Elektromotoren ersetzen starre Kopplung an die Kurbelwelle #####

Unser ungeliebter Professor im Fach „Mechanische Konstruktion“ auf der (damals noch) Ingenieurschule predigte immer: „Entkoppeln Sie die Funktionen!“ Das aber ist bei einem Verbrennungsmotor nicht ganz einfach, schließlich soll das Antriebsaggregat im gesamten Temperaturbereich von –40 bis +250 °C sicher funktionieren und dabei noch kostengünstig in der Fertigung sein.

Unser ungeliebter Professor im Fach „Mechanische Konstruktion“ auf der (damals noch) Ingenieurschule predigte immer: „Entkoppeln Sie die Funktionen!“ Das aber ist bei einem Verbrennungsmotor nicht ganz einfach, schließlich soll das Antriebsaggregat im gesamten Temperaturbereich von –40 bis +250 °C sicher funktionieren und dabei noch kostengünstig in der Fertigung sein.

Auch im Automobil geht der Trend zur dezentralen Konzeption. Einer der Gründe dafür ist die „Hybridisierung“ des Antriebs; mit dem Einsatz eines Alternators/Generators etwa steht im Fahrzeug von vornherein mehr elektrische Leistung zur Verfügung, mit der sich dann zusätzliche Elektromotoren antreiben lassen. Bislang starr an die Kurbelwelle gekoppelte Systeme wie die Kühlwasserpumpe lassen sich elektromotorisch betätigen, auch hier kann die Entkopplung der Fördermenge der Kühlflüssigkeit von der Motordrehzahl einen Beitrag zur Optimierung des Systems leisten. Darüber hinaus lassen sich Elektromotoren für den Antrieb eines Kompressors verwenden, anders als bei einem Abgasturboladers oder einem mechanischen Kompressor hängt dann der Ladedruck nicht mehr von der Motordrehzahl ab, das Drehmoment des Antriebs lässt sich hier an die Anforderungen anpassen. Der Motorenhersteller ebm-papst St. Georgen (www.ebmpapst.com/de) bietet elektronisch und mechanisch kommutierte Motorsysteme für den Einsatz in Hilfsantrieben, Servoantrieben und „X by Wire“-Systemen. Ein Beispiel ist der Motor in der elektronischen Lenkunterstützung des 5er-BMW der Modellreihe 2003. Der hierfür speziell entwickelte Elektromotor arbeitet als Servomotor im Drehzahlbereich 0 bis 6000 U/min und ist ausgelegt auf minimale Drehmoment-Pulsation und arbeitet daher mit geringer Geräuschentwicklung. Er ist resistent gegenüber Motorenöl und Lösungsmitteln und arbeitet im automobilen Temperaturbereich zwischen –40 und +120 °C.

Ein Elektromotor könnte auch als Nockenwellenantrieb eingesetzt werden. Dabei wird nicht nur der „Zahnriemen“ ersetzt, sondern bei dieser Konstruktion lassen sich die Ventilzeiten in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors – Drehzahl, Last und Temperatur etc. – variieren. Eine andere Variante ist der Einsatz eines elektrisch betätigten Ventiltriebs, hierbei wird jedes Ventil einzeln von einem Aktor betätigt. Dadurch lassen sich die einzelnen Zylinder individuell steuern und die Ventilzeiten auf den Betriebszustand optimieren. Ein Beispiel hierfür ist der elektrische Ventiltrieb „EVT DYNALINE“ der in Starnberg ansässigen Firma Compact Dynamics (www.compact-dynamics.de). Dabei handelt es sich um einen speziell konstruierten Linearmotor, der mit einer präzisen Wegeerfassung ausgestattet ist; das „Nockenwellen-Ersatzsystem“ wird dabei von einem leistungsfähigen Mikrocontroller gesteuert. Die Firma wurde für diese Entwicklung mit dem Bayrischen Energiepreis 2006 ausgezeichnet. Durch die optimierten Ventilzeiten lassen sich voraussichtlich bis zu 15 Prozent Kraftstoff einsparen. jw