starker E-Maschine. Die Getriebe sind für alle Hybridbetriebsmodi vorbereitet, vom reinen Stromer über den gemeinsamen Betrieb von Verbrenner und E-Motor bis zur Rekuperation. Sie können die Drehmomente beider Antriebe dank Leistungsverzweigung (Torque-Split) mechanisch getrennt übertragen. Beim 7-Gang-Getriebe erlaubt die 48-V-Hybridisierung elektrisches Fahren bis 20 km/h und bis zu 22 % Kraftstoffersparnis. Beim Vollhybrid, der im Stadtverkehr rein elektrisch mitschwimmt, stellt Getrag 30 % und beim Plug-in-Hybrid bis zu 80 % CO2-Senkung in Aussicht. Wobei Letzterer im Elektrobetrieb bis zu 130 km/h schafft.

Die identische Einbaulänge zum normalen Doppelkupplungsgetriebe und die volle Skalierbarkeit erlauben es Autoherstellern, auf ein- und derselben Modellplattform bei planbaren Kosten vielfältige Hybridvarianten umzusetzen. Dagegen krankt die bislang praktizierte nachträgliche Einpassung daran, dass Hybridkomponenten mit hohem Zeit- und Kostenaufwand in vorhandenen Bauräume untergebracht werden müssen.

Weitgehend standardisierte Hybridgetriebe werden auch über Skaleneffekte die Kosten senken. So hat AVL jüngst eine Hybridlösung für die Golfklasse präsentiert, mit dem der Zulieferer die Kosten des mehrfach optimierten und millionenfach produzierten Toyota-Prius-Antriebs um 10 % unterbieten will. Ausgelegt auf über 30 km elektrische Reichweite, 79 g/km CO2-Ausstoß als Voll- sowie 35 g/km als Plug-In-Hybrid dient ein DHT (kurz für Dedicated Hybrid Transmission) als unverzichtbares Herzstück, da der integrierte Induktionsmotor (65 kW peak) wichtige Getriebefunktionen übernimmt.

Laut Robert Fischer, Geschäftsführer Engineering und Antriebstechnik bei AVL, zahlt sich die spezifische DHT-Lösung für Autohersteller aus. Bereits ab 100 000 Einheiten ergäben sich Kostenvorteile gegenüber der nachträglichen Hybridisierung, erklärte er kürzlich auf dem CTI Symposium in Berlin. Angesichts der prognostizierten Hybridwelle in den 2020er-Jahren sollte diese kritische Grenze leicht zu nehmen sein.

Autor des Artikels:

P. Trechow