Sprit sparen mit Schwung

Eine alte Technologie soll Hybridfahrzeuge deutlich billiger machen, hoffen Autohersteller und Zulieferindustrie.

Die Fahrzeugbauer Volvo und Jaguar planen Hybridfahrzeuge, die neuartige Schwungräder statt Batterien als Energiespeicher nutzen, um die Beschleunigung zu optimieren und die Motoren insgesamt effizienter zu machen. Die Komponenten könnten den Benzinverbrauch um bis zu 20 Prozent senken, hoffen die Ingenieure. Gleichzeitig sollen die Kosten aber nur bei einem Drittel vergleichbarer Akkusätze liegen.

Bei einem solchen System wird die Energie der Räder genutzt, um parallel eine Schwungmasse anzutreiben, die hohe Rotationsgeschwindigkeiten erreicht. Diese dreht sich auch ohne Energiezufluss weiter und dient so als Zwischenspeicher. Die Rotationsenergie lässt sich anschließend über das Getriebe wieder an die Räder abgeben.

Neu ist die Idee nicht, doch war es bislang schwer, wirklich effiziente Schwungräder zu bauen. Ein großer Teil der Energie ging dabei durch Reibung verloren. 1982 entwickelte General Motors beispielsweise ein Schwungradsystem, das eigentlich Mitte der 80er Jahre serienreif sein sollte. Das Projekt wurde jedoch abgebrochen, nachdem klar war, dass die Benzinsparleistung nur halb so groß war wie prognostiziert.

Doch mittlerweile ist die Technik weiter fortgeschritten. Die Autohersteller wagen deshalb einen zweiten Blick. "Von anfänglicher Skepsis hat sich die Stimmung der Industrie in Richtung eines vorsichtigen Optimismus gewandelt. Es gibt aber noch enorme Herausforderungen", sagt Derek Crabb, Vizepräsident für den Bereich Antriebssysteme bei Volvo.

Ingenieuren, die Formel-1-Rennwagen bauen, gelang es bereits, Schwungräder aus einem Verbundwerkstoff zu bauen, die deutlich weniger wiegen als ihre Vorfahren. Um die Reibungsverluste zu minimieren, versiegeln sie die Schwungmassen zudem in einer Vakuumkammer. Das Problem: Auf reguläre Pkw lässt sich dieses Modell nur schwer übertragen, denn die notwendigen Dichtungen halten nicht perfekt. Für ein Formel-1-Rennen reicht das vielleicht, nicht aber für 100.000 Kilometer und mehr. Alternativ ließe sich ein System aus Pumpen und Ventilen einbauen, doch das ist teuer und komplex. Die Entwickler des britischen Fahrzeugtechnikkonzerns Ricardo trennen deshalb einfach die mechanische Verbindung zwischen Schwungrad und Getriebe - das Schwungrad lässt sich so einfacher kapseln. Die Bewegungsenergie vom Schwungrad wird über Magnete auf Getriebe übertragen, die kreisförmig in einem Ring um das Komponentengehäuse angeordnet sind. Durch eine spezielle Magnetanordnung lässt sich das Schwungrad sechsmal schneller bewegen als der Außenring, was die Energieübertragung vereinfacht.

Ein Vorteil von Schwungradsystemen gegenüber Batterien ist ihre geringe Größe. "Die meisten Hybridautos mit Batterien bringen einen Powerboost von 15 bis 25 Kilowatt. Ein Schwungrad erreicht bis zu 60 Kilowatt in einem deutlich kleineren Paket", sagt Andrew Atkins, Chefingenieur bei Ricardo. Der Nachteil ist allerdings, dass die Rotationsenergie nur für einen relativ kurzen Zeitraum bereitsteht.

Volvo hat sich bislang noch nicht entschieden, welches System das Unternehmen verwenden will, schaut sich die Ricardo-Technik aber an. Antriebsexperte Derek Crabb räumt allerdings ein, dass zunächst einmal geklärt werden muss, wie stabil man die Technik bauen kann und ob sie sich für die Massenproduktion eignet. Schwungräder konkurrieren außerdem nicht nur mit Batterien, sondern auch mit anderen Alternativen wie Doppelschichtkondensatoren, die in letzter Zeit billiger werden. (bsc)