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Bremsenergierückgewinnung KERS bei Volvo und in der Formel 1

KERS in der Formel 1

Das elektrische Energierückgewinnungssystem KERS  ist jedem Formel 1 Fan bekannt. Volvo testet mit dem Flywheel Kers allerdings ein mechanisches Rekuperationssystem für das Schwungrad nun auch für die zukünftige Automobiltechnik.

Volvo testet innovative Schwungradspeicher-Technik
Kraftstoff-Einsparpotenzial liegt bei bis zu 20 Prozent
 

Volvo testet seit 2011 ein Schwungradspeicher-System im öffentlichen Verkehr. Das Flywheel-KERS (Kinetic Energy Recovery System) genannte System soll einem Vierzylinder-Motor die Leistung eines Sechszylinders verleihen und dies bei einer gleichzeitigen Kraftstoffersparnis von bis zu 20 Prozent.

KERS Modul von VOLVO

Bei der Entwicklung dieser Rekuperations-Technik wird Volvo  von der schwedischen Umweltbehörde mit einem Zuschuss von rund 735.000 Euro unterstützt. An dem Technik-Projekt beteiligen sich zudem das Tochterunternehmen Volvo Powertrain (Motoren-Produzent) und die schwedische SKF-Group.

„Unser Ziel ist es, ein komplettes, ganzheitliches System für die Bremsenergie-Rückgewinnung (Rekuperation) zu entwickeln. Bereits im zweiten Halbjahr 2011 wollen wir die neue Technik in einem Volvo Fahrzeug testen. Das System hat ein Kraftstoff-Einsparpotenzial von bis zu 20 Prozent. Gleichzeitig geht eine Leistungssteigerung von 80 PS (59 kW) einher, die dem Fahrer das Gefühl vermittelt, er beschleunige mit einem Sechszylinder-Triebwerk, obwohl es sich um einen Vierzylinder-Motor handelt", erklärt Derek Crabb, Vice President VCC Powertrain Engineering.

Flywheel KERS - 60.000 Umdrehungen in der Minute


Das neue System ist an die Hinterachse gekoppelt. Während des Bremsvorgangs schaltet sich der Motor automatisch ab und die Bremsenergie treibt das Schwungrad (Flywheel) mit bis zu 60.000 Umdrehungen in der Minute an. Beim Anfahren wird die gewonnene Bremsenergie vom Schwungradspeicher über einen speziell entwickelten Transformator an die Hinterachse übertragen. Daraus resultiert eine zusätzliche Leistung von 80 PS (59 kW) und eine Steigerung des Drehmoments. Die Schwungrad-Energie verbessert die Beschleunigung beim Anfahren und wird darüber hinaus auch zur Unterstützung des normalen Fahrbetriebs genutzt.

KERS Komponenten

„Durch das neue System wird der Kraftstoffverbrauch deutlich gesenkt. Zudem haben unsere Berechnungen ergeben, dass der Motor bei Fahrten im Rahmen des offiziellen Testzyklus NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus) etwa die Hälfte der Fahrzeit ausgeschaltet bleiben kann", erklärt Derek Crabb,  Vice President VCC Powertrain Engineering. Die innovative Schwungradspeicher-Technik ist auch deshalb so effektiv, weil das System seine größte Energiezufuhr während der höchsten Belastung erhält. Dies bedeutet: Je mehr Stopps und Starts, je länger die Fahrt, desto größer ist die Energiegewinnung und gleichzeitig auch die Kraftstoffeinsparung. 

Kompakte Leichtbau-Lösung mit Karbonfaser


EEin Vorläufer der Schwungradspeicher-Technik wurde bereits in einem Volvo 240 in den 1980er Jahren getestet. Das damalige Schwungrad wurde aus Stahl hergestellt. In jüngster Zeit haben verschiedene Hersteller ähnliche Konzepte erprobt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Stahlbauweise wenig effektiv und zu teuer ist.  

Das neue System, das Volvo einsetzen wird, ist aus Karbonfaser in Leichtbauweise gefertigt. Es wiegt lediglich rund sechs Kilogramm und hat einen Durchmesser von nur 20 Zentimetern. Zudem arbeitet das Karbonfaser-Schwungrad in einem Vakuum, um Reibungsverluste zu vermeiden. 

KERS Layout

„Wir sind zwar nicht die ersten Hersteller, die diese Technik testen. Kein anderes Unternehmen hat bisher jedoch ein Verfahren entwickelt, das an der Hinterachse wirkende System mit einem Frontantrieb zu verbinden. Sollten die Tests erfolgreich verlaufen und die Entwicklung planmäßig voranschreiten, rechnen wir bereits in wenigen Jahren mit der Einführung des serienreifen Systems. Denn die Schwungradspeicher-Technik ist vergleichweise günstig. Und obwohl es sich um eine sehr anspruchsvolle Top-Technik handelt, wie es auch beispielsweise der Plug-in-Hybrid ist, kann sie in den meisten unserer Volvo Modelle eingesetzt werden. Das System hat das Potenzial, innerhalb unserer ambitionierten Volvo Zukunftsstrategie ´DRIVe Towards Zero` eine herausragende Rolle zu spielen", sagt Derek Crabb abschließend.

Mai 2011

Elektrisches KERS in der Formel 1

Das Energierückgewinnungssystem KERS (Kinetic Energy Recovery System) ist, mit einem Jahr Unterbrechung, seit 2009 in der Formel 1 im Einsatz. KERS bringt pro Runde eine Zusatzleistung von höchstens 60 kW für sieben Sekunden (400 KJ pro Runde sind erlaubt). Das System ist in den Antriebsstrang integriert und  für den Formel 1 Pilot per Knopf am Lenkrad zu bedienen. Dann schaltet der Elektromotor des KERS auf Generatorbetrieb um. Mittlerweile wiegt das KERS-System ca. 20 kg, etwa die Hälfte wie noch 2009.

 KERS von Mercedes

Kers Elektromotor von Mercedes (Foto kfztech.de)

Wie funktioniert das KERS?

Der Elektromotor des KERS ist mit dem Motor direkt gekoppelt. Es gibt zwei Funktionen: Beim Bremsen treibt der auf Grund der Massenträgheit im Schubbetrieb laufende Verbrennungsmotor den Elektromotor wie einen Fahrraddynamo an. Der so erzeugte Strom lädt die KERS-Batterie auf. Beschleunigt der Formel 1 Fahrer und drückt auf den KERS Knopf, liefern die Akkus Strom an den Elektromotor und sorgen so für einen zusätzlichen Schub für den Antrieb.

 

KERS Batteriepack von Mercedes

KERS Batteriepack (Dummy) von Mercedes (Foto kfztech.de)



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Johannes Wiesinger
bearbeitet: 19.02.2015

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