Auto 10.07.2009, 19:42 Uhr

Rasanter Elektroflitzer aus dem Hochschullabor

Als Bachelorarbeit haben vier Absolventen der Interstaatlichen Hochschule für Technik im schweizerischen Buchs einen Sportwagen mit Elektroantrieb gebaut. Mittlerweile ist der giftgrüne Renner sogar für den Straßenverkehr zugelassen. Aktuell widmet sich ein neues Team seiner Reichweite. Sie soll auf 700 km verfünffacht werden – mit Hilfe eines kleinen, Strom erzeugenden Benzinmotors. VDI nachrichten, Buchs (CH), 10. 7. 09, sta

Der rote Hosenträgergurt sitzt. Jetzt Zündschlüssel drehen und Gas geben. Doch anstatt zu röhren wie ein anständiger Sportwagen bleibt der grasgrüne Roadster mucksmäuschenstill. „An ist er. Sie müssen nur noch auf vorwärts schalten“, beruhigt Andrea Meier und zeigt auf einen Kippschalter neben dem Lenkrad. „Vorwärts nach oben, rückwärts nach unten“, sagt sie und macht es vor. Jetzt reagiert der Wagen: Satte 2200 Nm Drehmoment sorgen für einen mächtigen Satz nach vorn.

Geschaltet wird mit einem Kippschalter: „Vorwärts nach oben, rückwärts nach unten“

Nach der Schrecksekunde gleiten wir vom Hof der Brusa Elektronik AG in Sennwald nahe der schweizerisch-liechtensteinischen Grenze in den fließenden Verkehr. Ziel der Tour: die Interstaatliche Hochschule für Technik (NTB) Buchs. Denn dort haben Meier und ihre drei Kommilitonen Matthias Kessler, Alfred Gadola und Otmar Bärtsch den Elektroantrieb des Flitzers im Zuge ihrer Abschlussarbeit entwickelt und aufgebaut. Die schnittige Kohlefaser-Karosserie samt Gitterrohrrahmen und Fahrwerk lieferte die Rudolph Perfect Roadster GmbH aus Mechernich bei Köln. Brusa steuerte hoch effiziente elektrische Komponenten bei: zwei Elektromotoren mit 96 % Wirkungsgrad, die Hardware für die Batteriesteuerung und zwei Umrichter, die den Batteriegleichstrom mit nur 2 % Verlust in Wechselstrom für die Motoren wandeln. Das Technologieunternehmen hat das Projekt zudem finanziert und den Studenten Mentoren zur Seite gestellt.

Jetzt auf der Landstraße pfeift mächtiger Fahrtwind durchs Cabrio. Schon ein Streicheln des Gaspedals hat den Roadster am Ortsausgang von 50 km/h auf 100 km/h katapultiert. Zwei Hybrid-Synchronmotoren im Heck – jeweils eine Mischung aus Synchron- und Asynchronmaschine – stellen max. 95 kW pro Hinterrad bereit. Vom Start weg entfalten sie zusammen 440 Nm Drehmoment – das sind 10 Nm mehr als beim neuen Porsche 911. Dieses Moment wird von den beiden selbst entwickelten Getrieben verfünffacht und über Kardanwellen an die Räder übertragen. Schalten muss der Fahrer nicht: Der erste – und einzige – Gang reicht bis 200 km/h.

An Stelle eines Kupplungspedals hat das Elektroauto ein Rekuperationspedal. „Damit können Sie bis zum Stillstand abbremsen“, ruft Meier in den Fahrtwind. Beim Test am nächsten Ortsschild reagiert das Auto stärker als vermutet auf das Pedal: Als die E-Motoren auf Generatorbetrieb umschalten, fährt das nachfolgende Auto beinahe auf.

Innerorts ist der Wagen so leise, dass ein Passant verwundert aufschaut, als quasi aus dem Nichts ein Auto neben ihm auftaucht. Vor Ampeln oder Abbiegemanövern bremsen wir jetzt nur noch per Rekuperationspedal – der Gewöhnungseffekt setzt erstaunlich schnell ein. Was es bringt, ist auf einer kleinen runden Anzeige neben dem Tacho zu sehen. Beim Start der Spritztour durchs sonnige Rheintal war die Batterie zu 70 % voll. Nach 15 km sind es immer noch über 60 %, wobei sich der Füllstand wegen das konsequenteren Rekuperierens auf der zweiten Streckenhälfte kaum noch ändert. „Bei 80 km/h kommen sie mit einer Batterieladung 120 km weit“, sagt Meier, als wir auf dem Parkplatz der NTB ankommen. Bei 140 km/h sinke die Reichweite allerdings auf ca. 50 km.

Drinnen treffen wir Max Stöck, Professor für Entwicklungs- und Messtechnik, und Josef Althaus, Professor für Technisch Mechanik. Die beiden Dozenten haben das Projekt betreut . Auch Gadola und Kessler, sind da. Otmar Bärtsch, der Vierte im Bunde, fehlt. „Er ist beim Formel 1 Team BMW Sauber beschäftigt und konnte nicht kommen“, entschuldigt ihn Stöck. Auch die anderen drei hatten nach der Bachelorarbeit keine Probleme, einen Job zu finden. Kessler und Meier konnten bei Brusa einsteigen. Gadola ist nun an der NTB tätig.

Innerorts ist der Wagen so leise, dass Passanten verwundert aufschauen

Angesprochen auf das hohe fachliche Niveau der Bachelors verweist Stöck auf Unterschiede zum deutschen System: „Gut 95 % unserer FH-Studenten blicken auf eine vierjährige Lehre und erste Berufserfahrung zurück.“ Auch Meier & Co. waren Konstrukteure, CNC-Fräser und Mechaniker, ehe sie im Systemtechnik-Studium einen weit gefassten theoretischen Überbau bekamen. „Es braucht künftig eine neue Art von Ingenieuren, die in komplexen Projekten die Sprache und Denke anderer Disziplinen verstehen und sich bei Bedarf schnell spezialisieren können“, so Stöck. Das Sportwagenprojekt bringe diese Notwendigkeit auf den Punkt.

Tatsächlich waren die vier Studenten weder auf Elektromotoren, Batteriemanagement oder Umrichter noch auf Getriebeentwicklung spezialisiert, als sie loslegten. Im Rahmen des Projekts fuchsten sie sich deshalb zunächst in Simulationssoftware für Getriebe ein. Mit-hilfe der Programme entwickelten sie gewölbte und minimal abgeschrägte Zähne, die µm-genau ineinander greifen. Dabei hatten sie stets das Ziel eines leisen und verschleißarmen Betriebs vor Augen.

Bei der Simulation blieb es nicht. Um die V-förmig angeordnete Motoren-Getriebeeinheit zu testen, baute das Team einen Prüfstand. Mit farblichen Markierungen konnten die Jungingenieure nachweisen, dass ihre Getriebezähne wie berechnet perfekt ineinander griffen. Auch bei höchsten Belastungen blieb der Lack auf den Zahnrädern.

Ein dicker Brocken war der Aufbau der Lithium-Ionen-Batterie. Anfangs hatte das Team die Arbeit an Getriebe und Elektrik aufgeteilt. „Doch uns wurde schnell klar, dass wir der Batterie in ihrer Komplexität nur mit vereinten Kräften beikommen“, berichtet Kessler. Aus 108 einzelnen 3,8 V Zellen mit 40 Ah galt es, eine Einheit mit 400 V Spannung, 160 kW Leistung und 16 kWh Speicherkapazität zu konstruieren, die nicht größer als eine Bananenkiste sein durfte. Zudem sollten eine Schnellladung, ein zügiger Zellwechsel und eine sichere Handhabung möglich sein.

„Wir hatten uns vorher kaum mit Batterien befasst“, räumen die Jungingenieure ein. Dennoch fanden sie einen Weg, die 108 Zellen zu bündeln und zu einer 120 kg schweren Gesamtbatterie zu vereinen. Je zwei der beutelförmigen Zellen sind mit einem Keil in eine silberbeschichtete Aluminiumschiene eingespannt. Drei solche Zellenpaare bilden ein Paket, von denen es 18 Stück gibt. Jedes davon mit eigener Steuerung, die Sensordaten zu Temperatur, Spannung und Ladezustand verarbeitet. „Um eine hohe Lebensdauer zu erreichen, bleibt die Ladung stets zwischen 30 % und 90 %“, sagt Meier. Auch auf die Temperatur kommt es an, damit die Batterie wie geplant 100 000 km durchhält. Optimal sind 30 °C. Um sie zu gewährleisten, hat das Team Ventilatoren und eine Wasserkühlung eingebaut.

In dem NTB-Labor, in dem das Studentenquartett den Roadster in nur neun Monaten von der Idee auf die Reifen brachte, tüfteln jetzt die Studenten Marc Baumgartner und Manuel Zoller. An Bildschirmen entwickeln sie einen Range-Extender. Dabei handelt es sich um einen verbrauchsoptimierten 1-Zylindermotor mit 250 ccm Hubraum. Er soll als Generator Strom an Bord erzeugen und die Reichweite des Elektroflitzers bei Landstraßentempo auf 700 km erhöhen. Ziel des Projekts, bei dem NTB, Brusa und die Swissauto Wenko AG kooperieren, ist ein Verbrauch von 2 l Benzin auf 100 km. „Noch sind wir in der Simulationsphase“, sagt Baumgartner, „doch die Zeit läuft“. Wie ihre Vorgänger schließen auch die zwei Jungingenieure ihr Studium mit dem Projekt ab.

PETER TRECHOW

Von Peter Trechow
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