Mehr Komfort und bessere Verbrauchs­werte sind heute bei Neufahr­zeugen gefragt. Star­t/­Stopp-Auto­matik und Hybrid­fahr­zeuge sind beispiel­hafte Entwick­lungen in dieser Rich­tung. Aller­dings sind dabei neben dem Motor auch Kompo­nenten wie z. B. das Auto­ma­tik­ge­triebe zu betrachten. Herkömm­lich treibt der Verbren­nungs­motor eine Ölpumpe an, die wiederum den nötigen Steu­er­druck aufbaut. Steht der Motor, steht auch die Pumpe und der Druck fällt ab. Bei den neuen Fahr­zeug­mo­dellen sorgt deshalb eine elek­trisch ange­trie­bene Pumpe im Getriebe für perma­nenten Steu­er­druck und damit unmit­tel­bare Schalt­be­reit­schaft auch bei abge­stelltem Motor. Als Antrieb der Pumpe dient ein robuster, elek­tro­nisch kommu­tierter Gleich­strom­motor, der im Getrie­beöl seine Arbeit zuver­lässig verrichtet.

Bild 1: Robustes Ölpum­pen­system glänzt mit dyna­mi­schem Betrieb auch bei hohen Öltem­pe­ra­turen.

Moderne Antriebs­kon­zepte bei Kfz setzen zuneh­mend auf elek­tro­nisch gesteu­erten Betrieb. So lassen sich viele Para­meter des Antriebs­strangs optimal und damit ener­gie­spa­rend auf die aktu­elle Fahr­si­tua­tion abstimmen. Das betrifft auch die Getrie­be­steue­rung. Herkömm­liche, rein mecha­nisch arbei­tende Systeme lassen sich nur schwer in das neue Konzept einbinden, elek­trisch betrie­bene Aktua­toren sind deshalb das Mittel der Wahl. Der Spezia­list für Auto­motiv-Kompo­nenten ebm-papst St. Georgen bietet nun für Auto­ma­tik­ge­triebe einen robusten Gleich­strom­motor als Antrieb der Hydrau­lik­pumpe (Bild 1). So steht der nötige Steu­er­druck für die elek­tro­ni­sche Rege­lung schon ab Dreh­zahl Null bereit, ideal für die neuen Steue­rungs- und Antriebs­kon­zepte.

Keine starre Kopp­lung mehr

Früher waren nur mecha­nisch starre Kopp­lungen möglich, z. B. beim Nocken­wel­len­an­trieb per Kette oder Zahnrad über die Kurbel­welle. Dieses Prinzip bedeutet aber immer ein festes Verhältnis von Dreh­zahl und Steu­er­zeiten. Die moderne Elek­tronik im Kfz ermög­licht es heute, diese starre Bindung aufzu­bre­chen und alle Rege­lungs­vor­gänge im Antriebs­strang zu flexi­bi­li­sieren. Ein Vorteil ist hier, dass sich die klas­si­sche hydrau­li­sche Ansteue­rung der Kupp­lungen oder Brems­bänder leicht per elek­tro­nisch betä­tigtem Ventil in ein modernes Getrie­be­ma­nage­ment einbinden lässt.

Die Innen­läu­fer­mo­toren arbeiten in Umge­bungs­tem­pe­ra­turen von weit unter 0 °C bis über 100 °C.

Ein bedeu­tender Nach­teil ist jedoch die klas­si­sche Druck­er­zeu­gung per Pumpe, die konven­tio­nell auf der vom Motor ange­trie­benen Eingangs­welle sitzt. Druck wird so nur bei laufendem Motor erzeugt und das bedeutet mini­male, aber beson­ders beim Anfahren doch rele­vante Verzö­ge­rungs­zeiten. Zudem wird die Förder­leis­tung, die mit der Dreh­zahl der Pumpe steigt, schnell zu hoch. Der dabei unnötig geför­derte Volu­men­strom muss dann per Drossel „entsorgt“ werden. Eine elegante Lösung dieser Proble­matik ist eine elek­trisch ange­trie­bene Zusatz- oder Hilfs­pumpe, die schon nach Einschalten der Zündung bedarfs­ge­recht den nötigen Druck bereit­stellt.

Anspruchs­voller Einsatzort

Bild 2: Der haus­ei­gene Prüf­stand verfügt über alle notwen­digen Einrich­tungen, um die Motoren unter Praxis­be­din­gungen auf Herz und Nieren zu testen.

Die mecha­ni­sche Ausle­gung der Pumpe ist vom indi­vi­du­ellen Getrie­be­de­sign abhängig, damit sind auch die Para­meter des Antriebs­mo­tors immer den Getrieben anzu­passen. Die Schwarz­wälder Spezia­listen lösen das Problem durch den Einsatz von soge­nannten Basis­komponenten, die dann entspre­chend des Lasten­heftes ausge­wählt und modi­fi­ziert werden. Dabei muss man die beson­deren Einsatz­be­din­gungen bei dieser Anwen­dung beachten: Die dyna­mi­schen Innen­läu­fer­mo­toren arbeiten im Getrie­beöl und müssen damit Umgebungs­temperaturen von weit unter 0 °C bis über 100 °C aushalten. Im Öl sind Addi­tive enthalten, die das Reibungs­ver­halten der Kupp­lungen, Brems­bänder etc. opti­mieren, ande­rer­seits aber auch aggressiv gegen­über Bunt­me­tallen sein können. Unge­schützte Kupfer­wick­lungen oder unge­eig­nete Isolier­lacke würden dann korro­dieren und versagen.

Da bei Kälte das Öl zäh ist und sich nur schwer durch Spalte und Öffnungen quet­schen lässt, ist hier nur ein geringer Volu­men­strom gefragt. Das bedeutet nied­rige Dreh­zahlen bei hohem Dreh­mo­ment, da eine vergleichs­weise hohe Reibung zu über­winden ist. Bei Hitze dagegen kann das Öl leichter fließen; entspre­chend mehr Volumen muss die Pumpe fördern. Dabei muss der Motor mit hoher Dreh­zahl bei vergleichs­weise geringem Dreh­mo­ment laufen. Dies erfor­dert eine entspre­chende Leis­tungs­kenn­linie des Motors; hier kommt die gute Feld­schwäch­bar­keit des Antriebs dem gefor­derten Leis­tungs­profil entgegen.

Robuste Motoren

Einer­seits werden je nach der Hydrau­lik­aus­le­gung im Getriebe unter­schied­liche Motor­leis­tungen benö­tigt, ande­rer­seits erfor­dert der vorhan­dene Bauraum häufig die Extreme: einen kurz bauenden Motor mit großem Durch­messer oder das Gegen­teil, einen eher lang­ge­streckten schlanken Motor. Als Basis­komponenten stehen daher Motoren mit Paket­durch­mes­sern von 40 bis 76 mm und unter­schied­li­cher Länge zur Verfü­gung. So lassen sich Leis­tung und Dreh­mo­ment und Bauform den Erfor­der­nissen anpassen. In Zahlen bedeutet das: der Bereich von 100 mNm bis 2000 mNm oder umge­rechnet 40 bis 500 W Abga­be­leis­tung wird lückenlos abge­deckt.

Motoren können in einem spezi­ellen Sauber­raum produ­ziert werden, um Staub­frei­heit zu erzielen.

Beson­ders tempe­ra­tur­feste Hoch­leis­tungs­ma­gnete erlauben bis zu 140 °C Betriebs­tem­pe­ratur. Ausge­suchte Mate­ria­lien und Lacke wider­stehen den aggres­siven Addi­tiv­zu­sätzen im Öl. Die flexible Ausle­gung der Motoren erlaubt Sinus- oder Block­steue­rung. Trotz der Verwen­dung von stan­dar­di­sierten Motor­kom­po­nenten sind selbst­ver­ständ­lich eine kunden­spe­zi­fi­sche elek­tri­sche Kontak­tie­rung oder Mechanik-Vari­anten wie die Inte­gra­tion eines Pumpen­flan­sches in das Motor­la­ger­schild zur Reduk­tion der Zahl der Schnitt­stellen möglich.

Ferti­gungs­knowhow

Bild 3: Eine Ferti­gung im Sauber­raum verhin­dert Fremd­par­tikel in den Motoren.

Die Entwick­lung wird durch ein haus­ei­genes Labor mit diversen Prüf­ständen unter­stützt (Bild 2). Hier können die Motoren unter härtesten Bedin­gungen auf Herz und Nieren unter­sucht werden. Ist die Entwick­lung abge­schlossen, kommt der nächste Schritt, die Umset­zung in die Seri­en­pro­duk­tion. Gerade bei modernen Auto­ma­tik­ge­trieben sind engste Tole­ranzen zwischen sich bewe­genden Kompo­nenten einzu­halten. Die Folge: Schon kleinste Fremd­par­tikel können zu empfind­li­chen Störungen, Schäden oder gar Total­aus­fall führen. Auf Kunden­anforderung werden daher die entspre­chenden Motoren in einem spezi­ellen Sauber­raum produ­ziert, um die nötige Staub­frei­heit zu erzielen (Bild 3). Eine abge­stimmte Prozess­füh­rung sowie ein ange­schlos­senes Analy­se­labor über­wa­chen dabei ständig die Produk­tion, um eine hundert­pro­zen­tige Quali­täts­si­che­rung zu gewähr­leisten.

Das Resultat sind moderne Elek­tro­mo­toren, die den widrigen Bedin­gungen beim Einsatz im Ölbad von Auto­ma­tik­ge­trieben zuver­lässig wider­stehen. Optimal auf die hydrau­li­schen Belange des jewei­ligen Getriebes ausge­legt erlauben sie einen zuver­läs­sigen Betrieb und schnelle Reak­tionen beim Gang­wechsel auch bei Dreh­zahl Null des Antriebs­mo­tors. Damit sind sie die ideale Ergän­zung für moderne Antriebs­sys­teme.