EYE on MARKET vol.2

AUTOMOTIVE

Optimierung des Kraftstoffverbrauchs und Entwicklung von Bearbeitungstechnologien

AUTOMOTIVE

Bild: Mitsubishi Motors Corporation

Ein Zeitalter, in dem jeder sechste Mensch auf der Welt ein Auto besitzt

Die ersten Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor kamen vor rund 150 Jahren in Deutschland auf den Markt. 2013 betrug die Zahl der Kraftfahrzeuge weltweit rund 1,1 Milliarden. Bei einer Weltbevölkerung von 7,2 Milliarden Menschen besitzt damit statistisch gesehen einer von 6,2 Menschen ein Auto. Im Geschäftsjahr 2014 wurden weltweit 89,75 Millionen Autos hergestellt, wobei in den riesigen Märkten China und USA weiterhin eine große Zuwachsrate festzustellen ist. 

Ein Zeitalter, in dem jeder sechste Mensch auf der Welt ein Auto besitzt
Produzierte Kraftfahrzeuge nach Land 2013
Quelle: Khassen Y., Wikipedia. Organisation Internationale des Constructeurs d’Automobiles (OICA). Material von der Japan Automobile Manufacturers Association, Inc.

Ökologische Probleme aufgrund explosiver Nachfrage

Die weltweite Verbreitung von Kraftfahrzeugen geht über alles hinaus, was man sich in ihren Anfangstagen hätte vorstellen können. Das stellt die Menschheit vor neue ökologische Herausforderungen. Schon in den 
1960er Jahren wurden in Kalifornien und Japan die ersten Abgasbestimmungen eingeführt. Um diesen Bestimmungen nachzukommen, begannen die Automobilhersteller zahlreiche umweltschützende Technologien zu entwickeln. Heute wird von Herstellern erwartet, dass sie nicht nur kontinuierliche Anstrengungen zur Vermeidung schädlicher Abgase unternehmen und so der Luftverschmutzung vorbeugen, sondern dass sie auch die Kohlenstoffdioxid-Emissionen reduzieren, die massiv zum Treibhauseffekt beitragen. Dank solcher Maßnahmen konnten die Kraftstoffverbräuche bereits deutlich gesenkt und Vorteile für die Kunden erzielt werden.

Quelle: Die Grafik stellt eine einfache, länderspezifische Umrechnung des Kraftstoffstandards des International Council on Clean Transportation dar. Mit einem einfachen Rechengang nach Maßgabe einer Messmethode für den Kraftstoffverbrauch korrigiert, ergibt sich unter Berücksichtigung von Liberalisierungsmaßnahmen und Unterschieden bei den einzelnen Fahrzeugtypen für die EU ein Kraftstoffstandard von 21,2 km/L (Referenzwert für 2021 von METI berechnet) und für die USA ein Kraftstoffstandard von 16,5 km/L (Referenzwert für 2020 von METI berechnet). Die Werte für Japan für die Jahre 2010 bis 2015 wurden von METI hinzugefügt (hierbei handelt es sich um Referenzwerte, da die Berechnungsmethode ab 2015 geändert wurde).

Technologien für Kraftstoffeffizienz

Zu den kraftstoffeffizienten Technologien für Benzin- und Dieselfahrzeuge gehört heute der Einbau einer Direkteinspritzung und eines Turboladers am verkleinerten, abgasreduzierten Motor. Alternative Technologien stellen Saugmotoren mit einem deutlich erhöhten Verdichtungsverhältnis oder Hybridsysteme mit einem Verbrennungs- und einem Elektromotor dar. Bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge werden aber auch neueste Technologien zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs herangezogen. Das zeigt zum Beispiel die japanische Kleinstwagenkategorie Kei-Cars, die aufgrund niedriger Preise und Betriebskosten bei Kunden hoch im Kurs steht. Kei-Cars haben inzwischen herkömmliche Pkws in Sachen Kraftstoffeinsparung überholt. So gibt es bereits Modelle, deren Kraftstoffeffizienz die 30-km/L-Marke* übertrifft.

Das Aufkommen von Elektrofahrzeugen

Eine zunehmende Marktdurchdringung weisen heute auch Elektrofahrzeuge auf. Hierzu gehören batteriebetriebene Fahrzeuge ebenso wie Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb, der Elektrizität mittels Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt und im Ergebnis Wasser abgibt, sowie Fahrzeuge, die neben Brennstoffzellen mit einem Motor ausgestattet sind, der als Generator fungiert. Motoren zur Elektrizitätserzeugung sind auch als Range Extender bekannt. Schon heute befinden sich zahlreiche Arten wie Kolbenmotoren, Drehkolbenmotoren und Turbinen auf dem Markt oder sind in der Zulassung. Range Extender gehören zu den gängigsten Systemen für Elektrofahrzeuge, da sie beim Erzeugen von Elektrizität vorhandene Kraftstoffinfrastrukturen nutzen. Einige Fahrzeuge, die mit einem Range Extender ausgerüstet sind, bieten sogar eine Kraftstoffeffizienz von über 60 km/L*.

Derzeit entstehen verschiedene Arten von Elektrofahrzeugen (das Bild zeigt Mitsubishi Motors i-MiEV)

Technologien, die zum Umweltschutz weiterentwickelt werden

Schlüsselkomponenten des i-MiEV (Grundschema)

●Die Antriebsbatterie und weitere Schlüsselkomponenten zur Elektrifizierung sind unter dem Boden installiert.
• Bietet den gleichen Platz im Fahrzeuginnenraum und im Kofferraum wie das Basisfahrzeug.
• Der Fahrgastraum ist aus Sicherheitsgründen von Hochspannungsleitungen abgetrennt.
• Der niedrigere Schwerpunkt der Karosserie sorgt für eine ausgezeichnete Steuerung.
●Ein kompakter, hocheffizienter Motor wird übernommen und im Heck installiert (der gleiche Heckantrieb wie das vergleichbare Basisfahrzeug).
●Zudem wird eine Antriebsbatterie mit hoher Speicherkapazität verwendet, um für eine ausreichende Reichweite des Kei-Cars im täglichen Gebrauch zu sorgen.

* Messung auf Grundlage des Testzyklus JC08 zur Messung der Kraftstoffeffizienz

PHEV Technologie

Mechanismus von Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen

Elektrofahrzeuge, die in verschiedenen Fahrsituationen selbsttätig für einen optimalen Fahrmodus sorgen

Das Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV für englisch plug-in hybrid electric vehicle) wurde von Mitsubishi Motors unabhängig als neues Elektroauto entwickelt. Bei Fahrten mit niedriger bis mittlerer Geschwindigkeit durch Wohngebiete schaltet das PHEV-System in den Elektrofahrzeugmodus um, bei dem vorwiegend Strom aus der Antriebsbatterie verwendet wird. Wird die Leistung der Antriebsbatterie schwach oder ist eine starke Beschleunigung erforderlich, geht das System in den seriellen Modus über: Der Verbrennungsmotor beginnt automatisch mit der Erzeugung von Strom, um die Elektromotoren und die Batterie mit Energie zu versorgen. Bei höheren Geschwindigkeiten schaltet das System in den parallelen Modus, um die hocheffiziente, hochdrehende Antriebsleistung des Verbrennungsmotors direkt an das Getriebe zu übertragen und die Elektromotoren zu unterstützen. Beim Abbremsen fungieren die Motoren zudem als Generator, der die Antriebsbatterien wieder auflädt.

Outlander PHEV (Mitsubishi Motors)

●Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug
• Eine Antriebsbatterie mit hoher Kapazität wird unter dem Boden in der Mitte installiert, um für eine ausreichende Reichweite zu sorgen.
• Eine Antriebsbatterie mit hoher Kapazität wird unter dem Boden in der Mitte installiert, um für eine ausreichende Reichweite zu sorgen.
• Ein Verbrennungsmotor für die Energieerzeugung und den Antrieb wird im vorderen Fahrzeug installiert. 
• Die Antriebsleistung des Elektro- und des Verbrennungsmotors können mit dem Vorderachsgetriebe geändert werden.

Kraftstoffeffizienz und Bearbeitungstechnologien

FMAX-Planfräser für hocheffizientes Schlichten

Fortschreitende Produktionstechnologien sind eine entscheidende Voraussetzung für die erhöhte Kraftstoffeffizienz. Dies gilt auch in der Zerspanungsindustrie. Der Turbolader ist zwar keine neue Technologie, die Herstellung effizienterer Systeme wurde jedoch erst durch weiterentwickelte Zerspanungswerkzeuge ermöglicht, mit denen sich Materialien, die hohen Abgastemperaturen standhalten, hocheffizient und mit längerer Standzeit bearbeiten lassen. Zugleich wurden niedrigere Produktionskosten möglich, etwa durch die hocheffiziente Bearbeitung von Zylinderblöcken und -köpfen, die früher aus Gusseisen bestanden. Heute werden solche Komponenten vorwiegend aus Aluminium gefertigt. Der Geschäftsbereich Zerspanungswerkzeuge von Mitsubishi Materials, der seine Bearbeitungstechnologien im Laufe der 80-jährigen Geschichte kontinuierlich weiterentwickelt hat, arbeitet  eng mit Automobilherstellern auf der ganzen Welt zusammen.

Zum Schwerpunkt Motor wurden bereits zahlreiche Technologien präsentiert, die die Kraftstoffeffizienz von Fahrzeugen erhöhen. Die breit gefächerten Technologien reichen von Getrieben, die in Kombination mit dem Motor eingesetzt werden, über Antriebsstränge und Leichtbaukarosserien bis hin zu Motoröl, Leichtlaufreifen und zur Verbesserung des Kraftstoffs an sich. Heute bestehen die Motoren, Getriebe, Antriebssysteme und Karosserien, an denen diese Bauteile montiert werden, noch zumeist aus Metall. Künftig jedoch werden Autos möglicherweise allein aus Kunststoff und elektrischen Komponenten gefertigt - allerdings liegt dieser Tag vermutlich noch in weiter Ferne. Die Zerspanungswerkzeuge von Mitsubishi Materials werden daher auch in Zukunft bei Bearbeitungsverfahren zum Einsatz kommen und zum Wachstum der Automobilindustrie beitragen.

Bild: Mitsubishi Motors Corporation