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Das Hybridgetriebe sorgt in Fahrzeugen mit hybridem Antrieb (Verbrenner + Elektromotor) dafür, dass die E-Maschine ebenfalls funktionale Getriebeaufgaben übernimmt. Seit 2016 wurde für diese Getriebeart der Oberbegriff DHT-Getriebe für Dedicated Hybrid Transmission eingeführt.

Welche Rolle spielt das Hybridgetriebe?

Es erhöht die Effizienz von Hybridantrieben. Diese sorgen zwar an sich schon durch den Einsatz des Elektromotors für emissionsarmes Fahren, doch mit dem Hybridgetriebe funktioniert das noch besser. Die Entwicklung der Hybridgetriebe ist schon älter, aber 2016 wurde der Begriff DHT in die Getriebenomenklatur aufgenommen. Dieser Vorgang trug dem Umstand Rechnung, dass Fachleute der Automobilhersteller den hybridisierten Antriebsstrangs als ein wesentliches Kernelement für die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs ausmachten. Ein Hybridgetriebe verteilt optimal die Antriebsaufgaben zwischen dem Verbrennungs- und dem Elektromotor. Entwicklungstechnisch bedeutet es einen Paradigmenwechsel: Die ersten Hybridfahrzeuge waren mit Getrieben ausgestattet, welche der konventionellen Bauart für Verbrennungsmotoren entsprachen und in die nun die elektrischen Maschinen integriert wurden. Sie waren mit Reibungskupplungen und/oder Drehmomentwandlern mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Das neue Hybridgetriebe kombiniert nun die Betriebsarten von Verbrennern und elektrischen Asynchronmaschinen. Inzwischen gibt es skalierbare hybride Doppelkupplungsgetriebe. Hybridgetriebe werden heute für alle Hybridvarianten gebaut. Diese sind:
• Mildhybrid: Der Elektromotor unterstützt lediglich den Verbrennungsmotor. Rein elektrisch sind nur sehr kurze Fahrtstrecken möglich.
• Vollhybrid: Der Elektromotor ist ein vollwertiger Motor mit entsprechend hoher Akukapazität, was die rein elektrische Fahrleistung deutlich erhöht. Für Stadtfahrten oder kurze Ausflüge ins Umland kann sie genügen.
• Plug-in-Hybrid: Dies ist ein Vollhybrid, dessen Akku auch an der Steckdose aufgeladen werden kann, während die Akkus der anderen Hybridmodelle durch Rekuperation (Rückgewinnung von Bremsenergie) geladen werden.

 

Wie funktioniert das Hybridgetriebe?

Ein Standardgetriebe übernimmt die Antriebsenergie des Motors und überträgt sie auf die Antriebsachse. Die Verbindung stellt die Kupplung her. Ein Getriebe kann manuell oder als Automatik ausgelegt werden, bei Letzterem erfolgt auch die automatische Ein- und Auskuppelung. Da das Getriebe über mehrere Gänge verfügt, beeinflusst es das Drehmoment, die Beschleunigung und die Geschwindigkeit. Es überträgt Bewegungen, Kräfte und Energien. Die Übersetzung der Motorendrehzahl durch das Getriebe auf die Antriebsdrehzahl ist nötig, um die Spreizung zwischen Geschwindigkeits- und Motorendrehzahlbereich zu decken. Beim Hybridgetriebe ist der elektrische Antrieb in die Bau- und Funktionseinheit des Getriebes integriert (sogenanntes dediziertes Hybridgetriebe oder DHT, siehe oben). Durch die Übersetzungsstufen kann der Elektromotor selbst bei hohen Fahrgeschwindigkeiten immer noch höchst effizient betrieben werden. Zum Hybridgetriebe gehört ein Vervielfältigungsgetriebe. Diese sitzt zwischen den Teilgetrieben des Verbrennungs- und Elektromotors und ermöglicht, dass der Verbrenner zusätzlich das Getriebe des elektrischen Pfads verwenden kann. Das erhöht die Effizienz und die Zahl der nutzbaren Gänge. Eine Radsatzebene wird dabei doppelt genutzt. Daher sind für sechs Gänge nur fünf Radebenen erforderlich. Die Fahrleistung wird sportlicher, der Verbrauch sinkt gleichzeitig.

 

Welche Fahrzeuge fahren heute mit Hybridgetriebe?

Praktisch alle Hybridautos der Baujahre etwa ab 2015 bis 2016 (teilweise auch ältere Baujahre schon ab 2013) nutzen heute ein Hybridgetriebe. Beispiele wären etwa der Audi Q7 e-tron Quat¬tro, der BMW X5 40e iPerfor¬mance und der Porsche Panamera 4 E-Hybrid 3.0 V6. Diese drei Fahrzeuge sind Plug-in-Hybri¬de, die als Parallelhybrid ausgelegt und mit Hybridgetrieben von ZF ausgestattet sind. Die Wagen können allein die elektrische Leistung oder die des Verbrenners, aber auch parallel die Leistungen beider Motoren abrufen. Als Plug-in-Hybride sind ihre Akkus extern aufladbar. Die rein elektrische Reichweite liegt um 50 km. Die Getriebearten unterscheiden sich dennoch bauartlich. So fehlt im Hybridgetriebe des BMW X5 der Drehmomentwandler, der durch ein integriertes Anfahrelement ersetzt wurde, damit das Hybridmodul ins Getriebegehäuse passt. Im Audi Q7 e-tron ist das Hybridgetriebe elektronisch mit dem Gaspedal gekoppelt. Es nimmt den Impuls des Fahrers auf und schaltet nach dem ermittelten Bedarf den Verbrenner eher oder später zu. Den Drehmomentwandler hat Audi als Anfahrelement beibehalten. Ähnlich ist das Hybridgetriebe des Panamera 4 E-Hybrid aufgebaut.

Neuigkeiten

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Zug um Zug bringt Audi seine neuen elektrifizierten Modelle auf die Straße. In Deutschland und weiteren europäischen Ländern ist der Q7 TFSI e quattro nun in den Vorverkauf gestartet. Der SUV, dessen Plug-in-Hybridantrieb einen Dreiliter-V6-Benzinmotor mit einer starken E-Maschine kombiniert, ist in zwei Leistungsstufen erhältlich. In der Topversion bietet er 335 kW (456 PS) Systemleistung und 700 Nm...


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Rund um die Technik

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Speziell bei Radnabenmotoren von Elektrofahrzeugen und Brennstoffzellenfahrzeugen oder bei manchen Mild-Hybridanwendungen werden oftmals permanenterregte Synchronmaschinen in Aussenläuferbauweise eingesetzt.

Aussenläufer Synchronmaschine mit Oberflächenmagneten

Quelle: ZF-Sachs

 


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Leistungselektronik für einen Powersplit-Hybrid

Speziell bei Powersplit Antriebsstrangtopologien werden große elektrische Antriebsleistungen verbaut. Aus diesem Grund ist ein hoher elektrischer Wirkungsgrad von großem Vorteil hinsichtlich Verbrauchseinsparungen, CO2 bzw Emissions-Einsparungen.

 

Der grundsätzliche Aufbau dieser Topologie ist im nachfolgenden Bild dargestellt.

Übersicht der elektrischen Powersplit-Hybrid Komponenten

 


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Micro Hybrid
Technische Unterscheidungsmerkmale: 
  • Leistung E-Maschine(n) max.  2-3 kW
  • Spannungsniveau 12 Volt 
  • Verbrauchseinsparung 5-10%

 

Funktionalität:

  • Start&Stopp
  • Optimierter Generatorbetrieb 

Hybridvarianten

Die nachfolgende Abbildung zeigt den schematischen Verlauf der Betriebsmodi im Neuen Europäischen Fahrzyklus eines Micro-Hybrids. Die Strategie berücksichtigt...


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