Foto: Fraunhofer Institut

Forschung darf auch schick sein. Als Plattform für die Forschungsprojekte wählten die Fraunhofer-Wissenschaftler den Artega GT, einen Sportwagen des Kleinserienherstellers Artega im westfälischen Delbrück bei Paderborn. "Frecc0 2.0" nennen sie ihr Fahrzeug: Fraunhofer E-Concept Car Typ 0. Ein Prototyp, in dem die Forscher zeigen, dass bei der Elektromobilität nicht einfach Benziner gegen Elektromotoren ausgetauscht werden. Vielmehr eröffnet der neue Antrieb neue Wege und Konzepte.

Im "Frecc0 2.0" steckt unter anderem der von den Wissenschaftlern neu entwickelte Radnabenmotor. "Wir haben den Motor von Anfang an für den europäischen Markt ausgelegt", sagt Franz-Josef Wöstmann, Abteilungsleiter am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen. "Sein Durchmesser ist so gewählt, dass er in einer 15 Zoll-Felge Platz findet. An diesen zur Verfügung stehenden Bauraum ist der Motor angepasst: Dazu haben wir alle Komponenten mit möglichst hoher Leistungsdichte neu entwickelt - angefangen bei der Leistungselektronik über die Auslegung der Kühlung bis hin zum Design."

Da die Forscher den gesamten Antriebsstrang - also den gesamten Motor samt Mitteltunnel, Kardanwelle und Getriebe - aus dem Auto hinaus in die Radnaben gelegt haben beziehungsweise komplett darauf verzichten, sind völlig neue Fahrzeugkonzepte möglich. Bei einem Fahrzeug, das außen etwa die Größe eines Golfs hat, wäre der Innenraum dann etwa so groß wie bei einer S-Klasse.

Ein weiterer Vorteil: Die Leistung kann bedarfsgerecht an jedem Rad bereitgestellt werden. Das bietet den Insassen eine höhere Sicherheit, da jedes einzelne Rad nicht nur separat abgebremst, sondern auch beschleunigt werden kann. Damit bietet der Radnabenmotor durch ein Torque Vectoring eine Weiterentwicklung des heute üblichen ESP. "Sämtliche Komponenten des Radnabenmotors sind für die Serienfertigung ausgelegt", betont Wöstmann.

Eine weitere Innovation ist beispielsweise die gegossene Spule: Mit einem neuen Verfahren können die Fraunhofer-Forscher die Spulen nun gießen, statt sie wie bisher zu wickeln. Der Vorteil: Der Bauraum im Antriebsmotor wird besser ausgenutzt – gegenüber heute üblichen Füllgraden von etwa 55 Prozent erreichen die Experten damit Füllgrade von über 90 Prozent. So lassen sich bei gleich großem Spulenbauraum eine höhere Leistungsdichte und ein größerer Wirkungsgrad erzielen.

Im Gegensatz zu konventionellen Fahrzeugen kann bei Elektroautos die beim Bremsen entstehende Energie zurückgewonnen und wieder in die Batterie eingespeist werden. Die Experten sprechen hierbei von Rekuperation. Sie arbeiten nun daran, diese Energierückgewinnung in Zukunft zu maximieren. Das nachwievor eingesetzte herkömmliche mechanische Bremssystem wird nur noch in Notsituationen benötigt.

Die Entwicklung des Radnabenantriebs war Teilaspekt eines Gesamtprojektes, an dem Forscher von 33 Fraunhofer-Instituten zusammenarbeiteten. Unter dem Titel "Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität" ging es darum, die Elektromobilität voranzutreiben. Am 30. Juli 2011 wurde das zweijährige Projekt abgeschlossen. Gefördert wurde das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF mit 34,5 Millionen Euro aus Mitteln des Konjunkturprogramms II.

"Wir kümmern uns um die systemübergreifenden Aspekte, beginnend bei der Erzeugung der Energie bis hin zu den Geschäftsmodellen«, beschreibt Professor Ulrich Buller, Forschungsvorstand der Fraunhofer-Gesellschaft, den Ansatz der Systemforschung. »Insgesamt haben wir fünf Schwerpunkte bearbeitet: Fragen der dezentralen Energieerzeugung und des Energie-Transports zu den Fahrzeugen, Speicherung der Energie, Fahrzeugtechnik sowie Systemintegration. Es geht uns auch um neue Wertschöpfungsketten und um Akzeptanz der Elektromobilität. Im Jahr 2011 ist der Schwerpunkt »Funktion, Zuverlässigkeit, Prüfung und Realisierung« neu dazugekommen«, ergänzt Professor Holger Hanselka, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF und Koordinator des Projekts.