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Stefan Prebeck, ZF do Brasil Ltda.
Lösungen im Antriebsstrang zur
Reduktion des CO2 Ausstosses
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Inhalt
ZF im Kurzüberblick
Verlustsituation und Einsparpotenziale
- Antriebsstrang
- Fahrwerk
Konventionelle und Hybrid-Technik
- Pkw
- Nkw
Elektrische Antriebe
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Weltweite Präsenz Produktion, Entwicklung, Vertrieb
117 Produktions-
gesellschaften
8 Hauptentwicklungs-
standorte
34 Servicegesellschaften
Über 650 Servicepartner
weltweit
KennzahlenStandorte
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Umsatzverteilung 2010
ZF-Konzern: 12.907 Mio. €
KennzahlenUmsatz
Bau- und Land-maschinen, Marine, Luftfahrt, Sonder- und Schienenfahrzeuge 12 %
Nkw > 6 t23 %
Pkw und leichte
Nkw < 6 t 65 %
Antriebstechnik 56 %
Fahrwerktechnik 44 %
Umsatz Deutschland 34 %
Umsatz weltweit ohne Deutschland
66 %
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Forschung und Entwicklung
Kurzprofil 2010
Patentanmeldungen:
ca. 632
ZF gehört zu den zehn größten Patentanmeldern Deutschlands.
Interne Erfindungsmeldungen:
> 900
Hauptentwicklungsstandorte:
8 (Friedrichshafen, Dielingen, Schweinfurt, Passau, Schwäbisch Gmünd,
Pilsen/Tschechien, Northville/USA, Shanghai/China)
Aufwendungen:
646 Mio. €
Mitarbeiter:
weltweit ca. 5.400, davon 760 in der Zentralen Forschung und Entwicklung
in Friedrichshafen. 160 Mitarbeiter sind in Pilsen/Tschechien,
Shanghai/China und Tokio/Japan beschäftigt.
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Inhalt
ZF im Kurzüberblick
Verlustsituation und Einsparpotenziale
- Antriebsstrang
- Fahrwerk
Konventionelle und Hybrid-Technik
- Pkw
- Nkw
Elektrische Antriebe
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Potenziale und Grenzen der Optimierung
Fahrzeug der oberen Mittelklasse mit Heckantrieb und 3- Liter Ottomotor; 6-Gang-Automatikgetriebe der 2.Generation; Hinterachsgetriebe mit
Kegelrollenlagern; kein Start- Stopp, keine Bremsenergierückgewinnung; hydraulische Servolenkung und hydraulische Wankstabilisierung.
Luftwiderstand11 %
Rollwiderstand11 %
Nebenverbraucher6 %
Antriebstrang15 %
Verbrennungsmotor47 %
Gewicht10 %
Ein Großteil der Verluste (85%) kommt nicht aus dem Antriebstrang.Der Antriebstrang kann aber CO2 um deutlich mehr als 15% reduzieren.
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Potenziale und Grenzen der OptimierungTheoretisches Potenzial Antriebsstrang
Masseloses
Fahrwerk
Masseloser und
verlustfreier
Antriebsstrang
alle Servofunktionen
im Fahrwerk
ohne Verluste
100 %
Rekuperieren
ideale Übersetzungsreihe
aktive Motorsteuerung
keine
Stillstandsverluste
Theoretisches Potenzial: 60%
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
0 %
-20 %
-40 %
-60 %
-80 %
Antriebstrang
ohne
mechanische
Verluste
Optimale
Betriebs-
punkt-
verschiebung
Ideales
Start-Stopp
und
ideale
Rekuperation
Leichtbau
minus 200 kg
Lenkung
und
Stabilisator
ohne
Verluste
- 60 %
Theoretisches
Potenzial
Fahrzeug der oberen Mittelklasse mit Heckantrieb und 3- Liter Ottomotor; 6-Gang-Automatik-
getriebe der 2.Generation; Hinterachsgetriebe mit Kegelrollenlagern; kein Start- Stopp, keine
Bremsenergierückgewinnung; hydraulische Servolenkung und hydraulische Wankstabilisierung.
Potenziale und Grenzen der OptimierungZusammensetzung des Potenzials Antriebsstrang
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Kombiniert Innerorts Außerorts0
2
4
6
8
10
Ein
sparp
ote
ntial [%
]
Endkundenfahrbetrieb:
Probandenmessfahrten des FKFS auf Rundkurs bei Stuttgart
Endkundenfahrbetrieb bestätigt Ergebnisse des NEFZ
Vorteile der EPS:
Basis: Kompaktklasse 1.400kg, 2l Ottomotor, 7,7l/100km
im Endkundenfahrbetrieb
Verbrauchsred. [l/100km]
CO2-Emissions-red. [g/km]
Kombiniert 0,39 (5%) 9,1 (5%)
Innerorts 0,66 (8%) 15,3 (8%)
Außerorts 0,32 (4%) 7,5 (4%)
Einsparpotential elektrischer Lenksysteme
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Potenziale und Grenzen der OptimierungStand der Technik 2010
Leichtbau
Antriebsstrang und
Fahrwerk: -15 kg
0,3 %
Verlustoptimiertes
Achsgetriebe
1 – 1,5 %
Hybrid + Start-Stopp
3 – 25 %
8-Gang-Automatgetriebe
7,5 %
Integrierter Allradverteiler
1 – 1,5 %
Elektromechanische
Lenkung
3 – 6 %
Elektromechanische
Wankstabilisierung
1 – 2 %
bis 2010 möglich: 30%
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Emissionsreduzierung im Lkwdurch optimierte ZF-AS Tronic
20201980
Nm
/kg
2000 20101990
5
10
15
Integrierte Split- und Bereichsgruppe
Aluminium-Druckguss
2-Vorgelegewellen-Technologie
Klauenschaltung statt Synchronisierungen
Ecosplit
AS Tronic
GewichtsreduzierungWirkungsgradsteigerung
Reibungsarme Schaltklauen
Präzise Fertigung, hohe
Oberflächenqualität
Vollsynthetisches Getriebeöl
Leichtlauf-Lager
Reibungsarme Dichtung
Effiziente Einspritzschmierung
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Verbrauchseinsparung durch Leichtbau im Fahrwerk
BCA Hinterachse mit radführender
Querblattfeder aus Composite
MCT Elastokinematische
Torsionslenkerachse
Composite Strut McPherson-Federbein in
Faserverbund-Leichtbau
Leichtbau-DämpferAluminium-Einrohrdämpfer
Kunststoff-Lenker Fahrwerkskomponenten
aus Kunststoff
Hybrid-LenkerFahrwerkskomponenten
in gemischter Bauweise
EPScElektrische Lenkung
für leichte Fahrzeuge
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Inhalt
ZF im Kurzüberblick
Verlustsituation und Einsparpotenziale
- Antriebsstrang
- Fahrwerk
Konventionelle und Hybrid-Technik
- Pkw
- Nkw
Elektrische Antriebe
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Mikro HybridMild Hybrid
(parallel)Full Hybrid
(parallel, seriell, leistungsverzweigt)
Mechanische Spitzenleistung der elektrischen Maschine
3 kW 5 kW 12 kW 30 kW 60 kW 120 kW
Systemspannung Batterieseite
Verbrauchsreduzierung (Stadt)
~ 3 % ~ 5 % ~ 15 % ~ 25 % ~ bis 30 %
Hybridisierung des AntriebsstrangsBezeichnungen, Abstufung, Funktionen
14 V 144 V 288 V 600 V
Start/StoppRekuperieren /
Boosten
Elektrisches
Anfahren
Elektrisches Fahren
42 V
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Innovationen im AntriebsstrangHybridtechnologie für Pkw
Bauraumneutralität der Hybridgetriebe
HybridgetriebeAT konventionell
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Effekte
Boosten & Rekuperieren
Start/Stopp
Betriebspunktoptimierung
Nutzen
15 % Effizienzsteigerung
Aufwand
kleine el. Leistung
kleine Batterie
PSM
KSG
Pkw-Mildhybrid (Serieneinsatz DynaStart) MB S400H, BMW 750iH
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
PSM
Effekte
Boosten & Rekuperieren
Start/Stopp
El. Anfahren und Fahren
Betriebspunktoptimierung
Nutzen
25 % Effizienzsteigerung
Aufwand
mittlere el. Leistung
Moderate Batteriegröße
Bauraumneutralität
Pkw-Vollhybrid8-Gang-Hybridgetriebe
Hybridgetriebe8-Gang-Automatgetriebe mit
integriertem Hybridmodul
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Ein Beispiel zum Beitrag von ZF zur Kraftstoffeinsparung
im Antriebsstrang => CO2-Reduktion durch 8HP
- 5 %
- 3%
- 7,5%
bis
- 15%
bis
- 25%
- 5%
182 g/km 169 g/km 144 g/km 127 g/km161 g/km
5-Gang 6-Gang1. Generation
6-Gang2. Generation
8-Gang 8-GangStart-Stopp
HIS
8-GangMildhybrid
8-GangFullhybrid
Beispiel: CO2-Reduzierung
Limousine 2,5l Otto V6, NEFZ
konventionell Hybrid
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1
Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Inhalt
ZF im Kurzüberblick
Verlustsituation und Einsparpotenziale
- Antriebsstrang
- Fahrwerk
Konventionelle und Hybrid-Technik
- Pkw
- Nkw
Elektrische Antriebe
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1
Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Verlustanteile in NutzfahrzeugenAufteilung der eingesetzten Energie
Basis:
Schwerer Lkw, 40 t, mit AS Tronic;
im Fernverkehr, Beladungs- und Routenmix.
Nebenaggregate
Beschleunigungs-
widerstand
Verluste Antriebsstrang
Basis:
Stadtbus 18 m, 24 t Gesamtgewicht,
mit Ecomat und TopoDyn; Routenmix.
Verbrennungsmotor
Steigungswiderstand
Rollwiderstand
Luftwiderstand
8 %
8 %
14 %
1 %
6 %
6 %
57 %
BusStadteinsatz
2 %
2 %
3 %
14 %
15 %
5 %
59 %
LkwFernroute
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs Theoretisches Potenzial
100 %
80 %
60 %
40 %- 61 %
Stadtbus 18 m, 24 t Gesamtgewicht, mit ZF-Ecomat und TopoDyn; Routenmix
Schwerer Lkw, 40 t, mit ZF-AS Tronic; Fernverkehr, Beladungs- und Routenmix.100 %
90 %
80 %
70 %
- 15 %
* Rekuperation, Boosten, elektrisches Fahren, ohne Start-Stopp
Antriebsstrang
ohne
mechanische
Verluste
Optimale
Betriebs-
punkt-
verschiebung
Ideales
Start-Stopp
Idealer Hybrid*
ohne Verluste
Theoretisches
Potenzial
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
ZF-Hybridlösungen für Nutzfahrzeugeim Stadteinsatz
Stadtbus
parallel
elektrische
Achse
Synergie
Wirtschaftlicher Vollhybrid (parallel)
auf Basis bestehender Getriebe
-30 %
Stadt
Verteiler-Lkw
parallel
Transporter
parallelStadtbus
seriell/elektrisch
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Reduzierung des KraftstoffverbrauchsStadtbus
EcoLife
mit
Topodyn
2009
EcoLife
Hybrid
2012100 %
90 %
60 %
Ecomat
5-Gang
< 2002
Ecomat
6-Gang
2002
Ecomat
6-Gang
optimiert
2006
EcoLife
2007
80 %
70 %
50 %
- 4 %
- 5 %
- 3 %
- 5 %
- 25 %
mit TOPODYN
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Parallelhybrid• 6-Gang-Automatgetriebe
• Elektrische Leistung bis 120 kW
Serieller Hybrid• Einzelradantrieb
• pro Radkopfseite je
eine ASM Pmax 120 kW
• ASM im Gehäuse integriert
• Gehäuse ist Teil der tragenden Achsstruktur
Hybridtechnik für StadtbusseHybridgetriebe EcoLife Elektroportalachse AVE 130
-30% Stadt
http://images.google.de/imgres?imgurl=http://static-p4.fotolia.com/jpg/00/08/26/17/400_F_8261751_6yoyHpKAEw3dXeoCCeOIC10gbUrSthZq.jpg&imgrefurl=http://de.fotolia.com/id/8261751&usg=__AKNtCtrOr0WnoJs6dF2Q9sqDXVc=&h=400&w=400&sz=21&hl=de&start=1&itbs=1&tbnid=Uhva-dh__nWv6M:&tbnh=124&tbnw=124&prev=/images%3Fq%3Dtankstelle%2Bsymbol%26hl%3Dde
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
Inhalt
ZF im Kurzüberblick
Verlustsituation und Einsparpotenziale
- Antriebsstrang
- Fahrwerk
Konventionelle und Hybrid-Technik
- Pkw
- Nkw
Elektrische Antriebe
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
ZF-Entwicklungen
E-Antriebe
Konzeptstudie für Kleinwagen/untere Mittelklasse mit Reichweiten bis zu 160km
Zweistufiges Getriebe mit einem Gang
Ausgelegt für höchste Drehzahlen
Spitzenleistung 90 kW/120PS
Spezifische Leistung: 2,1 kW/kg (ohne Leistungselektronik)
Leistungselektronik mit innovativem Energiemanagement
bis zu 50% weniger Verluste im Normzyklus und Kundenzyklus
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Lösungen im Antriebsstrang zur Reduktion des CO2 Ausstosses
ZusammenfassungAntriebssysteme der Zukunft
Effizienzsteigerung ist der größte Hebel zur Erfüllung der
CO2 Ziele bei gegebenem Energiebedarf
Der Antriebsstrang leistet dazu einen großen Beitrag,
weitere Potenziale erschließen sich insbesondere aus
Leichtbau
Verbrennungsmotoren inklusive Hybridisierung bleiben für
die nächsten 20 Jahre die dominierende Antriebsquelle
Es wird auch langfristig eine Parallelität von
fahrzeugspezifischen Antriebskonzepten geben
Elektrofahrzeuge bleiben mittelfristig eine Nischen-
Anwendung für Klein- und Stadtfahrzeuge
Die Batterie / der Energiespeicher wird zu einem
differenzierenden Merkmal zwischen den Herstellern
Die „neue“ Technik muss parallel technologisch und
kommerziell zur Vermarktungsfähigkeit entwickelt werden
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !