Elektromobilität Wie Schaeffler von der Formel E profitiert

Für die Saison 2015/2016 erlaubt das Reglement der FIA Formel E die Entwicklung eines eigenen Antriebsstrangs. Das führt dazu, dass sich verschiedene technische Konzepte miteinander messen. Damit ist die Formel E zu einem wichtigen Testfeld für die Entwicklung fortschrittlicher Automobil-Antriebstechnologien geworden – auch bei Schaeffler.

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ABT Schaeffler FE01 in der Formel E
ABT Schaeffler FE01 in der Formel E
( Schaeffler)

Das Unternehmen will seine globalen Kapazitäten im Bereich Elektromobilität verdoppeln und so die neue Epoche in der Automobilindustrie mit zukunftsweisenden Technologien begleiten.

Die FIA Formel E begann 2014 als weltweit erste Rennserie für Elektrofahrzeuge Geschichte zu schreiben. In der ersten Saison 2014/15 hatten die Teams noch auf Einheitsautos zurückzugreifen. Für die Saison 2015/16 erlaubt das Reglement die Entwicklung eines eigenen Antriebsstrangs und führt somit dazu, dass sich verschiedene technische Konzepte miteinander messen. Unterschiede bestehen in puncto Elektromaschine – inklusive Leistungselektronik, Getriebe, Hinterachse, Kühlsystem und der dazugehörigen Software. Damit ist die Formel E zu einem wichtigen Testfeld für die Entwicklung fortschrittlicher Automobil-Antriebstechnologien geworden – auch bei Schaeffler.

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Als exklusiver Technologiepartner entwickelte Schaeffler zusammen mit dem Team – das unter dem Namen ABT Schaeffler Audi Sport firmiert – den Antriebsstrang. Damit bildet die Formel E einen wertvollen Baustein im umfangreichen Mosaik des Motorsport- und Entwicklungsengagements von Schaeffler und liefert wichtige Erkenntnisse für Schaeffler-Technologien bei Hybrid- und reinen Elektrofahrzeugen.

Prof. Peter Gutzmer, stellvertretender Vorsitzender des Vorstandes und Vorstand Technologie bei Schaeffler, erklärt: „Das Engagement in der Formel E hilft uns, das Umfeld und die Systeme im Bereich der Elektromobilität besser zu verstehen. Gleich-zeitig baut Schaeffler so auch seine Stellung als Entwicklungspartner und Systemlieferant weiter aus.“

Kompetenzen aufbauen und übertragen

Herzstück des neuen Stromboliden ist der Elektromotor mit der Bezeichnung ABT Schaeffler MGU 01. Bei der Entwicklung des Triebwerks fokussierten sich die Techniker auf bestmögliche Effizienz, ein hohes Drehmoment sowie optimale thermische Charakteristik und ein möglichst niedriges Gewicht.

„Mit dem Fokus auf eine optimale Auslegung von Motor und Getriebe und unter der Betrachtung des Gesamtsystems, haben wir einen leichten Elektromotor inklusive Leistungselektronik entwickelt. Gerade in diesem Bereich konnten wir wichtige Erkenntnisse – auch für Serienprodukte – sammeln“, sagt Dr. Simon Opel, Leiter Sonderprojekte Motorsport bei Schaeffler. „Es ist uns gelungen, einen Kompromiss zwischen Effizienz und Performance zu finden. Damit fahren wir in Kennfeldern mit einem hohen Wirkungsgrad“, erläutert Opel weiter.

Für den ABT Schaeffler FE01 entwickelten ABT und Schaeffler zudem ein hocheffizientes Getriebe. Produziert wurde es – nach Schaeffler-Vorgaben – vom Renngetriebe-Spezialisten Hewland. Das Getriebe ist zudem steifer, kompakter und leichter. Auch hier kommen Hochleistungs-Wälzlager von Schaeffler zum Einsatz.

Variante mit einem Motor und drei Gängen

Bei Elektroantrieben stellt sich grundsätzlich die Frage, wie viele Übersetzungsstufen die optimale Wahl darstellen. In der Formel E sind die Teams laut Reglement dazu verpflichtet, mit einer vor Saisonbeginn festgelegten Zahl an Gängen und den gewählten Übersetzungen bei allen Rennen anzutreten. Daher gilt es für die Teams zu Saisonbeginn, eine für alle Rennstrecken passende Lösung zu finden.

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Schaeffler hat sich für drei Gangstufen entschieden. Das ermöglicht den Einsatz eines kompakten und leichten Elektromotors. Zudem ist so ein hoher Wirkungsgrad beim Betrieb in günstigen Drehzahlbereichen geboten. Gleichzeitig gelang der Kompromiss, die Zahl der Schaltvorgänge pro Runde möglichst minimal zu halten, während die Momente möglichst maximal unter der Berücksichtigung der vom Reglement vorgeschriebenen Höchstleistung ausfallen.

Weitere Erkenntnisse

Besondere Bedeutung spielen in der Formel E Sparsamkeit und Effizienz. So gilt es, wenig Energie zu verbrauchen und mittels Rekuperation (Bremsenergierückgewinnung) möglichst viel Energie wieder zurückzugewinnen. Gebremst wird in der Formel E – wie auch bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen – zum einen über die konventionelle mechanische Bremse und zum anderen mittels der Elektromaschine. Sie wirkt in diesem Fall als Generator und wandelt die beim Verzögern anfallende Energie wieder in elektrische Energie um.

„Das Zusammenspiel aus mechanischer und elektrischer Bremse ist entscheidend. Motorsport-Siege werden auch auf der Bremse erzielt. Das dafür nötige Wissen brauchen wir ebenfalls für die Technologien von Straßenfahrzeugen“, sagt Prof. Peter Gutzmer.

An den Formel-E-Piloten, Lucas di Grassi und Daniel Abt, liegt es letztendlich, mit der zur Verfügung stehenden Energie optimal hauszuhalten. „Als Rennfahrer musst Du als Erstes lernen, effizient zu fahren. Wenn Du von klein auf Rennen fährst, hast Du das nicht automatisch im Blut“, gesteht Daniel Abt. „Von klein auf lernst Du immer mit Vollgas zu fahren; der Verbrauch spielte da nie eine Rolle“, so der 23-jährige weiter. Lucas di Grassi ist sicher, dass effiziente Mobilität nicht nur in der Formel E zählt, sondern überall zum Maßstab wird: „Effizienz bedeutet, die neueste Technologie des Antriebsstrangs mit der höchstmöglichen Leistung zu kombinieren und die zur Verfügung stehende Energie intelligent zu nutzen.“

Schaeffler expandiert im Bereich Elektromobilität

Schaeffler-Mitarbeiter am P2 Hybridmodul.
Schaeffler-Mitarbeiter am P2 Hybridmodul.
( Schaeffler/Jeibmann Photographik)

Energieeffizienz, Umweltfreundlichkeit und eine damit einhergehende stark wachsende Zahl von Hybrid- und Elektrofahrzeugen – die Automobilindustrie steht vor dem Schritt in eine neue Epoche. Schaeffler wird diese richtungsweisenden Entwicklungen mit zukunftsweisenden Technologien begleiten. Vor diesem Hintergrund verdoppelt das Unternehmen seine globalen Kapazitäten im Bereich Elektromobilität. Insgesamt wird die Mannschaftsstärke, die sich mit dem Thema Elektromobilität und Mechatronik beschäftigt, in den nächsten fünf Jahren auf 2400 Mitarbeiter ansteigen.

„Bereits 2011 hat Schaeffler das Systemhaus E-Mobilität ins Leben gerufen, um sich systematisch gebündelt dem Thema Elektromobilität zu stellen“, sagt Prof. Peter Gutzmer, Technologie-Vorstand bei Schaeffler. „Nur fünf Jahre später blicken wir auf ein breites Produktportfolio mit erfolgreichen Produktanläufen.“

Getrieben durch die Forschung und Entwicklung sind unter der Organisationsstruktur des Systemhauses E-Mobilität in kurzer Zeit serienreife Technologien entstanden. Erfolgreiche Produkte wie Hybridmodule oder elektrische Achsen mündeten in eigenen Produktlinien – jeweils mit einem Aufbau von umfangreichem Personal und hohem Investment. Um die positiven Entwicklungen und Erfolge in einem dynamischen Markt konsequent weiter zu treiben, hat Schaeffler seine Strukturen entsprechend angepasst.

Neuorganisation des Geschäftsbereichs Hybridantriebe

Andreas Englisch verantwortet seit April 2016 die Leitung des neu strukturierten Geschäftsbereichs Hybridantriebe. Er berichtet an Matthias Zink, Geschäftsleiter Unternehmensbereich Getriebesysteme. Der Bereich setzt sich zukünftig aus den Produktlinien „Elektrische Achse“, „Hybridmodule“ und „CVT“ zusammen und wird bis zum Ende des Jahres über 300 Mitarbeiter beschäftigen. Die bewährte Produktlinienorganisation stellt die optimale Zusammenarbeit zwischen Entwicklung, Einkauf und Produktion sicher.

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Unterstützt werden die einzelnen Produktlinien durch einen zentralen Forschungs- und Entwicklungsbereich in der Division Automotive, der sich umfassend mit Simulation und Versuch von verschiedenen Antriebstopologien im Fahrzeug beschäftigt – so auch mit allen Disziplinen zu dessen Elektrifizierung. Der Bereich besteht aus einem weltweiten Netzwerk mit dem Fokus auf Deutschland, China und USA. Alle Projekte, auch die Serienanläufe der Bereiche „Elektrische Achse“ und „Hybridmodule“, werden international und gemeinsam bearbeitet. (sh)

Diesen Artikel haben wir von unseren Kollegen der Konstruktionspraxis übernommen.

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