Volkswagen setzt auf den seriellen Hybrid

Der Verbrenner ist tot, lang lebe der Hybrid. So lässt sich die aktuelle Marktentwicklung gut beschreiben. Während vollelektrische Fahrzeuge einen Anteil von rund 20 Prozent an den Neuzulassungen ausmachen, wird die absolute Mehrheit noch immer von Verbrennungsmotoren und elektrifizierten Antrieben gestemmt. Dass sich an diesen Verhältnissen auch in naher Zukunft nicht allzu viel ändern dürfte, zeigt die Ankündigung von Volkswagen und Schaeffler auf dem Wiener Motoren-Symposium: Der serielle Hybrid, der hierzulande bisher eher eine Randerscheinung ist, wird noch dieses Jahr bei den Wolfsburgern in Serie gehen.

Was ist ein serieller Hybrid?

Beim klassischen Hybrid kommt ein mechanischer Antriebsstrang zum Einsatz, der teilweise elektrifiziert ist. Mit einem zusätzlichen Elektromotor, der in der Regel als 48-Volt-Maschine ausgeführt ist, kann ein solches Fahrzeug elektrisch anfahren, rangieren und bis zur Stadtgeschwindigkeit rein elektrisch fahren. Da die Kraft jedoch stets über den konventionellen Antriebsstrang übertragen werden muss, sind hier der Effizienz Grenzen gesetzt.

Den seriellen Hybrid kennt man außerhalb des Pkw-Bereichs schon lange: „Diesel-elektrisch“ lautet die Antriebsformel, die schwere Lokomotiven und Lkw in Minen antreibt. Dabei erzeugt ein Verbrennungsmotor mittels eines Generators Strom. Der eigentliche Antrieb erfolgt elektrisch. Für den Pkw bedeutet dies: Ein kleiner Verbrennungsmotor sorgt für hohe Reichweiten und dank des flüssigen Treibstoffs für eine Leistungsdichte, die mit Batteriespeichern nicht darstellbar wäre. Gleichzeitig bietet der Antrieb ausreichend Reserven für Anwendungen, die auch über lange Strecken eine hohe Antriebsleistung verlangen, etwa auf der Autobahn oder beim Anhängerbetrieb.

Das Multi-Mode-Getriebe

Während normale serielle Hybriden die auf den mechanischen Durchtrieb verzichten und stattdessen einen sogenannten Range Extender nutzen, haben Volkswagen und der Antriebsspezialist Schaeffler gemeinsam ein Multi-Mode-Getriebe entwickelt. Dieses vereint Generator, Elektromotor und Endantrieb in einem Gehäuse. Die Besonderheit: Durch den Einsatz einer Kupplung und die clevere Verschaltung der Elemente ist ein mechanischer Durchtrieb des Verbrennungsmotors auf die Räder weiterhin möglich. Das ist völlig neu.

Zwar brachten die Japaner, namentlich Honda und Nissan, ebenfalls schon serielle Hybride auf den Markt, die jedoch unter dem klassischen Hybrid-Dilemma litten: Der benzinelektrische Antrieb bietet deutliche Vorteile beim Anfahren und Beschleunigen, da der Verbrennungsmotor konstant im optimalen Bereich Strom erzeugen kann und kaum Drehzahlschwankungen unterliegt. Bei schneller Fahrt auf der Autobahn oder wenn viel Leistung gefordert ist, kehrt sich der Vorteil jedoch zum Nachteil um: Der Umweg über den Generator treibt die energetischen Verluste in die Höhe und limitiert gleichzeitig die maximale Leistung führt in der Praxis zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch und lässt die Fahrzeuge im Vergleich zu Verbrennern auf Autobahn-Etappen alt aussehen. Bislang konnten diese Art von seriellen Hybriden ihr Einspar-Versprechen also nicht einlösen.

Mit deutscher Ingenieurskunst wollen VW und Schaeffler dieses Problem nun lösen. Das Fahrzeug kann sich in drei verschiedenen Fahrmodi fortbewegen:

• rein Elektrisch – Bei niedrigen Geschwindigkeiten wird allein die E-Maschine angetrieben, die Energie kommt aus der Pufferbatterie und der TSI ist abgeschaltet.
• serieller Antrieb – E-Maschine plus Generator: Fahren per E-Maschine. Der Verbrennungsmotor ist zwar aktiv, aber mechanisch abgekoppelt. So kann er in einem optimalen Betriebsfenster über den Generator Energie für die E-Maschine erzeugen und damit die elektrische Reichweite verlängern.
• paralleler Antrieb – Benziner und E-Maschine: Ab ca. 60 km/h auf Landstraßen und Autobahnen ist der Verbrennungsmotor als primärer Antrieb aktiv. Um Generatorverluste zu vermeiden, schaltet die Kupplung den mechanischen Durchtrieb auf die Räder frei. Zusätzlich kann die E-Maschine den Turbomotor unterstützen, etwa als Booster beim Beschleunigen.

Ein-Gang-Getriebe

Da der Verbrennungsmotor erst ab 60 km/h durchgeschaltet wird, löst das Hybridgetriebe das Übersetzungsdilemma konventioneller Verbrenner: Auf ein klassisches Getriebe kann verzichtet werden, da in niedrigeren Geschwindigkeiten der serielle oder elektrische Antrieb greift. Wird vom Fahrer zusätzliche Leistung angefordert, „boostet“ die E-Maschine den Verbrenner.

Laut Schaeffler entspricht das Übersetzungsverhältnis dem eines sechsten Ganges. Daher ist leicht vorstellbar, dass auch im seriellen Betrieb bei Beschleunigungen der E-Motor regelmäßig unterstützend tätig sein muss.

Smarte Hydraulik

Auch die Umsetzung eines kombinierten Getriebe- und Hydraulikölsumpfes mit einer einzigen Pumpe, die mehrere Funktionen übernimmt, ist clever. Die naheliegende Grundfunktion ist selbstverständlich die Kühlung und Schmierung des Getriebes. Dafür läuft die Pumpe im Normalbetrieb rechtsherum und fördert das Spritzöl an die am höchsten belasteten Stellen im Getriebe.

Um hydraulischen Druck zum Betätigen der Kupplung sowie für die Betätigung der Parksperre und des Zentralausrückers bereitzustellen, nutzen die Ingenieure einen Trick: Wird die Drehrichtung der Pumpe umgekehrt, sorgt eine kluge Verschaltung von Rückschlagventilen dafür, dass mit derselben Pumpe der notwendige Druck für die Betätigung der hydraulischen Aktoren aufgebracht werden kann. Ist der Druck für die Aktoren einmal aufgebaut, wird dieser über ein kleines Ölreservoir eine Zeit lang aufrechterhalten. Dadurch kann die Pumpe wieder in die Drehrichtung für Kühlung und Schmierung zurückkehren, bis der Ölvorrat verbraucht ist. Diese Konstruktion minimiert die Anzahl der Bauteile und spielt eine entscheidende Rolle für die Gesamteffizienz und Langlebigkeit des Getriebes, da viele Funktionen mit einer einzelnen Pumpe samt unabhängigem Antrieb abgedeckt werden können.

Das Kühlsystem

Zur Ableitung der von Generator, E-Maschine und Getriebe erzeugten Hitze befindet sich auf der Oberseite des Getriebes ein klassischer Öl-Wasser-Wärmetauscher. Im montierten Zustand wird dieser vom ebenfalls wassergekühlten Wechselrichter verdeckt.

Das kalte Kühlwasser kühlt zunächst die Leistungselektronik, bevor es im Wärmetauscher die Abwärme aus dem Getriebe aufnimmt. Im vom Fahrtwind durchströmten Wasserkühler gibt es seine Wärme schließlich an die Umwelt ab.

Hohe Wirkungsgrade

Da der Hybrid für die Weltmärkte entwickelt wurde, waren hohe Wirkungsgrade von Beginn an wichtige Kenngrößen. So erreicht das Hybridgetriebe im rein elektrischen Betrieb einen Gesamtwirkungsgrad von über 92 Prozent, was dem Niveau einer dedizierten Elektroachse entspricht.

Im seriellen Betrieb, der für dynamische Fahrsituationen konzipiert ist und eine hohe Leistung sowie zügige Beschleunigung erfordert, liegt der Wirkungsgrad des Getriebesystems bei bis zu 85 %. Dies ist bemerkenswert, da hierbei eine zweifache Energieumwandlung von mechanischer in elektrische und wieder zurück in mechanische Energie stattfindet.

Der Parallelmodus fungiert als „Effizienzmodus“ und wird typischerweise ab einer Geschwindigkeit von etwa 60 km/h genutzt. In diesem Modus wird ein Getriebewirkungsgrad von über 95 Prozent erzielt – sowohl mit als auch ohne elektrische Unterstützung (Boost). Diese hohe Effizienz resultiert aus der direkten mechanischen Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und den Rädern. Dadurch werden Energieumwandlungsverluste reduziert.

Zwei Varianten geplant

Das Multimode-Getriebe wird mit dem 1.5 evo2 TSI aus dem Volkswagenkonzern kombiniert, der je nach Variante 95 kW oder 110 kW leistet. Das maximale Drehmoment liegt bei 220 Nm bzw. 250 Nm. Die Spitzenleistung liegt je nach Ausführung bei 122 kW oder 195 kW, wenn Verbrenner und E-Maschine gleichzeitig die maximale Leistung für Beschleunigungen oder kurze Vollgasfahrten liefern. Um den Verbrauch zu begrenzen und Wirkungsgrad zu steigern, wird die Drehzahl auf 3600 Umdrehungen pro Minute begrenzt.

In Europa soll das System zunächst als FHEV (Vollhybrid) mit einer sehr kleinen Traktionsbatterie von 1,6 kWh auf den Markt kommen. Diese dient nur als Mini-Puffer zwischen Motor und E-Maschine. Da das System jedoch auch in China in Serie gehen wird, ist zusätzlich eine Variante als Plug-in-Hybrid mit größerer Batterie und somit auch mit höherer elektrischer Reichweite und Leistung geplant.

In Europa kommt das System erstmals im Golf und T-Roc zum Einsatz und ist ab dem vierten Quartal 2026 bestellbar. Es ist an der Bezeichnung „Hybrid“ zu erkennen und schließt die Lücke zwischen dem Mild-Hybrid, der als „eTSI“ bereits erhältlich ist, und den Plug-in-Hybriden (Golf GTE und eHybrid). Preislich wird es entsprechend mittig zwischen den beiden Varianten positioniert.