Den Wirkungsgrad im Fokus 1

Energieeffizienz, Getriebe und Direktantriebe sind in der mechanischen Antriebstechnik die Themen der Zeit. Antriebstechnik-Experte Prof. Dr.-Ing. Bernd-Robert Höhn von der TU München nimmt im Interview zu diesen Themen Stellung.

Welche Forschungsthemen stehen bei Ihnen derzeit in der Prioritätenliste ganz oben?
Im Zeichen der CO2-Diskussion und dessen Reduzierung steht die Effizienzsteigerung von Getrieben aller Art im Vordergrund. Sowohl die Komponenten als auch die Antriebssysteme müssen und können im Wirkungsgrad verbessert werden. Gleichzeitig dürfen die Schwingungsanregungen nicht steigen, die Getriebe dürfen nicht hörbar sein. Daraus ergeben sich wesentliche Forschungsanstrengungen, denn die Forderungen nach gleichzeitiger Verringerung der Verluste und Geräusche stehen zunächst einmal im Widerspruch. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Verbesserung der Simulationsprogramme, die heute eine moderne Getriebeauslegung begleiten.

Womit werden sich die Getriebekonstrukteure zukünftig beschäftigen müssen?
Die Reduzierung der Schwingungs- und Geräuschanregungen ist ein wesentlicher Trend für die Zukunft. Man möchte von den Getrieben und Antrieben nichts hören. Das gilt sowohl im Automobil als auch in Windkraftanlagen. Das zentrale Thema der nächsten zehn Jahre ist für mich jedoch die Energieeffizienz. Verluste zu reduzieren verbessert die CO2-Emissionen. Zusammen mit der RWTH Aachen, den Universitäten Kassel und Hannover entwickeln wir in einem großen Gemeinschaftsprojekt einen „Low friction power-train“ für Pkw. Unser Ziel ist ein neuer Automobil-Antriebsstrang, der deutlich weniger Kraftstoff verbraucht.

Was können Sie noch an Effizienzgewinn herausholen?
Getriebe erreichen heute Wirkungsgrade von bis zu 99 %. Nur ein Prozent der durchgesetzten Energie wird in Wärme umgesetzt und ist verloren. Diese Verluste zu halbieren, ist besonders bei hohen Leistungen wie bei Windkraftanlagen von großer Bedeutung und Wirkung. Mit der dabei eingesparten Energie lassen sich viele Einfamilienhäuser mit Strom versorgen. Würde man die Verluste von Fahrzeuggetrieben halbieren, ergäbe das eine Einsparung von 300 000 Tonnen CO2/Jahr.

Im Maschinenbau gibt es den Trend zum Direktantrieb, wie sehen Sie als „Getriebe-Mann“ diese Entwicklung?
Mit großer Gelassenheit sehe ich diese Entwicklung. Auch bei elektrischen Antrieben empfiehlt sich die mechanische Drehmomentwandlung mit Getrieben. Hohe Drehmomente oder Kräfte mechanisch mit hochdrehenden Elektromaschinen und Getrieben zu erzeugen, ist heute noch effizienter möglich als mit Direktantrieben.

Welche Technik wird sich durchsetzen?
Die Kombination aus Mechanik und Elektrotechnik, die Mechatronik oder intelligente Systeme werden sich durchsetzen. Die Zusammenarbeit der Fakultäten Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik muss und kann noch verbessert werden. Das ist die Zukunft: die Mechatronik. Wir müssen viel enger zusammenarbeiten, eben im Sinne von „Antriebssystemtechnik“, so heißt auch meine Vorlesung. Das bedeutet, das gesamte System muss optimiert werden, da steckt noch eine Menge Potenzial drin.

Und was tut sich im Getriebe selbst?
Die Reduzierung der lastabhängigen Verzahnungsverluste hat weitreichende Folgen. Nicht nur diese Verluste reduzieren sich, sondern auch die parasitären Planschverluste sinken, weil weniger Öl im Getriebe benötigt wird. Nur zehn Prozent der heute benötigten Ölmenge werden zur Schmierung gebraucht, 90 Prozent zur Wärmeabfuhr. Fällt weniger Verlustwärme an, sinken der Ölspiegel und damit drastisch die Planschverluste.

Mittlerweile gibt es die verschiedensten Getriebetypen, auch im Automobilbereich. Was wird sich durchsetzen?
Das Getriebe mit dem größten Kundennutzen bei niedrigsten Kosten. Jeder Hersteller wird diese Entscheidungsgrundlagen zwar nicht veröffentlichen, aber danach handeln. Hybridantriebe werden den Kraftstoffverbrauch in den Ballungsgebieten deutlich senken und einen stärkeren Marktanteil erreichen.

Zur Zeit stehen Windkraftanlagen im Rampenlicht und die Getriebe gehören ohne Frage zum Herzstück. Inwieweit beschäftigen Sie sich mit Windkraftgetrieben?
Die FZG unterstützt die Hersteller von Windkraftgetrieben und die Windanlagenhersteller bei der Auslegung der Anlagen, sowie beim Testen und Erproben der Komponenten. Die institutseigenen Simulationsprogramme erlauben eine „dreidimensionale“ Auslegung der Zahnräder und damit eine Verbesserung der Lebensdauerprognosen. Dies ist für die gewünschte 20- jährige Garantie essenziell.