Hybridantriebe
Zwei Antriebe, ein System
Effiziente Kraftübertragung für Hybridantriebe – präzise, zuverlässig, leistungsstark
Warum Hybridantriebe besondere Antriebskomponenten benötigen
Hybridantriebe verbinden unterschiedliche Energiequellen und Antriebskonzepte. Häufig arbeiten ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor gemeinsam in einem Antriebsstrang. Das eröffnet neue Möglichkeiten für Effizienz, Leistungsbereitstellung und Rekuperation – stellt aber auch besondere Anforderungen an die mechanische Kraftübertragung.
Denn Drehmoment, Drehzahl und Last wechseln in einem Hybridantrieb oft schneller und komplexer als in einem konventionellen Antrieb. Mal arbeitet der Verbrennungsmotor, mal der Elektromotor, mal unterstützen sich beide. Beim Anfahren, Beschleunigen, Umschalten und Bremsen müssen die beteiligten Komponenten exakt zusammenspielen.
Kupplungen und Bremsen übernehmen dabei zentrale Aufgaben: Sie verbinden und trennen Antriebspfade, synchronisieren Bewegungen, halten Positionen und unterstützen ein energieeffizientes Antriebsmanagement. Die Technik muss präzise schalten, hohe Lastwechsel verkraften und dabei möglichst wenig zusätzlichen Bauraum und Energie beanspruchen.
Mönninghoff entwickelt kundenspezifische Kupplungs- und Bremssysteme für Hybridantriebe, die auf die jeweilige Motor-, Getriebe- und Steuerungsarchitektur abgestimmt werden.
Wenn zwei Kräfte sauber zusammenspielen müssen
Mönninghoff-Komponenten können in unterschiedlichen Hybridanwendungen zum Einsatz kommen, zum Beispiel
- in Fahrzeug- und mobilen Antriebssystemen
- in maritimen Hybridantrieben
- in Arbeitsmaschinen und Sonderfahrzeugen
- in stationären Hybridantrieben
- in Generator- und Nebenantrieben
- in Prüfständen für hybride Antriebssysteme
- in Antriebssträngen mit elektrischer Unterstützung
- in Systemen mit wechselnden Betriebsarten und variablen Lastprofilen
Die konkrete Aufgabe kann dabei sehr unterschiedlich sein. In einem System muss der Elektromotor beim Anfahren zugeschaltet werden. In einem anderen übernimmt er kurzfristig die Antriebsleistung, während der Verbrennungsmotor abgeschaltet bleibt. Wieder andere Anwendungen nutzen einen elektrischen Antrieb für Rekuperation, Rangieren oder Nebenfunktionen.
Gemeinsam ist diesen Einsatzfällen, dass die Übergänge zwischen den Betriebsarten kontrolliert, zuverlässig und möglichst effizient ablaufen müssen.
Die Anforderungen an Kupplungen und Bremsen
Hybridantriebe stellen an ihre Antriebskomponenten besondere Anforderungen
- Präzises Zu- und Abschalten Antriebspfade müssen im richtigen Moment verbunden oder getrennt werden.
- Hohe Schaltgeschwindigkeit Wechsel zwischen Betriebsarten sollen ohne unnötige Verzögerung erfolgen.
- Geringe Schaltverluste Die Kraftübertragung soll den Wirkungsgrad des Gesamtsystems unterstützen.
- Belastbarkeit bei Lastwechseln Häufige Wechsel zwischen Zug-, Schub- und Rekuperationsbetrieb erzeugen dynamische Belastungen.
- Hohe Drehmomentfähigkeit Die Kupplungen müssen die auftretenden Nenn- und Spitzendrehmomente zuverlässig übertragen.
- Geringes Verdrehspiel Für synchronisierte Antriebsstränge ist eine präzise Kraftübertragung wichtig.
- Energieeffiziente Haltefunktionen Haltebremsen sollen ihre Funktion mit möglichst geringem Energiebedarf erfüllen.
- Kompakte Bauweise Hybridantriebe bieten oft wenig zusätzlichen Bauraum für weitere Komponenten.
- Hohe Lebensdauer Viele Schaltvorgänge und häufig wechselnde Betriebsarten dürfen nicht zu übermäßigem Verschleiß führen.
- Gute Systemintegration Kupplung, Bremse, Motor, Getriebe, Sensorik und Steuerung müssen als Einheit funktionieren.
- Beherrschbares Wärmeverhalten Schalt- und Reibvorgänge können thermische Belastungen erzeugen, die berücksichtigt werden müssen.
Die passende Lösung muss deshalb nicht nur Drehmoment übertragen. Sie muss wissen, wann welcher Antrieb gebraucht wird – und den Wechsel so sauber gestalten, dass die Gesamtanlage möglichst effizient arbeitet.
Verbinden, trennen, effizient weiterfahren
Mönninghoff entwickelt Kupplungs- und Bremssysteme für hybride Antriebsstränge, die auf Drehmoment, Drehzahlbereich, Lastwechsel, Schaltstrategie und Bauraum abgestimmt werden.
Elektromagnetische Lamellenkupplungen
Elektromagnetische Lamellenkupplungen ermöglichen ein kontrolliertes Ein- und Auskuppeln und können sich für Hybridantriebe mit wechselnden Betriebszuständen eignen. Sie unterstützen sanfte Übergänge zwischen Verbrennungs- und Elektromotor und können bei geeigneter Auslegung auch hohe Drehmomente in kompakter Bauform übertragen.
Mögliche Einsatzaufgaben sind
- das Zu- und Abschalten eines Verbrennungsmotors
- die Verbindung eines Elektromotors mit dem Antriebsstrang
- der Wechsel zwischen unterschiedlichen Betriebsarten
- das Schalten von Neben- und Generatorantrieben
- Anwendungen mit häufigen Lastwechseln und variablen Drehzahlen
Gerade beim Wechsel zwischen zwei Antriebsquellen kommt es auf die Schaltcharakteristik an. Ein sauberer Übergang macht sich nicht durch einen Ruck bemerkbar, sondern durch eine ruhige und effiziente Bewegung.
Elektromagnetische Zahnkupplungen
Elektromagnetische Zahnkupplungen ermöglichen formschlüssige, präzise Schaltvorgänge. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen eine definierte Verbindung, hohe Drehmomentübertragung und möglichst wenig Verdrehspiel gefragt sind.
Typische Einsatzbeispiele sind
- das definierte Koppeln von Motor und Getriebe
- die Synchronisation von Antriebsstufen
- das Zu- und Abschalten bei hohen Drehmomenten
- Schaltvorgänge in Hybridmodulen und Nebenantrieben
- Anwendungen mit hohen Anforderungen an Position und Restdrehmoment
Die formschlüssige Verbindung kann dabei helfen, einen eindeutigen mechanischen Zustand zu schaffen. Das ist vor allem dann interessant, wenn die Steuerung zwischen mehreren Antriebszuständen sicher unterscheiden muss.
Elektromagnetische Zahnhaltebremsen
Elektromagnetische Zahnhaltebremsen können Achsen und Baugruppen formschlüssig halten. Das bistabile Prinzip ermöglicht je nach Ausführung eine energieeffiziente Haltefunktion, weil die Position nicht dauerhaft mit voller elektrischer Leistung gehalten werden muss.
Mögliche Einsatzfelder sind
- das Halten von Antriebswellen bei abgeschaltetem Motor
- die Sicherung von Positionen im Stillstand
- Park- und Wartungsfunktionen
- Halteaufgaben in elektrischen Nebenantrieben
- Unterstützung von Sicherheits- und Not-Stopp-Funktionen
Eine energieeffiziente Haltefunktion kann den Gesamtwirkungsgrad des Hybridantriebs unterstützen. Denn auch im Stillstand sollte die Antriebstechnik nicht unnötig Energie verbrauchen.
Polreibungskupplungen
Polreibungskupplungen ermöglichen eine schlupfgeregelte Drehmomentübertragung. Sie können für Systeme interessant sein, bei denen das Drehmoment kontrolliert aufgebaut, begrenzt oder an wechselnde Betriebsbedingungen angepasst werden soll.
Mögliche Aufgaben sind
- kontrolliertes Anfahren eines Antriebs
- Überbrückung kurzfristiger Lastspitzen
- feinfühlige Kraftübertragung bei variablen Drehzahlen
- Drehmomentbegrenzung in Nebenantrieben
- Prüf- und Entwicklungsanwendungen mit unterschiedlichen Lastprofilen
Die feinfühlige Übertragung kann helfen, Motoren, Getriebe und nachgeschaltete Komponenten vor unnötigen Lastsprüngen zu schützen.
Zur Produktübersicht >
Gemeinsam hybridisieren? ›
Zwei Antriebe, ein sauberer Kraftfluss
Ob Fahrzeug, Schiff, Arbeitsmaschine, Generator oder Prüfstand: Mönninghoff entwickelt Kupplungen und Bremsen für Hybridantriebe, die unterschiedliche Energiequellen präzise verbinden, effizient schalten und zuverlässig zusammenarbeiten lassen.
Sie entwickeln einen Hybridantrieb oder möchten einen bestehenden Antriebsstrang effizienter, kompakter und zuverlässiger machen? Sprechen Sie mit unseren Experten über Drehmoment, Drehzahl, Schaltstrategie, Lastwechsel, Energiebedarf und Bauraum. Gemeinsam schalten wir je nach Situation den passenden Antriebe zu.
Zuverlässige Komponenten für innovative Antriebstechnologien
Der Wirkungsgrad beginnt im Antriebsstrang
Bei Hybridantrieben wird häufig über Motorwirkungsgrad, Batteriekapazität und Rekuperation gesprochen. Ebenso wichtig ist aber, wie effizient die mechanischen Übergänge zwischen den Antriebskomponenten funktionieren.
Für die Auslegung können unter anderem folgende Parameter berücksichtigt werden
- Nenn- und Spitzendrehmoment
- Drehzahlbereiche der beteiligten Motoren
- Differenzdrehzahl beim Schalten
- Schaltzeiten und gewünschte Übergangscharakteristik
- Häufigkeit der Betriebsartenwechsel
- Lastwechsel zwischen Zug- und Schubbetrieb
- Anforderungen an Rekuperation und Bremsfunktionen
- verfügbarer Bauraum und Anschlussgeometrie
- thermische Belastung bei häufigen Schaltvorgängen
- gewünschter Energiebedarf der Halte- und Schaltfunktionen
- Anforderungen an Sensorik, Steuerung und Diagnose
- erwartete Lebensdauer und Wartungsintervalle
Mönninghoff betrachtet dabei den gesamten Kraftfluss. Entscheidend ist nicht nur, ob eine Kupplung das maximale Drehmoment übertragen kann, sondern auch, wie sie sich beim Anfahren, Umschalten und Abbremsen im Gesamtsystem verhält.
Mechanische Präzision trifft intelligente Regelung
Ein Hybridantrieb kann seine Vorteile nur dann ausspielen, wenn Mechanik und Steuerung gut zusammenspielen. Die Steuerung entscheidet, wann ein Antrieb zugeschaltet wird. Die Kupplung muss diesen Befehl zuverlässig und innerhalb des vorgesehenen Zeitfensters umsetzen. Sensorik und Diagnose müssen den erreichten Zustand nachvollziehbar machen.
Bei der Systemintegration können unter anderem folgende Punkte relevant sein
- elektrische Ansteuerung und Schaltlogik
- Rückmeldung der Kupplungs- oder Bremsstellung
- Synchronisation von Drehzahlen
- Verhalten bei verzögertem oder fehlendem Schaltvorgang
- Schutz vor Fehlbedienung und unzulässigen Betriebszuständen
- Überwachung von Temperatur und Verschleiß
- sichere Reaktion bei Energieausfall oder Steuerungsfehler
- Zusammenspiel mit Motor-, Batterie- und Getriebemanagement
Eine gut ausgelegte Kupplung ist damit nicht nur ein mechanisches Bauteil. Sie ist eine wichtige Schnittstelle zwischen der physischen Bewegung und der intelligenten Steuerung des Hybridantriebs.
Von der Idee bis zur serienreifen Lösung
Prototypen und Funktionsmuster ermöglichen es, Schaltverhalten und Lastwechsel frühzeitig unter realitätsnahen Bedingungen zu prüfen. Das ist besonders wichtig, wenn die Hybridarchitektur neu entwickelt wird oder mehrere Antriebsquellen eng miteinander gekoppelt sind.
Mögliche Prüfpunkte sind
- Schaltzeit und Übergangsverhalten
- Drehmomentübertragung bei unterschiedlichen Drehzahlen
- Verhalten bei Lastwechseln und Betriebsartenwechseln
- Wärmeentwicklung bei häufigen Schaltvorgängen
- Energiebedarf von Kupplung und Haltebremse
- Reaktion bei Fehlersituationen und Energieausfall
- Integration in Motor-, Getriebe- und Batteriesteuerung
- Dauerlauf und Verschleiß
- Verhalten bei unterschiedlichen Temperaturbedingungen
So entsteht eine Lösung, die nicht nur im idealen Laborzyklus funktioniert, sondern auch mit den wechselnden Zuständen eines realen Hybridantriebs zurechtkommt.