Blog

LeichtbauL7e-Fahrzeug mit Brennstoffzelle: Intelligent reduziert

Avatar of adm_nerz adm_nerz 09. Dezember 2020 Technik

LeichtbauL7e-Fahrzeug mit Brennstoffzelle: Intelligent reduziert

09.12.2020 Autor / Redakteur: Hartmut Hammer / Lena Bromberger

„Leichtbau extrem“ könnte der Slogan für ein Versuchsfahrzeug des DLR lauten. Der Zweisitzer wiegt weniger als 500 kg und vermittelt dennoch einen „erwachsenen“ Eindruck.

Das Konzept des Safe Light Regional Vehicle (SLRV) ist klar umrissen: ein zweisitziges Pendlerfahrzeug mit Fahrleistungen und passiver Sicherheit auf Kleinwagen-Niveau, das aber dennoch sehr leicht (Fahrzeugklasse L7e) und durch geringe Fahrwiderstände sehr umweltfreundlich sein soll. Eingebettet ist das SLRV in das Metaprojekt Next Generation Car (NGC), in dessen Rahmen das Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) Fahrzeugkonzepte, Techniken und Mobilitätslösungen der Zukunft erforscht.

Basis des SLRV ist eine Karosserie vorwiegend aus Sandwichplatten mit metallenen Decklagen und einem PET-Kunststoffschaum im Inneren. Die Decklagen im Vorderwagen bestehen aus 0,5 mm starkem Aluminium, im Hinterwagen derzeit (Optimierung geplant) noch aus 0,9 mm starken Aluminiumblechen. Die „Fahrgastzelle“ – eine Bodenwanne mit komplett umlaufender Ringstruktur und einer Trägerstruktur für das Fahrzeugdach – besteht hingegen aus Sandwichplatten mit 1,0-mm-Stahl-Decklagen.

Faserverbundwerkstoffe mit Preisvorteil

Die Werkstoffe wurden vor allem unter Kosten- und Verarbeitungsaspekten ausgewählt. Für die Außenhaut kommen im Prototyp noch Faserverbundwerkstoffe zum Einsatz, bei einer Serienfertigung wären Kunststoffteile trotz teurer Serienwerkzeuge preislich im Vorteil. Zusammengefügt werden die einzelnen Sandwichplatten durch Kleben und Verschrauben mittels Beschlägen.

Vorder- und Hinterwagen nehmen die Antriebskomponenten auf und sollen zusammen mit der Ringstruktur im Crashfall die kinetische Energie absorbieren. Für die Serie sieht das DLR noch Einsparpotenziale durch Funktionsintegration in weniger Bauteilen. Dann wird das Gewicht der SLRV-Karosserie nach Ansicht der DLR-Projektverantwortlichen auch bei den anvisierten 90 kg liegen. Aktuell sind es beim Versuchsträger noch etwas mehr als 100 kg.

Brennstoffzelle und Torque Vectoring

Konsequente Reduktion bestimmte auch die Auslegung des Antriebs. Er besteht aus einer Brennstoffzelle mit 8,5 kW Dauerleistung im Vorderwagen, die etwa 30 kg schwer ist. Sie bezieht ihre Energie aus einem 700-bar-Wasserstoff-Drucktank im Mitteltunnel, der mit seinem Volumen von 39 Liter etwa 1,6 kg Wasserstoff fasst. Die in der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie wird in einer Pufferbatterie mit 1,3 kWh Energieinhalt zwischengespeichert.

Zwei permanenterregte Synchronmotoren an der Hinterachse sind jeweils etwa 6 kg schwer und entwickeln bis zu 25 kW Spitzenleistung (7,5 kW Dauerleistung). Durch ihre radnahe Position ermöglichen sie eine Torque-Vectoring-Funktion. Zusammen mit weiteren Antriebskomponenten wie der Leistungselektronik und einem DC/DC-Wandler beträgt das Gesamtgewicht des Antriebs zwischen 80 und 90 kg. Gewichtssparend wirken sich auch zwei Fahrwerkstechniken aus.

Höchstgeschwindigkeit von 120 km/h

Zum einen ist die Doppelquerlenker-Vorderachse so gestaltet, dass sich bei einem Crash die Vorderräder von der Fahrgastzelle wegbewegen sollen. Zum anderen benötigt die Steer-by-wire-Lenkung von Schaeffler Paravan keine mechanische Lenksäule. Beide Techniken ermöglichen eine störungsfreie und gewichtsoptimierte Auslegung der crash-relevanten Ringstruktur. Das geringe Gesamtgewicht des SLRV, sein auf Effizienz ausgelegter Antrieb und eine konsequente Verringerung der Fahrwiderstände (etwa der Aerodynamik durch eine flache, gestreckte Formgebung) ermöglichen trotz moderater Leistungswerte gute Fahrleistungen.

Die Höchstgeschwindigkeit von etwa 120 km/h und eine Dauergeschwindigkeit von etwa 100 km/h wären sogar mit schwächeren Traktionsmotoren möglich, allerdings um den Preis einer schlechteren Fahrdynamik, so die Projektverantwortlichen. Bei einem rechnerischen Verbrauch von etwa 0,34 kg Wasserstoff pro 100 km erwarten sie in den nun folgenden Praxistests eine Reichweite von gut 400 km. Angenehmer Nebeneffekt: die Abwärme der Brennstoffzelle wird zum Heizen des Innenraums genutzt. Zusätzlich wirkt sich die gute Wärmeisolierung der Sandwich-Karosserie im Winter positiv auf den Energiehaushalt des SLRV aus.

Crashsicher durch NCAP-Tests

Wichtiges Kriterium für Kleinstfahrzeuge ist ihre Crashsicherheit. Fahrzeuge der Klasse L7e bieten mangels gesetzlicher Regelungen oft nur rudimentären Schutz. Das DLR hat den Versuchsträger mithilfe der Ringstruktur und der Sandwichplatten gezielt crashoptimiert. Als Resultat hat die SLRV-Karosserie laut DLR sowohl den US-NCAP-Frontalcrash als auch den Euro-NCAP-Pfahlcrash für Fahrzeuge der Klasse M1 bestanden. Ergänzend habe sie weitere Crashsimulationen am Computer mit guten Ergebnissen absolviert, zum Beispiel einen Seitencrash oder den Schrägaufprall gegen eine Wand.

Trotz der neuartigen Konstruktion sollen die Kosten laut DLR im Rahmen bleiben. So rechnet man mit Produktionskosten von etwa 15.000 Euro, wovon die Karosserie nur etwa 600 Euro verursachen soll, da viele der Sandwichbauteile durch einfaches Beschneiden und Umformen hergestellt werden könnten. Größter Einzelposten dürfte mittelfristig das Brennstoffzellen-Antriebssystem bleiben. Allerdings rechnet das DLR bei den Brennstoffzellen-Stacks perspektivisch mit Kostensenkungen von bis zu 75 Prozent.

Kilometerkosten von zehn Cent

Rechnet man die Anschaffungs- und Betriebskosten für eine Nutzungsdauer von zehn Jahren und eine Laufleistung von 300.000 km hoch, entstehen laut DLR Kilometerkosten in Höhe von zehn Cent. Das wäre zwar etwas höher als bei einem vergleichbaren Fahrzeug der L7e-Klasse, dem Renault Twizy. Im Vergleich zu diesem verfügt das SLRV aber über eine geschlossene Kabine sowie deutlich bessere Reichweite und Fahrleistungen. Damit wäre das SLRV als Zweitwagen, Pendlerauto oder Carsharing-Fahrzeug in urbanen Randgebieten oder im ländlichen Bereich prädestiniert – zumal private Pkws durchschnittlich nur mit 1,2 Personen pro Fahrt belegt sind.

Quelle: Automobil-Industrie Vogel Verlag: Zum Original Artikel

Die Kommentarfunktion ist für diesen Artikel deaktiviert.

0 Kommentare

Datenschutzerklärung. Nachfolgend können Sie einstellen welche Art von Services & Cookies Sie zulassen möchten.
Speichern