gesponsertFluid-Control Kleine Komponenten, große Wirkung

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LEE Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH

Ohne Fluid-Control-Systeme würden weder E-Fahrzeuge noch Verbrennerfahrzeuge zuverlässig funktionieren. Worauf kommt es bei Komponenten für die einzelnen Subsysteme an?

Wer schon mal ein E-Fahrzeug im Winter bewegt hat, kennt die Problematik: Man steigt ein, startet das Fahrzeug und wird selbst bei vollständig geladenem Akku von einer prognostizierten Reichweitenanzeige begrüßt, die weit unter der im Datenblatt angegebenen maximalen Kilometerzahl liegt. Zu niedrige Temperaturen können die Kapazität der Batteriezellen sowie die Ladegeschwindigkeit negativ beeinflussen. Zu niedrige, aber auch zu hohe Temperaturen können darüber hinaus erheblichen Einfluss auf viele weitere Fahrzeug-Subsysteme haben.

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Thermal-Management von E-Fahrzeugen

Das Thermal-Management ist von zentraler Bedeutung für die Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit von Elek­trofahrzeugen. Batterie, Elektronik und Antriebssystem müssen in engen Temperaturfenstern gehalten werden, um effizient zu arbeiten. Zu hohe Temperaturen führen beispielsweise zur beschleunigten Batteriealterung, zu geringe Temperaturen führen zu reduzierter Leistungsdichte und somit geringerer Reichweite.

Eine unzureichende Kühllösung des Batteriesystems kann zudem zur Überhitzung einzelner Zellen und im Anschluss zur sogenannten thermischen Propagation führen, die einen extremen Temperaturanstieg benachbarter Batteriezellen nach sich zieht und im schlimmsten Fall zur Entzündung oder Explosion führen kann. Jürgen Prochno, Geschäftsführer der Lee Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH, rät: „Fahrzeugkonstrukteure sollten somit nur auf Komponenten setzen, die nachweislich maximale Qualität und Zuverlässigkeit versprechen.“

Um die gesamte Bandbreite der aus einem unzureichenden Thermal-Management resultierenden Folgen – von Performanceverlust bis hin zur Entzündung – zu vermeiden, kommt es unter anderem darauf an, Kühl- und Heizkreisläufe des Fahrzeugs optimal zu managen. Hierzu braucht es leistungsfähige Rückschlagventile in Miniaturbauweise, die einen ungewollten Rückfluss von Flüssigkeiten in Thermal-Management-Systemen verhindern, und somit die stabile Temperaturführung von Batterie, E-Motor und Leistungselektronik gewährleisten.

Fluid-Control für Automatikgetriebe

Miniatur-Rückschlagventile sind jedoch auch in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor unerlässlich, um die Leistung und Sicherheit aufrechtzuerhalten. Anwender setzen sie nicht nur in den Kühlkreisläufen dieser Kraftfahrzeuge ein, sondern auch im Schmier- und Ölkreislauf, dem Kraftstoffsystem sowie der Bremsanlage.

Auch in Automatikgetrieben kommt es auf zuverlässige Fluid-Control-Komponenten in Miniaturbauweise an, denn diese werden mit immer mehr Fahrstufen ausgestattet. Für das Getriebe als System bedeutet dies eine höhere Konstruktionskomplexität. Um die Dimensionen des Getriebes nicht zu groß werden zu lassen, werden Subsysteme wie etwa der Ventilblock verkleinert. Zur Kompensation kann der Getriebeöldruck erhöht werden mit folglich potenziell höheren Druckspitzen. Um dies zu verhindern, werden Druckausgleichventile eingesetzt.

Druckausgleichventile schützen das Getriebe und seine Subsysteme vor zu hohem Öldruck und dämpfen Druckspitzen. Ventile im Poppet-Design garantieren beispielsweise schnelles Ansprechverhalten, eine stabile Durchflussrate und sehr geringe Hysterese. Geschäftsführer Jürgen Prochno erklärt, worauf es zusätzlich ankommt: „In hydraulischen Systemen wie Automatikgetrieben sind insbesondere Lufteinschlüsse zu vermeiden. Sie können zu unsauberen Gangwechseln führen, im schlimmsten Fall aber auch Kavitationseffekte nach sich ziehen, die zur Beschädigung des Getriebes führen. Leistungsfähige Entlüftungselemente, die Lufteinschlüsse verhindern, sind somit ein Muss für moderne Automatikgetriebe.“

Getriebetechnik in modernen E-Autos

Auch batterieelektrische Autos verfügen über immer anspruchsvollere Antriebskonstruktionen, da auch bei ihnen zunehmend Getriebe mit mehreren Fahrstufen eingesetzt werden. Darüber hinaus brauchen Fahrzeuge mit adaptivem Allradantrieb, die Antriebsachsen abkoppeln beziehungsweise Antriebslasten bedarfsgerecht auf Vorder- und Hinterachse verteilen können, hochmoderne Getriebe. Diese adaptiven Allradsystemen sind in der Regel elektrohydraulisch ausgeführt. Auch in diesen Systemen werden Rückschlag- und Druckausgleichsventile verwendet. Weiterhin sind Verschlusselemente für Querbohrungen im Getriebeblock sowie Siebe nötig, die den Eintritt von Fremdkörpern verhindern.

Die Kontamination mit schädlichen Feststoffen ist in allen Fluid-Kreisläufen zu vermeiden, da sie zu Beschädigungen bis hin zum Totalschaden führen kann. Siebe in Miniaturbauweise sind in Fahrzeugen unter anderem auch im Kraftstoffsystem oder dem Kühlkreislauf der Klimaanlage zu finden. Verschlusselemente wie der Lee Betaplug sind neben dem Getriebe auch im Motorblock von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor zu finden.

Präzise Abgasnachbehandlung

Um die eingangs erwähnten Temperaturfenster von Abgasnachbehandlungssystemen in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor einhalten zu können, braucht es ebenfalls hoch leistungsfähige Fluid-Control-Komponenten. Um die immer restriktiveren Emissionsnormen einzuhalten – ganz gleich, ob in On-Highway- oder Off-Highway-Fahrzeugen – werden in Diesel-Fahrzeugen unter anderem SCR-Systeme eingesetzt. Sie spritzen eine Harnstofflösung im richtigen Verhältnis ein, um die Stickoxid(NO_x)-Entwicklung zu reduzieren. Durch das Beimischen der Harnstofflösung wird das schädliche Stickoxid zu Stickstoff und Wasserdampf umgewandelt. Ergänzend werden Abgasrückführungssysteme (AGR) verwendet. In beiden Subsystemen kommt es auf die präzise Steuerung und Regulierung von Flüssigkeiten und Gasen an.

Jürgen Prochno fasst zusammen: „Fluid-Control ist ein zentrales Thema bei der Konstruktion von Fahrzeugen. Alle hydraulischen Systeme benötigen Rückschlag- und Entlüftungskomponenten sowie Dichtungselemente. Konstrukteure nutzen bei Luft- und gasführenden Systemen unter anderem Magnetventile in Kleinstbauweise, um den Druck zu regulieren. Der Schutz vor Kontamination ist in allen fluidischen Anlagen und Geräten von größter Wichtigkeit. Erfahrene Partner und Zulieferer können den Unterschied beim Erfolg eines Fahrzeugmodells machen.“

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