Turntide Technologies: Hybride im neuen Look

Im Zuge der Eile, die Elektromobilität zu verbessern, schien die Hybridisierung als Schritt im Dekarbonisierungsprozess oft übergangen zu werden.

„In einer evolutionären Welt würde man zunächst Verbrennungsmotoren (ICE), dann Hybrid und schließlich ein reines Elektrofahrzeug (EV) einsetzen. Das ist ein ganz normaler Evolutionsprozess“, bemerkte Steve Hornyak, Präsident und CEO von Turntide Technologies. Für viele OEMs und ihre Zulieferer hat sich dies jedoch nicht bewahrheitet.

Steve Hornyak, Präsident und CEO, Turntide Technologies.

„Der große Sprung war darauf zurückzuführen, dass aufgrund der weltweiten Bemühungen zur Dekarbonisierung ein erheblicher sozialer und wirtschaftlicher Druck bestand, direkt auf Elektrofahrzeuge umzusteigen“, so Hornyak. Regierungen unterstützten den Umstieg mit Anreizen und ordneten ihn in einigen Fällen sogar an, wodurch die Industrie gezwungen war, diesen Weg einzuschlagen.

Es wird zunehmend deutlich, dass Dekarbonisierung kein Alles-oder-Nichts-Problem sein muss. „Es wird Situationen geben, in denen ein reines Diesel- oder Benzinmodell mit Verbrennungsmotor am besten geeignet ist. Es könnte auch Situationen geben, in denen ein reines Elektrofahrzeug grundsätzlich besser geeignet ist“, erklärte Hornyak. „Und dann gibt es noch Situationen dazwischen, in denen ein Hybridfahrzeug hervorragend geeignet ist.“

Mehr Reichweite, weniger Kosten

Bei einem Hybridfahrzeug könne man die Größe des Verbrennungsmotors reduzieren und ihn durch den Einbau eines Reihenelektromotors ergänzen, betonte Hornyak.

„Normalerweise ist Reihenmotor die beste Lösung, und dann erhält man dieses enorm leistungsstarke ‚Biest‘ in einem kleineren, kompakten Format, das weniger Kraftstoff verbraucht, mit einer Tankfüllung Benzin oder Diesel weiter kommt und besser für die Umwelt ist als ein größerer Motor – aber nicht so gut wie ein reines Elektrofahrzeug“, sagte er.

Er führte weiter aus, dass ein Hybridantrieb heutzutage für viele Anwendungen die beste Wahl sein könne, insbesondere wenn Reichweitenangst ein Problem darstelle und ein rein batterieelektrischer Antrieb nicht praktikabel sei, wie etwa bei bestimmten Arten von Nutzfahrzeugen.

Marineanwendungen bieten einen vielversprechenden Markt für Hybridisierung. Abgebildet ist das Hybrid-Arbeitsboot FollaPower 50EL. (Foto: Damen Shipyards Group)

Auch Anwendungen im maritimen Bereich sind ein vielversprechender Markt. „Wir sehen in der Schifffahrtsbranche einen starken Bedarf, Booten – ob gewerblich oder nicht – größere Entfernungen zu ermöglichen, mehr Leistung bei kleinerem Formfaktor zu bieten und dabei auf riesige Akkus zu verzichten.“

Auf Systemebene kann sich die Hybridisierung als praktische Lösung für die Hydraulik erweisen. Durch die Ergänzung des Systems mit einem oder mehreren Elektromotoren kann ein kleinerer Dieselmotor eingesetzt werden, was laut Hornyak die Anschaffungskosten senkt und langfristig insgesamt kosteneffizienter ist.

„Mit der Hybridisierung kommt man in einen Bereich, in dem es nicht unbedingt um die Rettung des Planeten geht. Sie ist umweltfreundlich, aber sie ist umweltfreundlich im Verhältnis zu den Kosteneinsparungen“, sagte Hornyak. „Sie arbeitet effizienter und effektiver, verbraucht weniger Kraftstoff, hat niedrigere Betriebskosten und bietet eine höhere Leistung. All das ist möglich, und nebenbei ist sie auch noch gut für die Umwelt.“

Hybridisierung wird, wie Verbrennungsmotoren, wahrscheinlich noch lange bestehen, fuhr er fort. „Glaube ich, dass Verbrennungsmotoren mit der Zeit eher zu einer Nischenanwendung werden und Hybrid- und Elektrofahrzeuge den Unterschied ausmachen? Ja, das denke ich. Aber das wird noch über zehn Jahre dauern. Bis dahin wird es eine gesunde Mischung aller drei Antriebe in allen möglichen Anwendungsbereichen geben.“

Optimale Wahl für Hybriden

Die richtige Kombination aus Motor und Antrieb ist für Hybridfahrzeuge entscheidend. Während Radialflussmotoren in vielen Szenarien häufiger zum Einsatz kommen, bieten Axialflussmotoren laut Hornyak bei der Hybridisierung deutliche Vorteile, wie beispielsweise ein kleineres Profil, geringeres Gewicht und eine höhere Leistungsdichte.

„Sie erhalten ein höheres Drehmoment, mehr Leistung und einen geringeren Verbrauch fossiler Brennstoffe in einem platzsparenderen Paket als mit jeder anderen heute verfügbaren Technologie“, behauptete er.

„Wenn Sie die Größe und den Platz haben, um [einen Sternmotor] einzubauen, und es Ihnen nichts ausmacht, etwas Größeres zu kaufen, um die gleiche Leistung zu erzielen, ist das in Ordnung. Bei Hybriden ist der Platz jedoch meist begrenzt, weil Sie einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor haben und versuchen, sie im selben Raum unterzubringen, in dem sich zuvor der Motor befand. Sie möchten nicht das gesamte Fahrzeug neu konstruieren.“

Axialflussmotoren wie der AF430S von Turntide bieten Vorteile wie ein kleineres Profil, geringeres Gewicht und eine höhere Leistungsdichte. (Foto: Turntide Technologies)

Ein Axialfluss- oder „Pfannkuchen“-Motor könne es normalerweise ermöglichen, dass sowohl der Motor als auch der Verbrennungsmotor in den ursprünglichen Platzbedarf passen, sagte Hornyak.

Turntide arbeitet beispielsweise derzeit mit einem großen globalen Unternehmen aus Indien zusammen und testet dessen Axialflussmotor in leichten Nutzfahrzeugen. „Sie sagten wörtlich: ‚Steve, wir können weder das Design noch die Architektur oder den Rahmen dieses Fahrzeugs ändern, aber wir wollen einen kleineren Dieselmotor haben und dann deinen Axialfluss im gleichen Raum darauf ausrichten.‘ Sie konnten keine andere Technologie verwenden. Es musste ein Axialflussmotor sein.“

Axialflussmotoren sind in zahlreichen Konfigurationen erhältlich. „Es gibt also viele verschiedene Möglichkeiten, diesen Flachmotor an Ihre Bedürfnisse anzupassen“, so Hornyak. „Einzigartig an Turntide ist, dass wir ein hochvolumiges, hochkonfigurierbares System anbieten – im Gegensatz zu einem serienmäßigen Design oder einer individuellen Motorenfertigung. Wir haben das Beste aus beiden Welten vereint.“

Hand-in-Hand-Zusammenarbeit

Um bei der Bestimmung der richtigen Lösung zu helfen, arbeitet die Kundenerfolgs- und Anwendungstechnikgruppe von Turntide eng mit den internen Teams eines OEM oder mit Systemintegratoren zusammen, um sicherzustellen, dass der Kunde am Ende die optimale Lösung erhält.

„Wir arbeiten Hand in Hand mit ihnen, um ihnen zu helfen, ihre Anwendung zu verstehen und sicherzustellen, dass wir den richtigen Axialflussmotor und die richtige Konfiguration dieses Motors zusammenstellen und ihn mit dem richtigen Wechselrichter kombinieren“, erklärte Hornyak.

Turntide arbeitet eng mit seinen Kunden zusammen, um die passende Axialflussmotor-Kombination für ihre Bedürfnisse zu finden. (Foto: Becky Schultz)

Ein Beispiel hierfür ist ein aktuelles Projekt eines OEM im Schiffsbau, das eine geringe axiale Länge, einen anspruchsvollen Durchmesser und ein hohes Durchsatzdrehmoment erforderte. Um die Antriebsanordnung zu optimieren, war ein drehmomentstarker Motor in einem kompakten Gehäuse erforderlich. Musterkonstruktion und -lieferung mussten innerhalb von fünf Monaten erfolgen, das gesamte Programm wurde in 18 Monaten abgeschlossen.​

Das Hybridsystem – das innerhalb der engen Frist geliefert wurde – ermöglichte eine deutliche Geräuschreduzierung, was der Zielanwendung in Sportbooten zugute kam, verbesserte das Manövrieren beim Anlegen und führte zu Kosteneinsparungen, da der Motor sowohl den Antrieb als auch die Stromerzeugung übernahm.

In einem anderen Beispiel musste der OEM einen Starrrahmen-Muldenkipper mit einer Nutzlast von 291 Tonnen für den Betrieb mit einem Wasserstoff-Brennstoffzellensystem umrüsten. Das System sollte Elektromotoren für den Antrieb wichtiger Zusatzfunktionen umfassen, darunter zwei Hydraulikpumpen.

Bei diesem Projekt wurden herkömmliche Dieselkomponenten durch einen Elektroantrieb ersetzt, wobei Leistung, Zuverlässigkeit und Effizienz des Lkw im Bergbau erhalten blieben. Das Projekt war in zwei Phasen unterteilt. Das Hydrauliksystem, bestehend aus zwei Pumpen für Lenkung, Bremsen, Hebezeug und Bremskühlung, war das erste System, das elektrifiziert wurde.

Das Team von Turntide ermittelte die passende Axialflussmotor-Konfiguration und die Spezifikationen, um die Anforderungen des OEMs zu erfüllen. Die Axialflussmotoren optimierten das Wärme- und Energiemanagement und ermöglichten dem Hersteller die Entwicklung einer agnostischen Plattform, die reduzierte Betriebskosten bei minimaler Umweltbelastung ermöglicht und für kundenspezifische Batterie-, Brennstoffzellen- und Hybridtechnologien geeignet ist. Die Umstellung ermöglichte zudem die Skalierbarkeit zukünftiger Elektrifizierungen.

„Die Axialflussmotoren“, kommentierte Hornyak, „sind einfach eine phänomenale Technologie für die Elektro- und Hybridisierung der nächsten Generation.“