Elektro- und Hybridmotoren 09.09.2011, 12:07 Uhr

Modine-Ingenieure durch asiatische Faltkunst inspiriert

Das US-amerikanische Unternehmen Modine mit Standort im schwäbischen Filderstadt hat sich u. a. auf das Wärmemanagement von Elektro- und Hybridmotoren spezialisiert. So international das Unternehmen aufgestellt ist, so international sind seine Kunden. Eine besondere Herausforderung für Ingenieure.

Modine ist Spezialist für das Thermomanagement in Fahrzeugen. Die Ingenieure der Firma arbeiten an modernen Kühlsystemen für konventionelle sowie alternative Antriebe. Die Reichweite wird über die Technologie bestimmt: Für kurze Distanzen scheint die Batterie die richtige Lösung zu sein, im Mittelstreckenbereich Hybrid oder Brennstoffzelle und auf Langstrecken ist der Verbrennungsmotor bislang unschlagbar. Modine rüstet sich für alle Fälle.

Durch geschicktes Falten kann ein Gegenstand völlig verändert werden, etwa durch Origami. Diese japanische Faltkunst wird auch in der Industrie genutzt, etwa in der Computersimulation, die zeigt, wie Airbags am besten gefaltet werden. Oder für die Knautschzone eines Pkw, für die es wichtig ist, dass sich die Bauteile im Falle eines Falles richtig zusammenfalten und so möglichst viel von der Aufprallenergie abfangen.

Modine nutzt asiatische Falttechnik für ihre Kühler

Modine nutzt die asiatische Faltmethode für eine ganze neue Generation bei Kühlern: Aus Aluminiumstreifen werden Röhrchen nach patentierten Origami-Verfahren hergestellt.

Die neue Technik wird in Wasserkühlern von Lkw, Pkw und Kondensatoren für Klimaanlagen ab Herbst 2011 eingesetzt. Durch die intelligente Material-Struktur haben die Kühler weniger Gewicht, bringen mehr Kühlleistung und sind auf deutlich höhere Drücke ausgelegt als herkömmliche Systeme.

„Durch die Origami-Technik werden die Kühler spürbar leichter, was vor allem im Batteriebetrieb von Hybridfahrzeugen Vorteile hat. Zudem ist die Kühlleistung deutlich höher. Das wiederum ist wichtig fürs Thermomanagement aufgeladener Turbomotoren“, sagt Frank Lippke. Der promovierte Ingenieur der Luft- und Raumfahrt ist Leiter der Vorausentwicklung bei Modine in Filderstadt.

Fünf Mitarbeiter hat Lippke in der Vorausentwicklung, in der es schwerpunktmäßig um Zukunftstechnologien bei konventionellen Antrieben wie Abgasumwandlung in Energie geht. Das andere Thema ist das Wärmemanagement von Elektro- und Hybridmotoren.

Modine ist ein US-Unternehmen mit Headquarter in Racine, im US-Bundesstaat Wisconsin. In Filderstadt, etwa 30 km südlich von Stuttgart gelegen, ist die Europazentrale. Modine ist Spezialist für das Thermomanagement von Motoren in Autos, Brummis und Bussen, Land- und Baumaschinen. Das Unternehmen entwickelt und produziert Wasser-, Ladeluft-, Öl- und Getriebe-Kühler, Kühler für die Abgasrückführung und Kondensatoren für Klimaanlagen.

Ebenso international ist die Kundschaft, ob aus dem Automobil-, Nutzfahrzeuge- oder Bau- und Landwirtschafts-Bereich. In Filderstadt ist die Verwaltungszentrale für die zwölf Standorte in Europa, zugleich eines der drei Tech-Center weltweit. Die anderen beiden sind in Racine und Schanghai, China. Die Tech-Center beinhalten Kunden-Beratung, virtuelle Produktentwicklung vom Konzept bis zur Serienreife, Musterbau, Simulation, Prüfstände und Klimawindkanal mit Klimakammer.

Modine beschäftigt sich intensiv mit der Abgaswärmerückgewinnung und Umwandlung für den Antrieb

Neben Downsizing und Verbrauchs- sowie Emissionsreduzierung nennt Lippke Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren einen weiteren Technologietrend, an dem das Unternehmen arbeitet. „Wir beschäftigen uns intensiv mit der Abgaswärmerückgewinnung und Umwandlung für den Antrieb.“

Weil moderne Verbrennungsmotoren und Hybride wenig Wärme erzeugen, fehlt im Winter Wärme zum Heizen des Innenraums. Ein kalter Motor verbraucht durch höhere Reibung mehr Sprit als ein warmer. „Beide Faktoren lassen sich in einem ersten Schritt durch die Nutzung der sonst verlorenen Abgaswärme verbessern.“

In einem zweiten Technologieschritt ist es nach Angaben von Lippke möglich, diese Abgaswärme weiter zu nutzen und in Strom oder mechanische Leistung für den Antrieb umzuwandeln. Auch dafür entwickelt Modine Konzepte wie auch fürs Thermomanagement von Brennstoffzellen im Fahrzeug. „Wir sehen, dass diese Antriebstechnologie mit Standardmodulen zu lösen ist.“

Modine: Spezialist für das Wärmemanagement von Batterien

Batterien für den Elektroantrieb müssen nicht nur gekühlt, sondern auch gewärmt werden, im Idealfall auf konstante und in jeder Zelle homogene 25 °C. „Kalte Batterien haben keine Leistung, zu warme altern schnell, wodurch die Lebensdauer sinkt.“ Zur Kühlung und Wärmung stehen die Batterien auf Alu-Platten, die mit den Zellen verbunden sind. Zum Kühlen nehmen die Platten Wärme auf und geben sie an die Umluft ab oder das System wird über einen Wärmeübertrager an den Klimakreislauf zur Kühlung verbunden.

Bei der Entwicklung unterschiedlicher Thermotechniken kooperiert Modine mit Fahrzeugherstellern wie auch Zulieferern, etwa Herstellern von Batterien. „Der Batteriemarkt ist ein sehr dynamischer. Es gibt verschiedene Zellen und Größen für unterschiedliche Lösungen.“

In diesem Bereich hat Modine alle Hände voll zu tun, weil zahlreiche Demonstrationsprojekte laufen. „Wir müssen zunächst investieren, bevor wir ernten können.“ Der Zeitplan dabei ist identisch mit dem der Kunden: Ab 2013/14 werden die ersten Fahrzeuge mit alternativen Antrieben in Serie gehen.

Modine sucht kreative Ingenieure für die Entwicklung neuer Systeme

Die Firma will auch am Thema bleiben, um Technologiekompetenz zu zeigen. „Für die Entwicklung völlig neuer Systeme brauchen wir kreative Ingenieure, die sich in unterschiedlichsten Disziplinen auskennen“, sagt Elisabeth Perfahl-Leibfried, Director Human Resources Europe. Thermodynamik, Wärmeaustausch, Strömungslehre, Stofftransport, Materialkenntnisse – Themen, die abgedeckt werden müssten.

Konferenzen, den Austausch mit Kollegen aus aller Welt und die Zusammenarbeit mit Kollegen hält die Personaldirektorin für die effizientesten Möglichkeiten, sich in das neue Thema Thermomanagement bei alternativen Antrieben einzuarbeiten.

„Vorausentwicklung ist Teamwork, denn kein Einzelner kann all das notwendige Wissen haben“, sagt Lippke. Mitarbeiter in der Vorausentwicklung müssen nach seinen Angaben breit aufgestellt sein und Erkenntnisse aus unterschiedlichen Disziplinen für das Projekt bündeln können. Das unterscheidet sie von anderen Ingenieuren.

Von Peter Ilg

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