Neuauflage eines Klassikers

Warum Baukastenprinzip? Der Grund liegt in den verschärften CO2-Grenzwerten der Gesetzgeber, die Automobilhersteller im kommenden Jahrzehnt einhalten müssen. Da aktuell nur die im Fahrzeug selbst entstehenden Emissionen berücksichtigt werden, nicht jedoch solche beispielsweise in der Produktion, versuchen nahezu alle Hersteller, den Absatz batterieelektrischer Fahrzeuge zu steigern. Doch nicht für alle Kunden und für jeden Einsatz sind reine E-Fahrzeuge geeignet. „Wir gehen daher davon aus, dass auch im Jahr 2030 noch rund 70 Prozent der Neuwagen einen Verbrennungsmotor an Bord haben“, sagt von Schuckmann. Um bei ihnen den Kraftstoffverbrauch zu senken – und damit auch die Emissionen – werden sich im kommenden Jahrzehnt unterschiedliche Arten der Hybridisierung durchsetzen.

Diese in einem innovativen Verfahren hergestellte E-Maschine liefert die ZF-Division E-Mobility. Die Leistung eines E-Motors hängt vom „Kupferfüllgrad“ des Rotors ab, also vom Verhältnis des stromleitenden Materials zum Gesamtvolumen. Um dies zu maximieren, setzen die ZF-Ingenieure bei den leistungsstarken Varianten nicht mehr auf Wicklungen mit Kupferdraht, sondern nutzen Stäbe aus Kupfer, die gesteckt und miteinander verschweißt werden.

Ebenfalls neu ist die Unterbringung der Leistungselektronik.

Bislang befindet sie sich bei allen Serien-Hybridfahrzeugen in einer separaten Box irgendwo im Fahrzeug, da Platz im Motorraum absolute Mangelware ist. Die Folge davon sind bisher oft meterlange Kabel von der Leistungselektronik zum Getriebe. Mit dem neuen Getriebe ist das nicht mehr nötig, da die komplette Leistungselektronik in das Getriebegehäuse integriert ist. Ein Kraftakt für das Entwicklerteam um Dr. Michael Ebenhoch. „Einerseits hatten wir im Gehäuse selbst Platz zu schaffen, andererseits mussten wir die Leistungselektronik so klein wie möglich gestalten“, erklärt der Entwicklungsleiter der Division Pkw-Antriebstechnik. Der Miniaturisierung sind jedoch Grenzen gesetzt.

Zwar sind die Leistungshalbleiter an sich nicht groß, doch schalten sie hohe Ströme. Dabei entwickeln die Halbleiter mehrere Kilowatt Wärmeleistung, die abgeführt werden muss. Dafür wird die Leistungselektronik nicht vom Getriebeöl gekühlt, sondern ist an den Kältemittel-Kreislauf der Fahrzeugklimaanlage angeschlossen. Auf der Suche nach genügend Raum für die Leistungselektronik im Getriebegehäuse, analysierten das Ingenieurteam von Ebenhoch alle Bauteile bei den Hydraulikaktuatoren, die die Schaltvorgänge vornehmen. Nun erledigen elektromagnetische Direktschaltventile diese Arbeit. Anders als die bislang verwendeten elektrischen Drucksteller benötigen sie keine zusätzlichen Kolben und Buchsen. Auf diese Weise schrumpfte der benötigte Bauraum für die Hydrauliksteuerung von ehemals 3,1 Liter auf ein Volumen von 1,8 Liter.

Auch alle anderen Bausteine des neuen Getriebebaukastens sind konsequent für den Hybridbetrieb ausgelegt. Beim Ölkreislauf zeigt sich das besonders deutlich. Bislang waren zwei Ölpumpen im Einsatz: eine direkt vom Verbrennungsmotor angetriebene, sehr effizient arbeitende Flügelzellenpumpe und eine zweite elektrische Pumpe oder ein Impulsspeicher für den elektrischen Fahrbetrieb. Im neuen 8-Gang-Automatgetriebe arbeitet eine einzige, leistungsverzweigte Pumpe. Bei abgestelltem Verbrennungsmotor treibt sie ein kleiner Elektromotor an.

Der mechanische Teil des Getriebes hat sich auf den ersten Blick in der vierten Generation nicht verändert: Zwei Bremsen und drei Kupplungen schalten auch weiterhin die die vier Planetenradsätze. „Wir haben jedoch jedes Detail geprüft und vor allem die Reibleistungen deutlich verringert“, erzählt Ebenhoch. Lohn der Mühen: Pro Kilometer sinkt die CO2-Emission im verbrennungsmotorischen Betrieb allein durch die optimierte Mechanik um ein Gramm.

Inzwischen ist die Arbeit an der vierten Generation des 8-Gang-Automatgetriebes weit gediehen. BMW und Fiat Chrysler haben sich bereits dafür entschieden. Noch in diesem Jahr erfolgen die ersten Fahrzeugerprobungen, gleichzeitig bereitet sich das ZF-Getriebewerk in Saarbrücken bereits auf die Industrialisierung vor.