Presseartikel und TV-Beiträge zum Konzeptfahrzeug MBL ex-drive - das Sport Utility Vehicle mit seriellem Plug-in-Hybrid & Allradantrieb der Hochschule Landshut
Am Samstag den fand an der Hochschule Landshut der Tag der offenen Tür statt. Bei dieser Gelegenheit wurde auch wieder der Plug-In Hybrid MBL ex-drive gezeigt und für die Besucher bestand die Möglichkeit sich in dem seriellen Hybridfahrzeug chauffieren zu lassen. Das Angebot bestand ab 10 Uhr und wurde mit großem Interesse wahrgenommen. Dabei zeigte der Fahrer schneller Ermüdungserscheinungen als die Batterie des Luxusstromers, denn erst nach 6 Stunden rasanter Fahrt inklusive Ausritten ins Gelände musste der Range-Extender für Energienachschub sorgen.
Der Umbau eines Allradfahrzeugs des Premiumsegments vom Verbrennungsmotor auf Elektroantrieb in nur 18 Monaten sorgte bundesweit in den Medien für Aufmerksamkeit. Das Projekt MBL ex-drive an der Hochschule Landshut und dessen Leiter, Prof. Dr. Franz Prexler (Fakultät Maschinenbau) wurden soeben für den Bayerischen Umweltpreis vorgeschlagen. Diesen Anlass nutzten MdB PhDr. Andreas Scheuer (Staatssekretär im Verkehrsministerium des Bundes) und MdL Bernd Sibler (Vorsitzender des Landtagsausschusses Hochschule, Forschung und Kultur), um sich bei einem Besuch an der Hochschule einen persönlichen Eindruck vom Fahrzeug und der Leistung des Teams zu verschaffen.
Vertreter des studentischen Teams stellten das Projekt und das Fahrzeug vor, ehe sich Andreas Scheuer selbst ans Steuer saß und mit Bernd Sibler eine Testrunde auf dem Hochschulgelände drehte. Auch Peter Dreier, stellvertretender Landrat, Helmut Radlmeier (als Vertreter des Landshuter OBs, Vorsitzender der CSU Landshut sowie Vorsitzender des Arbeitskreises Hochschule Kultur) und Stadtrat Rudolf Schnur nutzten die Gelegenheit für einen Besuch an der Hochschule. Scheuer zeigte sich nach seiner Testfahrt positiv beeindruckt. Dies sei „ein Beispiel für Leuchtturmprojekte an Hochschulen, das umso bemerkenswerter ist, als die E-Mobilität eines der Topp-Technologiefelder der Zukunft sein wird“. Alternative Antriebe hätten oft das Image, etwas mit Verzicht zu tun zu haben. „Das Landshuter Projekt zeigt das Gegenteil.“ wie Scheuer erklärte.
Für ihn laute ein wichtiges Ziel, solchen Projekten auch eine Chance für den Transfer zum Hersteller zu schaffen. Diese würden meist auf ihre eigenen Forschungsabteilungen bauen und hervorragenden Ideen, die oft in kleinen Start-Ups oder auch in Hochschulen entstehen würden nur selten berücksichtigen. Dabei müsse das Thema E-Mobilität in Deutschland schnell vorwärts gebracht werden: asiatische und auch europäische Hersteller würden hier auf den Markt drängen und dabei viel Experimentierfreude zeigen. Die Bedeutung des Themas habe die Bundesregierung erkannt, Bundeskanzlerin Angela Merkel lade Anfang Mai zu einem Gipfel „E-Mobility" nach Berlin.
Bernd Sibler erklärte, dass es ihm und der niederbayerischen CSU ein großes Anliegen sei, die hier ansässigen Automobilbauer mit der Wissenschaft zusammenzubringen, um einen schnellen Fortschritt zu ermöglichen. Er und Andreas Scheuer betonten bei ihrem Besuch die hervorragende Leistung des Teams, sie würden die Nominierung des Projektes für den Bayerischen Umweltpreis ausdrücklich unterstützen. Dieser Preis wird seit einmal jährlich für praktische oder wissenschaftliche Leistungen vergeben, die in besonderem Maße zur Erhaltung und Verbesserung der Umwelt beigetragen und einen engen Bezug zu Bayern haben. Prof. Dr. Prexler und sein Projekt sind für diesen Preis vorgeschlagen, eine Entscheidung über die Vergabe fällt im August.
Ausgehend von einem Konstruktionsprojekt hatten sich Prof. Dr. Franz Prexler und sein Team ein ehrgeiziges Ziel gesteckt: Ein seriell arbeitendes Voll-Hybrid-Fahrzeug sollte realisiert werden, das mit seinem Antriebskonzept (zwei Elektromotoren mit plug-in und ein Dieselaggregat als Rage-Extender) bestens geeignet sein sollte, ökologische Mobilität zu gewährleisten. Dabei sollten keine nennenswerten Abstriche bei Sicherheit, Komfort und Fahrfreude im Vergleich zur konventionellen Antriebstechnik gemacht werden. Als Basis diente ein Allrad-Fahrzeug im Premiumsegment, das Spaß am Fahren mache, ein vom BMW Werk Landshut zur Verfügung gestellter X5.
Das Fahrzeug wurde unter Einbeziehung der Kompetenzen der Fakultäten Maschinenbau, Informatik und Elektrotechnik der Hochschule sowie unterstützt durch viele externe Unternehmenspartner realisiert. Das erfolgreiche Roll-out fand schließlich im Juli 2009 statt. Ca. 60 Studierende, die sich verschiedenen Aspekten des Themas teilweise auch in Abschlussarbeiten annahmen, steckten viel Herzblut und Freizeit in das Projekt. Sie haben damit wertvolle Kompetenzen erworben - vom Fachwissen in zukunftsrelevanten Technologien der E-Mobilität, über die Team- und Projektarbeit über Fachgrenzen hinweg bis hin zur Verhandlungsführung mit Unternehmen. Das Projekt und die darin gewonnen theoretischen und praktischen Kenntnisse haben schon einigen Teammitgliedern den erfolgreichen Berufseinstieg ermöglicht.
In einem Gemeinschaftsprojekt der Fakultäten Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik der Hochschule Landshut ist es gelungen, in nur 18 Monaten einen fahrbereiten seriellen Plug-in-Hybrid zu entwickeln. AUTOMOBIL-ELEKTRONIK zeigt, wie und mit welchen TOOLS das gelang.
In nur 18 Monaten ist es gelungen, einen fahrbereiten seriellen Plug-in-Hybrid zu entwickelnKomponenten eines Hybridantriebs für AllradfahrzeugeÜberwachung der internen Betriebszustände mit INTECRIO
Als Basisfahrzeug für den „MBL ex-drive“ genannten Plug-in-Hybrid diente ein von der BMW AG zur Verfügung gestellter BMW X5, aus dem die Beteiligten den gesamten konventionellen Antriebsstrang entfernten. Als Antrieb dienen nun zwei in den beiden Achsen verbaute Elektromotoren. Damit steht wie im ursprünglichen Basisfahrzeug ein Allradantrieb zur Verfügung. Die dritte Sitzreihe des X5 musste den Lithium-Ionen-Batterien weichen, die zusammen eine Spannung von 400 V liefern. Das Aufladen der Batterien erfolgt bequem über eine normale 230 V Steckdose (Plug-in-Hybrid). Die bei einem konventionellen Antrieb verlorene Bremsenergie wird beim Hybrid X5 per Rekuperation zurückgewonnen und gleich wieder in den Batterien gespeichert. Die Kapazität der Batterien bietet dadurch eine Reichweite von ungefähr 100 km. Über einen Range Extender lässt sich die Reichweite jedoch deutlich erhöhen. Ein Dieselmotor treibt dabei einen Generator an, der die Batterie während der Fahrt auflädt. Der Dieselmotor stammt ursprünglich aus einem Notstromaggregat und wird stationär im verbrauchsoptimalen Betriebspunkt betrieben. Diese Art des Hybridantriebs wird als serieller Hybrid bezeichnet. Die Komplexität ist gegenüber einem parallelen Hybrid, bei dem zwei Antriebsarten verwendet werden, deutlich geringer.
Die Bordnetzarchitektur
Nicht nur der Antriebsstrang des X5 wurde modifiziert; auch beim Bordnetz des Fahrzeugs gab es Änderungen. Um so wenig wie möglich in das bestehende Bordnetz eingreifen zu müssen, wurde für die neuen Hybridfunktionen ein weiterer CAN-Bus, der Hybrid-CAN, hinzugefügt. An diesem neuen Bus sind die beiden Wechselrichter angeschlossen, welche die Elektroantriebe mit Wechselspannung versorgen. Das Original-Motorsteuergerät verbleibt im Fahrzeug, ist aber nun lediglich für das Einlesen der Fahrpedalstellung zuständig. Als Steuergerät für die neuen Hybrid-Funktionen wird ein Rapid Prototyping-Modul ES910 verwendet, das gleichzeitig als Gateway zwischen dem originalen Powertrain-CAN und dem Hybrid-CAN dient. Die ES910 übernimmt ferner die Buskommunikation des entfernten Getriebesteuergeräts. Damit ist es möglich, über ein kompaktes Modul, das im Beifahrerfußraum verbaut werden konnte, alle Funktionen in Echtzeit auszuführen.
Funktionsentwicklung mit ASCET
Bei der Entwicklung der neuen HybridFunktionen wurde auf die Entwicklungswerkzeuge von ETAS zurückgegriffen. Ziel war es, in möglichst kurzer Zeit einen Prototyp zu entwickeln, mit dem man konkrete Erfahrungen sammeln kann. Die Funktionsentwicklung erfolgte mit dem Entwicklungswerkzeug ASCET. Neben der eigentlichen Antriebsfunktion, die den Fahrerwunsch in eine Ansteuerung der beiden Wechselrichter umsetzt, wurden Funktionen zur Temperatur-, Spannungs- und Kurzschlussüberwachung realisiert. Ferner galt es, die Kommunikation des fehlenden Getriebesteuergeräts zu simulieren und eine Gateway-Funktion zwischen den beiden CAN-Bussen zu entwickeln. Durch die von ASCET zur Verfügung gestellten vielfältigen Modellierungstechniken konnten die Informatikstudenten sowohl kontinuierliche Vorgänge wie die Antriebsfunktion als auch zustandsbasierte Vorgänge, wie sie in der Spannungsüberwachung vorkommen, auf adäquater Ebene spezifizieren. Die Absicherung der Modelle erfolgte durch OfflineSimulation gegenüber einem Umgebungsmodell. Im nächsten Schritt wurde dann das Funktionsmodell mit Hilfe des Werkzeugs INTECRIO auf das Rapid-Prototyping-Modul ES910 gebracht. Vor dem Test des Moduls im realen Fahrzeug erfolgte ein weiterer Absicherungsschritt gegenüber einer Restbussimulation.
Die Erprobung
Derzeit erfolgt die Erprobung des neuen Antriebssystems sowohl auf einem Rollenprüfstand als auch auf der Straße. Ziel der Erprobung ist es, durch Veränderung vielfältiger Parametersätze das Fahrverhalten zu optimieren. Im Zentrum steht dabei die Drehmomentverteilung auf die beiden Achsen des Fahrzeugs unter Berücksichtigung der vorhandenen Energie, der Temperatur aller Komponenten sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit. Ferner laufen derzeit Experimente mit unterschiedlichen Fahrpedalkennlinien. Da die konventionelle Bremse aus Sicherheitsgründen nicht verändert wurde, erfolgt eine elektrische Bremsung über das Fahrpedal (Rekuperation). Die Wegstrecke des Fahrpedals wird dabei in unterschiedliche Funktionsbereiche aufgeteilt. Bei den ersten Versuchen hat sich gezeigt, dass man sich bei entsprechender Kalibrierung sehr schnell an das kombinierte Gas-/Bremspedal gewöhnen kann. Derzeit erfolgen die Erprobungen noch direkt über das Werkzeug INTECRIO. Maschinenbau- und Informatikstudenten arbeiten dabei Hand in Hand. In einem nächsten Schritt entwickeln die Beteiligten nun eine INCA-Oberfläche, mit der die Maschinenbauer die Fahrfunktionen selbst kalibrieren können.
Höhere Antriebsfunktionen
Basierend auf den derzeitigen Basisfunktionen, entwickeln fünf Studenten höhere Antriebsfunktionen. Dabei werden nicht nur Komfortfunktionen, wie zum Beispiel Tempomat oder Halten am Berg entwickelt, sondern auch Sicherheitsfunktionen, wie beispielsweise eine Schlupfregelung für den elektrischen Antrieb. Auch die Spezifizierung dieser Funktionen erfolgt mit ASCET. Ziel ist es, einzelne gekapselte Softwarekomponenten nach Autosar zu entwickeln. Im Vordergrund steht auch hier, wie beim gesamten Projekt, die Studenten praxisnah an modernen Entwicklungsmethoden auszubilden. Es ist geplant, das Fahrzeug auch in den kommenden Semestern als Entwicklungsund Ausbildungsplattform zu nutzen. Das Spektrum reicht dabei vom 4-Motorenantrieb über Hochvoltsicherungen bis hin zu Batteriemanagementsystemen sowie Anzeige- und Bedienkonzepten.
Fazit
Die Hochschule Landshut hat mit dem Projekt X5 Hybrid bewiesen, dass es möglich ist, seriennahe Hybridfahrzeuge zu bauen, ohne auf den gewohnten Komfort eines konventionellen Fahrzeugs verzichten zu müssen. Für die Entwicklung der neuen Hybrid-Funktionen wurden die ETAS-Werkzeuge ASCET, INTECRIO, ES910 und INCA entlang des klassischen V-Modells eingesetzt. Damit konnten die Funktionen spezifiziert, abgesichert und letztendlich mit Rapid Prototyping-Technologie im Fahrzeug ausgeführt werden. So war es den Informatikern möglich, in relativ kurzer Zeit dem Fahrzeug der Maschinenbauer Leben einzuhauchen.
Dr. Dieter Nazareth ist Professor an der Fakultät Informatik der Hochschule Landshut.
Das offizielle Nominierungsvideo zum Clean Tech Media Award
In diesem Video können Sie die offizielle Nominierung des MBL ex-drive Teams zum Clean Tech Media Award 2009 (seit 2013 Greentec Award genannt) sehen, welcher jährlich an Unternehmen, wissenschaftliche Einrichtungen oder für Projekte verliehen wird, die technische Innovationen im Bereich Umweltschutz hervorgebracht haben.
Hochschul-Studenten mit Hybridauto für „Clean Tech Media Award" nominiert
Diesen BMW X5 haben Studenten der Hochschule in ein Voll-Hybrid-Fahrzeug umgebaut. Das Auto lässt sich an der Steckdose aufladen und die Nachwuchswissenschaftler bekommen dafür nun womöglich einen Preis
Wie realisiert man Hochspannungstechnik an einem Auto? Diese Frage hatte sich an der Hochschule im Wintersemester 2007/08 ein rund 60-köpfiges Forschungsteam um Prof. Dr. Franz Prexler gestellt. Das Ergebnis nach 18 Monaten: ein 2,2 Tonnen schwerer BMW X5, der sich an der Steckdose aufladen lässt. Nun sind die Studenten für den Umweltpreis „Clean Tech Media Award“ nominiert, der am 10. September in Berlin vergeben wird.
Clean Tech ist ein Schlagwort, dass Produkte beschreibt, welche Leistung und Effizienz steigern und gleichzeitig Kosten, Energieverbrauch und Abfälle reduzieren, „Umwelttechnik zählt zu den Schlüsseltechnologien von morgen - und Öffentlichkeit ist der Kern von Fortschritt“, sagte Paula Ustabasi, die den „Clean Tech Media Award“ betreut, Vor diesem Hintergrund prämiere und präsentiere der „Clean Tech Media Award“ Innovatives aus dem Bereich Umwelttechnik.
Ins Rennen um den Umweltpreis gehen am 10. September zwölf nominierte Unternehmen, Medienprojekte und junge Wissenschaftler, die sich um Entwicklung und Anwendung von Umwelttechnologien verdient gemacht haben. Sie sind unterteilt in die Kategorien Technologie, Nachhaltigkeit, Kultur und Medien sowie erstmals auch die Sparte Nachwuchswissenschaftler. In dieser konkurrieren die Studenten der Landshuter Hochschule mit einem 22-jährigen Studenten der Technischen Universität Braunschweig. Jan-Philipp Mai hat ein Verfahren entwickelt, bei dem auch so genanntes schmutziges Silizium verwendbar ist. Dritter Nominierter ist die Technische Universität Darmstadt, deren Studenten ein „Plus-Energie-Haus“ entwickelt haben.
„Mit dem Umbau des von BMW zur Verfügung gestellten X5 Basisfahrzeugs in ein Voll-Hybrid-Fahrzeug zeigt das fakultätsübergreifend arbeitende Team, dass schon heute mit Elektromobilität nicht auf Sicherheit, Komfort und Fahrspaß verzichtet werden muss“, heißt es in der Jurybegründung zur Nominierung des Landshuter Teams. Die Freude über dieses Lob ist groß - sowohl an der Hochschule als auch bei der BMW Group.
„Wir freuen uns wahnsinnig“, sagte Peter Patzelt, Pressesprecher der Hochschule. Die Studenten hätten sich einer globalen Herausforderung gestellt und diese bravourös gemeistert, Rund 70 Firmen hätten die Arbeit der Nachwuchswissenschaftler unterstützt, indem sie Werkstoffe, Software und Know-how zur Verfügung stellten. Doch für Patzelt gibt es einen klaren Gewinner: „Das Projekt lebte von seinen Studenten,“ Saskia Eßbauer, Pressesprecherin des BMW Werks Landshut, spricht von einer tollen Leistung der Studenten, „die in Anbetracht der Kürze und vor dem Hintergrund der beschränkten finanziellen Mittel keine Selbstverständlichkeit ist“. Mit dem Projekt habe die Hochschule einmal mehr gezeigt, wie angewandte Lehre in der Praxis aussehen könne. -kö-
An der Fakultät für Maschinenbau der HAW Landshut wurde unter der Führung von Prof. Dr.-Ing. Franz Prexler in nur 18 Monaten aus einem 2,2 Tonnen schweren Luxus-SUV ein echter Plug-In-Hybrid mit Range-Extender entwickelt, der sich problemlos an einer Steckdose aufladen lässt. Am 31. Juli wurde das fahrbereite Fahrzeug in Landshut der Öffentlichkeit vorgestellt.
Das Herzstück des MBL ex-drive ist ein 400Vdc Akkumulator, bestehend aus 4.800 Einzelzellen mit modernster Lithium-Ionen-Technik, der die beiden Elektromotoren und alle Nebenaggregate des Fahrzeugs mit Strom versorgt. Als Überstromschutz sind in den Zuleitungen Sicherungen von Ferraz Shawmut zwischengeschaltet.
Dipl.-Ing. Björn Asmussen von Ferraz Shawmut, der das Projekt betreute, erklärt die technische Herausforderung: „Bei einem Hybridfahrzeug handelt es sich um eine Gleichspannungsanwendung, bei der zum einen aufgrund des fehlenden Nulldurchgangs das Löschen des Lichtbogens in der Sicherung schwieriger ist als bei Wechselspannung. Zum zweiten sind die prospektiven Kurzschlussströme relativ gering. Deshalb kamen Sicherungen mit einer ausgesprochen flinken Charakteristik zum Einsatz. Andererseits sind die extreme Wechsellast und die hohe Umgebungstemperatur, die eine vorzeitige Alterung der Sicherungskomponenten bewirken, zu beachten. In Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Prexler und seinem Team haben wir einen gangbaren Kompromiss zwischen schnellem Auslösen und Alterung der Sicherung gefunden."
Um die Batterie zu schützen, entschied man sich für zylindrische Sicherungen mit 30A zur Abschaltung von Zellkurzschlüssen der in Stacks verschalteten Lithium-Ionen Zellen. Dabei wurden jeweils 2 Stränge zusammen auf eine Sicherung geschaltet, ausgelegt auf einen minimalen Kurzschlussstrom von 100A je Strang. Die beiden Elektromotoren des Herstellers Brusa wurden mit 2 Sicherungen à 300A Nennstromstärke ausgestattet, die für 500Vdc bei einer Zeitkonstante von L/R <= 10ms geeignet sind. Neben der Lithium-Ionen Batterie und den Motoren wurden auch weitere Komponenten wie die Ladegeräte und der APU-Abgang mit Ferraz Shawmut Sicherungen geschützt. Dazu gehören auch die DC/DC-Wandler, welche die von der Batterie erzeugte Gleichspannung von 400 Volt auf die 14Volt einer normalen Autobatterie umwandeln. Aus Platz- und Gewichtsgründen wurden im MBL ex-drive ausschließlich Sicherungen mit äußerst kompakten Baugrößen verwendet.
Ferraz Shawmut kann in diesem Zukunftssektor der Automobilindustrie mittlerweile komplette Sicherungskonzepte anbieten.
Über Ferraz Shamut
Ferraz Shawmut ist einer der Weltmarktführer für Produkte und technische Lösungen zum Schutz von Personen und Gütern beim Betrieb von komplexen elektrischen Systemen. Ferraz Shawmut bietet eine umfassende Produktpalette für den elektrischen und thermischen Schutz, Last- und Trennschalter für hohe Leistungen sowie Stromabnehmer und Erdungskontakte für Bahnanwendungen. Die Produkte werden im Transportwesen verwendet, für die Umwandlung elektrischer Energie, die Stromerzeugung und -verteilung, die industrielle Steuerungstechnik und die Verbesserung der Netzspannungsqualität. Ferraz Shawmut erzielte im Jahr 2008 einen konsolidierten weltweiten Umsatz von 255 Mio. € und unterhält Produktionsstätten auf fünf Kontinenten.
Die deutsche Zentrale hat ihren Sitz in Frankfurt am Main, mit Niederlassungen im oberfränkischen Eggolsheim und in Mannheim. Ferraz Shawmut ist eine Tochtergesellschaft der französischen Aktiengesellschaft Carbone Lorraine S.A.
Weiterführende Informationen erhalten Sie auf der Webseite www.mersen.de
In einem 3 Semester umfassenden Forschungsprojekt haben rund 100 Maschinenbaustudenten der HAW Landshut einen BMW X5 3.0i xDrive zum hybriden SUV umfunktioniert. Und das ganz ohne Unterstützung von Seiten der Bayrischen Motorenwerke…
Nach dem Motto “Strom statt Diesel” ging das Projekt unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Franz Prexler im Wintersemester 2007/08 an den Start. Das von BMW selbst gestellte SUV galt es dabei in einen vollwertigen Hybriden zu verwandeln, der im gesamten Antrieb elektronisch arbeitet. Ebenso sollte das Leergewicht des X5 nicht anwachsen, um performant zu bleiben.
Als primäre Energiequelle bedienten sich die Studenten dabei zweier wassergekühlter Elektromotoren, die samt eines Planetengetriebes jeweils an der Vorder- und Hinterachse angebracht wurden. Der Allrad-Antrieb durch BMWs xDrive-Technologie blieb dabei erhalten. Mit ca. 100Kg Gewicht liefert jeder Elektromotor 100kw Energie (entspricht 136PS), die er aus den 4800 leistungsstarken Lithium-Ionen Batterie-Zellen (aus dem Kofferraum) gewinnt. Im reinen Elektro-Betrieb schafft der X5 eine Reichweite von 100Km. “Getankt” wird ganz einfach per Steckdose, in 3 Stunden sind die Batterien bereits zu 75% geladen.
Als zusätzlicher “Range Extender” dient parallel ein 45PS-starker Turbodiesel-Motor (mit 30Kw Leistung). Dieser springt kurz vor Erschöpfung der Batterien ein, lädt diese wieder auf (mit 10Kw) und bringt zeitgleich den Antrieb der Karosse (mit 20Kw). Seinen Kraftstoff bezieht der Generator aus dem 85l-Serien-Tank. Die Gesamtreichweite liegt somit bei bis zu 1000Km.
Die Leistungswerte des X5 nach dem Umbau können sich durchaus sehen lassen. Gerade mal 12s werden für den 0-100km/h-Sprint benötigt, in der Spitze schafft er 200km/h. Die etwas mehr als 2t Leergewicht werden dabei mit 1250Nm pro Achse (d.h. 2500Nm insgesamt) gezogen. Ein regeneratives Bremssystem gewinnt zusätzlich bis zu 25% der Energie zurück.
Das Team (v. li.): Prof. Franz Prexler, Andreas Olech, Korbinian Naderer und Andreas MoserSieht aus wie ein X5, ist aber ein "MBL"Einer der beiden Motoren, die das Auto antreibenDer Akku des Plug-In-Hybrid-Autos
Luxuriöse Innenausstattung, die klassische Niere am Kühlergrill – keine Frage: Das Auto, das bei Prof. Franz Prexler und seinen Studenten im Labor der Fachhochschule Landshut steht, sieht aus wie ein normaler BMW X5. Doch der erste Blick täuscht. Wer genauer hinsieht entdeckt, dass das klassische BMW-Symbol fehlt. Stattdessen prangen auf Motorhaube, Lenkrad und Felgen Embleme mit den Logos der FH und den drei Buchstaben „MBL“, die für „Maschinenbau der Hochschule Landshut“ stehen.
Auch sonst hat das Luxusgefährt mit einem herkömmlichen X5 nicht mehr allzu viel gemein. Der Professor und seine Studenten haben in Rekordzeit von nur 18 Monaten aus dem Prachtstück ein leistungsstarkes Allradfahrzeug mit PlugIn-Hybrid-Antrieb entwickelt. Ein Premium-Fahrzeug mit all seinen Vorzügen, das nur mit Elektromotoren angetrieben wird, an der Steckdose geladen werden kann und nichts an Fahrspaß missen lässt. Dem Professor und seinen Studenten ging es nicht darum, renommierte Hersteller und deren gigantische Forschungsabteilungen alt aussehen zu lassen. Auch wenn das in manch einem überregionalen Magazin, das über – und man die stolze Leistung der FH-ler berichtet hat, so rüberkommt sich als Laie schon fragt: Warum kann das nicht die Autoindustrie? „Unser Gedanke hat ein höheres Ziel. Die Bevölkerung soll Ja sagen zu diesem Antrieb. Wir wollten zeigen, dass es Sinn macht, sich unabhängig zu machen von fossilen Treibstoffen“, stellt Prexler klar. Im Wintersemester 2007/2008 hat man dann begonnen, die Vision Realität werden zu lassen. Jetzt ist das Auto fertig – und die Fachwelt staunt. „Das Emblem, das ist sogar aus Carbon“, erzählt ein Student stolz. Das ist zwar eher eine Kleinigkeit in Anbetracht der geleisteten Forschungs- und Entwicklungsarbeit, aber sie zeigt eines: Das Hochschul-Team hat seine Version vom Auto der Zukunft bis ins kleinste Detail Wirklichkeit werden lassen. Tatsächlich hat es der „MBL“ in sich. Es ist keineswegs eine „Bastler-Kiste“, es ist ein vollwertiges Premium-Fahrzeug mit beeindruckender Leistung, das jede Menge Fahrspaß bietet. „Damit kann man auch am Irschenberg noch auf der linken Spur bleiben“, so der Professor. Auf 200 Stundenkilometer beschleunigen die zwei Elektromotoren an Vorder- und Hinterachse das Fahrzeug, das von BMW zu Forschungszwecken zur Verfügung gestellt worden ist. Von 0 auf 100 beschleunigt es in 12 Sekunden, eine Leistung von 200 KW steht zur Verfügung. Für den „MBL“ wurde von den Maschinenbauern ein eigenes Getriebe entwickelt und eingebaut. Gespeist werden die Motoren von einem Lithium-Ionen-Akku – wie fast alles andere auch aus eigener Entwicklung – der aus 4.800 Einzelteilen besteht und im Heck des Wagens untergebracht ist. 100 Kilometer weit kommt der Wagen, der an einer Steckdose geladen werden kann, mit einer Ladung. Zusätzlich gibt’s ein DieselAggregat, das Strom liefert, wenn der Akku unterwegs leer gefahren ist. Der Wagen hat dafür immer noch seinen ursprünglich eingebauten Tank. Eine Reichweite – bei geladenem Tank und vollem Akku – von rund 1.000 Kilometern soll das Auto haben. Bei den Entwicklern ist man allerdings zuversichtlich, dass man bis zu 1.700 Kilometer weit kommen kann. Das Fahrzeug ist übrigens praktisch geräuschlos unterwegs. Jetzt soll der „MBL“ nur noch seine TÜVZulassung bekommen, eine reine Formalität. Dann kann er nicht mehr nur auf dem Rollenprüfstand getestet werden, sondern auch auf der Straße. Ein Augenblick, auf den das FH-Team schon hinfiebert. Denn dann ist ihre Vision tatsächlich Wirklichkeit geworden.
Im Spätherbst präsentiert BMW mit dem X6 stolz seinen ersten Hybriden. Studenten der Fachhochschule Landshut entwickelten in der Rekordzeit von 18 Monaten einen eigenen X5 Plug-in-Hybrid. Die Geschichte…
Von außen deutet zunächst nur die erhöhte Bodenfreiheit auf den fehlenden Verbrennungsmotor hinUnter der Motorhaube sitzt ein aufgeladener Kleindiesel mit 30 kW/45 PS LeistungFranz Prexler arbeitet seit Jahren erfolgreich an der HAW LandshutDie beiden Elektromotoren leisten jeweils 100 KW/136 PS und ein maximales Drehmoment von 1250 NmRein elektrisch kann der MBL ex-drive bis zu 100 Kilometer zurücklegenDer technische Aufbau des Hybridfahrzeugs der Fachhochschule LandshutMBL – Maschinenbau Landshut – ganz in der Nachbarschaft von BMWDer vordere Elektromotor mit integriertem Getriebe sitzt in einem StahlrahmenVon außen ist der MBL ex-drive nicht als Elektromobil zu erkennenIm Rahmen eines Entwicklungsprojektes wurde vor eineinhalb Jahren der Elektromotor in Eigenleistung aufgebautJeder der beiden Elektromotoren wiegt 100 Kilogramm und leistet 100 KilowattIm Gepäckraum lagern crashsicher die 4800 einzelnen AkkusDie Studenten arbeiten derzeit noch in den letzten Zügen an Motorelektronik und NebenaggregatenDie Bilder zur Geschichte…
Als BMW vor knapp vier Jahren die Expertise in Sachen Hybridantrieb fehlte, kaufte man sich zusammen mit Mercedes-Benz für teures Geld in die Elektro-Entwicklungen von General Motors und Chrysler ein. Die beiden US-Konzerne werkelten mit Hochdruck an Hybridmodulen für große US-SUV wie Chevrolet Tahoe, Chrysler Aspen oder Cadillac Escalade. Zum Jahresende kommt mit dem BMW X6 ActiveHybrid nun der erste Bayern-Hybride auf den Markt - spät, aber immerhin.
Eine Handvoll Studenten der Fachhochschule (FH) Landshut zeigt, dass man für eine Hybridentwicklung allerdings weder mächtige Kooperationen noch mehrere Jahre Feldforschung braucht.
Unter der Führung von Professor Franz Prexler entwickelte die Fakultät Maschinenbau der HAW Landshut ganz eigenständig einen X5 Hybrid. Der Clou: Im Gegensatz zum Vorbild, dem Serien-X6 von BMW, wurde der MBL ex-drive nicht nur in der Rekordzeit von 18 Monaten entwickelt, sondern ist ein echter Plug-in-Hybrid. Will heißen: Der 2,2 Tonnen schwere Luxus-SUV lässt sich problemlos an einer Steckdose laden.
Angetrieben wird die Eigenentwicklung von zwei Elektromotoren. "Wir arbeiten mit einem Elektromotor an der Vorder- und einem an der Hinterachse", erklärt FH-Student Korbinian Naderer in der Grube unter dem Auto. "Jeder der E-Motoren wiegt inklusiv des integrierten Planetengetriebes rund 100 Kilogramm und ist 54 Zentimeter breit."
Die Stromversorgung der beiden Aggregate ist platzsparend im Gepäckraum untergebracht. Im Gegensatz zum käuflich zu erwerbenden X6 Hybrid ist das Studentenmodell mit modernster Lithium-Ionen-Technik ausgestattet und kann rein elektrisch bis zu 100 Kilometern weit fahren. Der X6 setzt auf Nickelmetallhybrid-Module und kommt elektrisch allenfalls 2,5 Kilometer weit.
"Unser Akku besteht aus 4.800 Einzelzellen und war teuer, sehr teuer. Das teuerste von allem, das wir im Fahrzeug verbaut haben", erzählt Prexler von dem Projekt, das im Wintersemester 07/08 startete. "Insgesamt haben wir aus dem Serien-X5 650 Kilogramm herausgeholt. Unter anderem den Reihensechszylinder, das Getriebe, die beiden Achsen und das Abgassystem." Das gleiche Gewicht wurde dann durch die beiden jeweils 100 Kilogramm schweren Elektromotoren, den 250 Kilogramm schweren Akku, Umrichter und Elektronik wieder eingebaut. "Unser Hybrid-X5 ist daher gewichtsneutral unterwegs", sagt Teamleiter Andreas Moser: "Fahrdynamisch für einen BMW nicht unwichtig."
Die Fahrleistungen des MBL ex-drive können sich trotz der 2,2 Tonnen Leergewicht denn auch sehen lassen. Für die Beschleunigung von 0 auf 100 km/h vergehen zwölf Sekunden. "Durch eine andere Getriebe-Übersetzung wäre es auch schneller gegangen", sagt Projektleiter Franz Prexler. Doch so liegt die Höchstgeschwindigkeit bei 200 km/h Spitze.
Wenn der Akku mal leer gefahren ist, springt ein kleiner Dieselmotor in die Bresche, der die Lücke im üppigen BMW-Motorraum allenfalls mittelprächtig ausfüllen kann. Dank Turboaufladung stellt das Hilfstriebwerk ähnlich wie beim Chevrolet Volt für Ladung und Fahrbetrieb als "Range Extender" 30 Kilowatt Leistung zur Verfügung: 20 Kilowatt sind für die Stromversorgung des Vortriebs und 10 Kilowatt für die Ladung des Lithium-Ionen-Akkus.
Insgesamt kommt der Landshuter Erprobungsträger so auf eine Reichweite von bis zu 1.000 Kilometer. Schließlich bleibt der 85 Liter große Tank des Serien-X5 im Auto. Das regenerative Bremssystem bringt ein Viertel der verbrauchten Energie wieder zurück.
Für die Fachhochschule Landshut ist es nicht das erste Antriebsprojekt - aber das bedeutendste seiner Art. Initiator Franz Prexler ist seit langem als Antriebsspezialist an der Fakultät für Maschinenbau tätig. Vorher war er auch in der Autoindustrie tätig, wo er sich unter anderem mit Elektroantrieben und Allradversionen des Smart befasste.
"Natürlich haben wir im Vergleich zu einem großen Hersteller wie BMW Vorteile", relativiert Prexler den Erfolg. "Wir waren nur unserem Projekt verpflichtet und die Studenten waren voller Begeisterung dabei. Ein Autohersteller hat natürlich auf ganz anderen Rahmenbedingungen bei Entwicklung und Produktion zu achten."
Stolz ist man trotzdem darauf, dass man in eineinhalb Jahren ein fahrbereites Autos auf die Reifen gestellt hat - und zudem noch vor dem Serienhersteller an die Öffentlichkeit gehen kann. Der ist in Landshut nur ein paar Kilometer weiter mit einer großen Entwicklungsstätte vertreten. Auch dort ist das Hybrid-Projekt der Fachhochschule keineswegs unbekannt: Den Basis-X5 etwa hat BMW seinerzeit der FH zur Verfügung gestellt.
So ist es nicht ausgeschlossen, dass es in Zukunft ein gemeinsames Forschungsprojekt aus BMW-Entwicklern und FH-Studenten geben könnte. "Würde mich freuen", sagt Franz Prexler und nickt seinen Studenten zu. "Doch da müsste sich BMW erst einmal bewegen." Jetzt geht es nur noch darum, wer im MBL ex-drive auf Jungfernfahrt gehen darf.
Die HAW Landshut entwickelte im Eiltempo einen Hybridantrieb für den BMW X5 – und zeigt BMW damit die lange Nase. Jetzt hofft man auf einen Forschungsauftrag.
Im Rahmen eines Entwicklungsprojektes wurde vor eineinhalb Jahren der Elektromotor in Eigenleistung aufgebautVon außen deutet zunächst nur die erhöhte Bodenfreiheit auf den fehlenden Verbrennungsmotor hinKorbinian Naderer ist einer der verantwortlichen StudentenVon außen ist der MBL ex-drive nicht als Elektromobil zu erkennenJeder der beiden Elektromotoren wiegt 100 Kilogramm und leistet 100 KilowattKorbinian Naderer arbeitet seit dem Wintersemester 2007/2008 an dem ElektroprojektUnter der Motorhaube sitzt ein aufgeladener Kleindiesel mit 30 kW/45 PS LeistungDer technische Aufbau des Hybridfahrzeugs der Fachhochschule LandshutDer vordere Elektromotor mit integriertem Getriebe sitzt in einem StahlrahmenProf. Dr.-Ing. Franz Prexler leitet das Projekt an der HAW LandshutDie beiden Elektromotoren leisten jeweils 100 KW/136 PS und ein maximales Drehmoment von 1250 NmMBL – Maschinenbau Landshut – ganz in der Nachbarschaft von BMWRein elektrisch kann der MBL ex-drive bis zu 100 Kilometer zurücklegenFranz Prexler arbeitet seit Jahren erfolgreich an der HAW LandshutIm Gepäckraum lagern crashsicher die 4800 einzelnen AkkusDie Studenten arbeiten derzeit noch in den letzten Zügen an Motorelektronik und NebenaggregatenDie Leistungsdaten der beiden ElektrotriebwerkeMBL steht für die Fakultät Maschinenbau LandshutDie Geschichte des Plug-in-Hybrid in Bildern…
Im Herbst bringt BMW mit dem Sport-SUV X6 sein erstes Hybridmodell auf den Markt. Überholt wurde der bayrische Premiumhersteller kurz vor der Ziellinie jedoch nicht nur von Mitstreiter Mercedes, sondern auch von der Fachschule Landshut. Die Fakultät Maschinenbau lässt den selbst entwickelten PlugIn-Hybrid bereits im Juni auf die Straße rollen.
Vorbild einfach überholt
Die Geschichte des Mensa-Hybriden MBL ex-drive begann im Wintersemester 2007/2008. Eineinhalb Jahre später ist man fahrbereit. Die Motoren-Experten von BMW schauen derweil in die Röhre. Die Studenten zeigen, wie es schneller und effektiver geht. Während BMW beim X6 ActiveHybrid ein Akkumodul mit wenig zeitgemäßer Nickelmetallhybrid-Technik an den Start bringt, haben die Studenten unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Franz Prexler gleich auf einen modernen Lithium-Ionen-Akku gesetzt. Der MBL ex-drive ist ein echter Plug-in-Hybrid mit Range-Externder (Reichweiten-Verlängerer) ähnlich dem Chevrolet Volt.
BMW X5 ohne Verbrenner
Der dunkle X5 steht in der Fahrzeug-Werkstatt der Fachhochschule Landshut, und er sieht so aus, als hätte man ihm seine Eingeweide herausgerissen. Die Motorhaube ist offen; der Motor fehlt und die bekannt einprägsamen Firmenlogos mit dem blau-weißen Flugzeugpropeller sind ebenfalls komplett von dem Luxus-SUV verschwunden. Doch das große Loch im Motorraum weckt bei der Handvoll Studenten der Fakultät Maschinenbau keinerlei Traurigkeit. „Wir haben nur gerade seinen kleinen Dieselmotor herausgehoben, damit man die Elektromodule besser sehen kann“, erzählt Teamleiter Andreas Moser selbstbewusst. Professor Franz Prexler steht nebenan und nickt zufrieden. Seit Jahren arbeitet der bärtige Antriebsspezialist an der renommierten Hochschule in Landshut. Vorher war er für verschiedene Hersteller in der Autoindustrie tätig, befasste sich mit Elektromotoren und Allradversionen vom Smart Fortwo. Dieses Mal ist er stolz, dem Premiumhersteller BMW mehr als einen Schritt voraus zu sein.
Serienentwicklung dauert länger
Zusammen mit rund 100 Studenten wurde in den letzten eineinhalb Jahren ein BMW X5 3.0i xDrive zum MBL ex-drive. Während BMW sich vor mehr als drei Jahren im Rahmen von panisch geführten Hybriddiskussionen zusammen mit Mercedes in die Hybridkooperation von General Motors und Chrysler einkaufte, legten die Landshuter erst vor knapp eineinhalb Jahren los. BMW schickte im Eiltempo Entwickler nach Auburn Hills, um dem Hybridkonsortium aus damals noch DaimlerChrysler, General Motors und BMW Flügel zu verleihen. Seit letztem Jahr sind mit Chevrolet Tahoe, GMC Yukon, Chrysler Aspen, Dodge Durango sowie später auch Cadillac Escalade die ersten Hybrid-SUVs auf dem USMarkt. Die Deutschen haben Verspätung. Erst in diesem Herbst kommt der Mercedes ML Hybrid nach Nordamerika. Ende des Jahres startet der BMW X6 ActiveHybrid auch in Deutschland. Bei der Technik präsentiert sich die amerikanisch-deutsche Mehrmarken-Kooperation wenig innovativ. Der hybride BMW X6 ist wie der Mercedes ML mit der betagten Nickelmetall-Hydrid-Technik ausgestattet. Die Innovationsmarke BMW überholte sich in Zusammenarbeit mit Mercedes und Continental selbst und stellt den 7er-BMW mit moderner Lithium-Ionen-Technik fast zeitgleich auf die Räder – bereits Ende des Jahres. Für Professor Prexler und seine Studenten war von Anfang an klar, dass ohne die leistungsstarken Lithium-Ionen-Akkus im Heck der Eigenentwicklung nichts geht.
Allradantrieb bleibt erhalten
„Wir arbeiten mit jeweils einem Elektromotor an der Vorder- und einem an der Hinterachse“, erzählt Student Korbinian Naderer, „jeder der Motoren wiegt inklusiv des integrierten Getriebes rund 100 Kilogramm und ist 54 Zentimeter breit.“ Da, wo sich sonst im X5-Kofferraum die Reserveradmulde befindet, ist jetzt das mächtige Akkupack untergebracht. „Unser Lithium-Ionen-Akku besteht aus 4800 Einzelzellen und war teuer – das Teuerste von allem, was wir verbaut haben“, erzählt Franz Prexler, ohne genaue Zahlen zu nennen. Das Fahrzeuggewicht haben die Landshuter trotz schwerer E-Technik nicht ausufern lassen: „Insgesamt haben wir aus dem Serie-X5 650 Kilogramm an Technik herausgeholt. Unter anderem den Reihensechszylinder, das Getriebe, die beiden Achsen und das Abgassystem.“
2 x 100 Kilowatt für 200 km/h
Der eigens entwickelte und dann verbaute Elektroantrieb wiegt zusammen das Gleiche. Die beiden Akkutriebwerke an den Achsen beschleunigen den MBL ex-drive dank 1250 Nm Drehmoment in gut zwölf Sekunden auf 100 km/h. Die Höchstgeschwindigkeit liegt bei 200 km/h – trotz des Leergewichts von rund 2,2 Tonnen. „Wir können mit dem Hybriden rund 100 Kilometer rein elektrisch fahren“, ergänzt Korbinian Naderer einen weiteren Vorteil im Vergleich zum Serien-X6-Hybrid. Aufgeladen wird das Studienmodell an einer ganz normalen Steckdose. In knapp drei Stunden ist der Akku zu drei Vierteln aufgeladen. Das vermeintliche Loch unter der Motorhaube wird für längere Fahrten mit einem Notstromaggregat gefüllt.
Diesel als Notstromaggregat
Der kleine Dieselmotor mit Turboaufladung wurde in einem Stahlrahmen an den originalen Montagepunkten aufgehängt. Er leistet 45 PS und ermöglicht so eine Gesamtreichweite von 1000 Kilometern, indem er die Batterie mit Strom versorgt. Der normale Benzintank des X5 bleibt erhalten. Der Wirkungsgrad vom Tank zum Rad liegt bei rund 70 Prozent. Das regenerative Bremssystem bringt bis zu einem Viertel an Energie wieder zurück.
Zusammenarbeit mit BMW angepeilt
„Natürlich haben wir im Vergleich zu einem großen Autohersteller wie BMW einige Vorteile“, relativiert Projektleiter Franz Prexler den Erfolg der letzten Monate, „wir waren nur unserem Projekt verpflichtet und die Studenten waren voller Begeisterung dabei. Ein Autohersteller hat natürlich auf ganz andere Rahmenbedingungen bei Entwicklung und Produktion zu achten.“ Trotzdem ist den Studenten ein gewisser Stolz anzumerken, BMW bei der Hybridentwicklung überholt zu haben. Nicht zuletzt deshalb, weil die Vorbilder nur ein paar Kilometer weiter in Landshut produzieren. Doch während bei den Autoherstellern Heerscharen von Ingenieuren und Entwicklern an neuen Antriebskonzepten basteln, arbeiten vom MBL ex-drive täglich maximal 20 Studenten.
Jetzt kommt die Jungfernfahrt
Die Jungfernfahrt des MBL ex-drive soll schon bald stattfinden. „Wir haben in den letzten Monaten eng mit dem TÜV zusammengearbeitet“, so Andreas Moser, „die erfolgreiche Abnahme sollte daher kein Problem werden.“ Gefahren wird übrigens nicht nur mit einem Vorwärts- und einem Rückwärtsgang, sondern auch mit einem einzigen Pedal – wie beim Autoscooter. Und was, wenn der MBL ex-drive über die bayerischen Straßen rollt? Professor Franz Prexler: „Mein Ziel wäre ein gemeinsames Forschungsprojekt mit BMW. Doch da müssten die sich erst einen Ruck geben“. Ganz überraschend kommt das hybride Studentenmobil für die BMW-Entwickler nicht. Hier soll bereits anerkennendes Kopfnicken zu erkennen gewesen sein.
Während die Autohersteller bei Serienfahrzeugen mit alternativen Antrieben nur langsam in die Gänge kommen, sind Studenten der Hochschule Landshut (Bayern) schon einen Schritt weiter. Sie haben befassen sich mit der Nachrüstung von Hybridsystemem und haben nun einen Geländewagen entsprechend umgebaut. "Damit wollen wir energieeffiziente Mobilität aus der Steckdose darstellen und beweisen, dass selbst große und schwere Fahrzeuge aus dem Premiumsegment sparsam bewegt werden können", umreißt Projektleiter Andreas Moser die Aufgabenstellung seines Teams, in dem seit drei Semestern knapp 100 Studenten arbeiten. Ihr Studienobjekt ist ein BMW X5, der von den Studenten komplett umgebaut wurde. Statt des 173 kW/235 PS starken Diesels treibt ihn nun je ein 100 kW/136 PS starker Elektromotor pro Achse an. Zusammen erreichen die beiden Aggregate ein maximales Drehmoment von 2500 Newtonmetern und beschleunigen den Wagen bis auf 200 km/h.
Verbrennungsmotor nur für Notfall
Gespeist werden die Elektromotoren aus einem Akku mit 4800 Lithium-Ionen-Zellen, dessen Kapazität für etwa 100 Kilometer reichen soll. Fehlt danach die Zeit zum Aufladen an der Steckdose, startet automatisch ein Hilfsmotor samt Generator: Nur 30 kW/41 PS stark, liefert der sonst für Notstromaggregate genutzte Kleindiesel genügend Energie, um gleichzeitig zu fahren und die Akkus zu laden, und erhöht so die Reichweite des Prototypen auf rund 1000 Kilometer. Mit diesem Konzept sinken die Treibstoffkosten je nach aktuellem Benzinpreis um 20 bis 30 Prozent. Je nach Stromquelle tendiere der Schadstoffausstoß gen Null, heißt es. Bislang funktioniert das jedoch nur in der Theorie, denn die Jungfernfahrt steht noch aus.
Prototypen von ökologischen Stadtautos gibt es viele. Die angehenden Maschinenbauer der FH Landshut suchten eine größere Herausforderung. Sie nahmen sich den BMW X5 vor. Mit Strom statt Diesel wird das Dickschiff zum Spar-SUV und düpiert die Serienmodelle.
Projektvater: Professor Franz Prexler von der FH Landshut entwickelte mit einem Studententeam einen Hybridantrieb für einen BMW X5Neues Logo: Weil die Antriebstechnik fast ausschließlich in der Werkstatt auf dem Campus der FH Landshut entstand, ist vom BMW praktisch nur noch die Hülle übrig. Also bekam der Hybrid-SUV auch ein neues Logo verpasstElektrische Eingeweide: Im Vordergrund zu sehen ist einer der beiden Elektromotoren, dahinter der GeneratorBauprinzip: Die Grafik zeigt das Antriebskonzept des Hybridmodells der Studenten von der FH Landshut. Das Auto wird stets mit elektrischer Energie angetrieben. Auf längeren Strecken liefert ein 50-PS-Notstromaggregat den Saft für die beiden ElektromotorenNeu unter der Haube: Ein Mitarbeiter des Studententeams beim Einbau des Notstromaggregats in den Motorraum des X5, in dem vorher eine Dieselmaschine saßBatterie-Versammlung: Projektleiter Andreas Moser zeigt die 4800 miteinander gekoppelten Lithium-Ionen-Zellen im Kofferraumboden des Hybrid-X5Die Bilder zur Geschichte…
Franz Prexler arbeitet schon sehr lange an sparsamen Antrieben, unter anderem war er auch an der Entwicklung des Smart beteiligt, und zwar zu einer Zeit, als dieses Projekt noch unter dem Oberbegriff Swatch-Mobil lief. Prexler ist jedoch kein Prediger des Verzichts. Im Gegenteil. "Auch große, starke und luxuriöse Autos können sparsam und umweltfreundlich sein", sagt der Maschinenbau-Dozent der Technischen Hochschule Landshut. Den Beweis dieser These erbringen gerade seine Studenten. Sie arbeiten an einer Hybrid-Version des Geländewagens BMW X5, die sparsamer, sauberer und vor allem pfiffiger ist als die meisten Hybridvarianten der Autohersteller - das für diesen Herbst von BMW angekündigte Modell X6 Hybrid eingeschlossen.
"Wir wollten die Führungsrolle der Forschung demonstrieren und nicht einfach ein aktuelles Konzept nachbauen", sagt Projektleiter Andreas Moser. Statt einer elektrischen Unterstützung für den Verbrennungsmotor, die nur beim Beschleunigen hilft und das Auto allenfalls ein paar Kilometer rein mit elektrischer Energie bewegt, bekommt der Prototyp der Uni einen rein elektrischen Antrieb. Nur für längere Fahrten haben die Studenten - ähnlich wie es beim kommenden Opel Ampera der Fall sein wird - eine Art Notstromaggregat eingebaut, mit dem die Reichweite erheblich wächst. "So wollen wir beweisen, dass energieeffiziente Mobilität aus der Steckdose darstellbar ist", sagt Moser.
Angetrieben wird der X5, auf dessen Kühlergrill statt des BMW-Propellers nun das Logo der Maschinenbauer prangt, von zwei Elektromotoren. Jeweils kaum größer als ein Feuerlöscher, jeweils 100 Kilogramm schwer und umgerechnet 136 PS stark, stecken sie samt der selbst entwickelten Getriebe direkt auf den Achsen und beanspruchen keinen zusätzlichen Bauraum. "Damit schafft das Auto 200 km/h, und man kann beim Anstieg am Irschenberg auf der linken Spur bleiben", fasst Prexler seine Definition von Fahrfreude zusammen.
4800 Einzelbatterien speichern den Strom
Gespeist werden die Elektromotoren aus einem Akku, den die Studenten aus einzelnen Lithium-Ionen-Zellen gefertigt haben: 4800 aufladbare Sony-Batterien sind unter dem Kofferraumboden in Reihe geschaltet. "Das reicht für 100 Kilometer und damit für die allermeisten Alltagsfahrten", sagt Moser. Und während der Fahrer an der Uni oder im Büro ist, wird der X5 an die Steckdose betankt.
Doch auch ohne solches Nachladen geht dem X5 die Energie nicht aus. Denn statt des 235 PS-Diesels aus dem Serienmodell packen die Studenten einen kaum 50 PS starken Stationärmotor samt Generator unter die Haube, der sonst Notstromaggregate oder Flutlichtanlagen versorgt. Noch bevor der Akku leer ist, springt dieser Motor automatisch an, produziert Strom für den Antrieb und lädt gleichzeitig die Batterie. Mit den 85 Litern Sprit im Tank kommt der X5 so bis zu 1000 Kilometer weit.
Ein Großteil der Entwicklungsarbeit fand in der Uni statt
Zwar hat die FH Landshut viele Förderer in der Industrie, doch die meisten Arbeiten wurden in der kleinen Werkstatt auf dem Campus erledigt. Woran Fahrzeughersteller mit hunderten von Ingenieuren seit Jahren entwickeln, reichten dem Studententeam drei Semester und nicht einmal 100 Projektmitglieder, um den von BMW gespendeten X5 umzurüsten. Dass es so schnell ging, wundert Prexler nicht. "Wir hatten viel weniger Restriktionen", sagt der Professor. Kosten, Kundenakzeptanz und die Anforderungen an eine mögliche Serienproduktion brauchten die Studenten nicht zu kümmern. Dennoch wurde nicht einfach drauflos entwickelt. "Ähnlich wie Autohersteller haben wir mit einem Aufpreis von maximal 15.000 Euro kalkuliert", erklärt Prexler. "Und wenn die Akkus, wie vorhergesagt, deutlich billiger werden, können wir den auch einhalten."
Der Umbau war dann aber doch komplizierter als zunächst gedacht. Diesel und Getriebe raus, Elektromotoren und Akku rein - das war längst nicht alles. Sondern natürlich mussten die Studenten auch Nebenaggregate wie Lenkung oder Klimaanlage anpassen, eine Kühlung für den Antrieb entwickeln, eine Sicherheitsstrategie für die Hochvolt-Technik ausarbeiten und neue Software schreiben. Deshalb waren auch eine Handvoll Informatiker beteiligt, die zum Beispiel einen zweiten Daten-Bus und die Steuerung für den Antrieb programmierten.
Das Ziel der Forschung lautet Serienfertigung
Auf Uni-Team kommt auch in Zukunft noch reichlich Arbeit zu. Denn bislang laufen beide Elektromotoren immer mit der gleichen Kraft. "Künftig wollen wir verschiedene Antriebsszenarien programmieren. Ein Sparkonzept für die Stadt, eine Antischlupfregelung und natürlich ein Offroad-Programm", umreißt Prexler das Aufgabenspektrum, das den X5 auch noch für die nächsten Semester auf dem Lehrplan halten wird.
Wie es danach weitergeht, können die Studenten noch nicht abschätzen. Jedenfalls registrieren sie seitens der Autoindustrie ein reges Interesse an dem Projekt. Und am liebsten wäre den Machern natürlich eine gemeinsame Serienentwicklung mit BMW oder einem anderen Hersteller. Die Türen stehen dafür jedenfalls sperrangelweit offen.
An der Fakultät Maschinenbau der Hochschule Landshut arbeiten seit 2007 Studenten an einem spannenden Forschungsprojekt:
Prof. Dr.-Ing. Franz Prexler (li.) und Teamleiter Andreas Moser neben dem BMW X5, der den neuen Hybridantrieb erhält. Die im Basisfahrzeug verbaute konventionelle Allradtechnik wird durch neue Komponenten ersetzt. Ausgetauscht werden neben Verbrennungsmotor und Getriebe die Kardanwelle und Differentiale
Unter der Leitung von Prof. Dr.-lng. Franz Prexler haben sie das Konzept eines Hybridantriebs für ein Allradfahrzeug im Premiumsegmennt entwickelt, bei dem der Antrieb über zwei Elektromotoren erfolgt. Mit dem in einen Original-BMW-Geländewagen eingebauten neuen Antrieb will das Team belegen, dass ein Voll-Hybrid-Fahrzeug durchaus umweltverträgliche Mobilität erreichen kann - und zwar ohne Abstriche bei Sicherheit, Komfort und Fahrfreude.
Herzstück des Projekts ist eine kompakte Antriebs- bzw. Getriebebauform, bei der Motorwelle und beide Antriebswellen auf einer Achse liegen. Um die „maßgeschneiderten" Getriebezahnräder auf die Elektromotorwelle aufzubringen, wollten die Studenten das Kaltdehnverfahren (s. unten) nutzen. Die Hochschule Landshut ist schon lange unser Kunde - so kam das Projekteam auf der Suche nach flüssigem Stickstoff auf uns zu. Mit tatkräftiger Unterstützung der Region Südost haben wir Anfang des Jahres ca 100 Liter Stickstoff - flüssig im Servicewagen zur Hochschule geliefert - als Bertrag zu einem Innovationsprojekt, das Forschug und Praxis ideal verbindet.
Kaltdehnen
Kaltdehnen (früher Kaltschrumpfen) ist ein technisches Verfahren zum festen Verbinden von zwei Bauteilen, z. B. Welle und Ring. Genutzt wird hierbei der physikalische Effekt, dass Metall im Allgemeinen bei Kälte schrumpft und sich bei Wärme ausdehnt. Zum Kaltdehnen wird das Innenteil in Kühlmittel (Flüssigstickstoff oder Trockeneis) eingetaucht, dadurch zieht es sich zusammen und das außen liegende Bauteil kann aufgrund des nun größeren Zwischenraums leichter darübergeschoben werden. Bei Erwärmung des Innenteils auf Raumtemperatur dehnt sich dieses wieder aus, wodurch beide Teile aufeinander gepresst und fest miteinander verbunden werden.
