Die Kunst der Komposition

Wie macht man ein Elektroauto leise? Stromer bieten in Sachen Sound ohne die „Maske des Verbrenners“ neue Herausforderungen, aber auch Chancen – wie wir bei Vibracoustic live „erhören“ durften. 
Von Johannes Reichel

 Bild: Unsplash Joseph Pearson
Bild: Unsplash Joseph Pearson
Johannes Reichel

Ein großer Vorteil von Elektrofahrzeugen ist, dass sie bei niedrigem Tempo fast unhörbar leise sind. Wiederum zugleich ein Nachteil. Weshalb gesetzlich verordnet doch etwas Fahrgeräusch her muss. Und hier eröffnen sich unendlich viele Möglichkeiten. BMW hat gleich mal den Hollywoodkomponist Hans Zimmer engagiert, um einen E-Sound komponieren zu lassen. Auch Volkswagen holte sich hier Hilfe vom Profi: Leslie Mandoki sorgte beim I.D. 3 nicht nur für den Klang, sondern auch die Lautsprecherform, welche das Geräusch der Stromer unterstützen soll. Mandoki ist ein Mann vom Fach: Er begann einst bei der Popgruppe Dschingis Khan seine Deutschland-Karriere (woran er heute eher ungern erinnert wird) und lädt seit Jahren Marken mit akustischen Kennungen auf. Außerdem arbeitete er für Audi, Daimler und VW als „Musical Director“.

Aber bei auch bei Vibracoustic „komponiert“ man mit Sounds: Keine Einzelperson, sondern eine Gruppe von Akustikern, die für die richtigen Tonalitäten sorgen, im konkreten Fall für Benteler und Bosch. Sie entwickeln mit dem BEDS (Benteler Electric Drive System) ein Elektrochassis fürs Premiumsegment – und profitieren in Sachen Geräusch von der Vibracoustic-Expertise. Die größte Challenge: hohe Frequenzen. Außerdem fällt bei E-Autos der Verbrenner als „Maskierung“ weg. Dass auch hier feine Ohren am Werk sind, hört man schon nach wenigen Sätzen: „Wir haben hier hochfrequente Landschaften“. So poetisch sprechen Akustikexperten wie Enrico Kruse vom Darmstädter Spezialisten Vibracoustic über Elektroautos. Und ohne die „Verbrenner-Maskierung“ nimmt die Komplexität in Sachen Geräusch mit der Elektrifizierung eher zu. Die Herausforderung in Sachen Noise Vibration Harshness (NVH) ist gigantisch. Denn da sind eben diese extrem hohen, für Menschen unangenehmen Frequenzen, die bis in Sphären von 10.000 Hertz reichen, während Verbrenner mit Schwingungen von 20 bis maximal 400 Hertz vor sich hin brummeln. Diese niedrigen Frequenzen brauchen bessere Dämpfung, hohe Frequenzen bessere Isolation.

Ungeschlagen und unersetzlich: Das Naturprodukt Kautschuk

Das alles hat massive Auswirkungen, wie ein Fahrzeug, wie es heißt, „bedämpft“ wird, welche Kautschuk- und Kunststoffmischungen man verwendet und wo man die Bauteile anbringt. Kautschuk ist hier nach wie vor erste Wahl, da er eine unerreichte Geschmeidigkeit und Elastizität, gepaart mit Langlebigkeit, hat: Er kann sich unter Belastung extrem verformen und findet anschließend wieder in die ursprüngliche Form zurück. Der Saft aus dem Gummibaum wird in den Vibracoustic-Laboren in Weinheim bereits geräuchert angeliefert und ist für Mischexperimente und in „Felle“ geschnitten. Er kann mit höchstem Druck durch winzige Öffnungen gepresst und mit Metallteilen vulkanisiert werden und ist noch immer ideal bei Motor- und Fahrwerklagern, Luftfedern, Tilgern, Isolatoren und Dämpfern. Syntethischer Kautschuk wie Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM) wird dagegen vor allem da eingesetzt, wo es heiß hergeht: Riemenscheiben, Auspuffaufhängungen, Dämpfer, Antriebswellenlager. Und ganz Motornah eingesetzt werden schließlich Silikonkautschuke, die im Antriebsstrang bis über 100 Grad Dauertemperatur abkönnen. Alles Dinge, die beim Elektroauto weniger stark gefragt sind. Sagenhafte 3.000 Rezepturen und Mischungen haben die Vibracoustic Mitarbeiter in ihren Weinheimer Laboren mit sämtlichen Daten digital abgespeichert, mit all ihren ganz spezifischen Eigenschaften. Aber natürlich achten die Badenser auch auf die Skalierbarkeit, sprich auf Massentauglichkeit und Universalität. Denn, wie Thomas Rottner, Vice President Advanced Engineering bei Vibracoustic, augenzwinkernd anmerkt: „Es darf ja alles nichts kosten.“

Dem Entwickler Enrico Kruse fallen im Stromer dann beim Verbrenner „unerhörte“ Dinge auf: Nebenaggregate wie Klimakompressor, Ventile von adaptiven Fahrwerken, die nun hörbar klackern, ganz zu schweigen von Wind- oder Abrollgeräuschen. Noch etwas ist anders aus Sicht der Akustiker: Während beim Verbrenner die Bereiche konstruktiv klarer getrennt sind – der Motor sitzt auf einer Motorlagerung, die die Schwingungen aufnimmt – wirkt der E-Motor zusätzlich auf einen elastisch gelagerten Hilfsrahmen.

Rekuperation: Drehmomente in beide Richtungen berücksichtigen

Auch die Fahrdynamik ist natürlich eine andere, wenn der schwere Verbrennermotor durch einen leichten E-Antrieb ersetzt wird, dafür aber gewichtige Akkus im Fahrzeugboden eine komplett andere Abstimmung erfordern.

Noch ein Faktor: Durch die teils starke Rekuperationswirkung hat man auf einmal nicht mehr nur Drehmomente in der Beschleunigungsrichtung zu berücksichtigen, sondern muss die Lagerungssysteme auch in der Verzögerungsrichtung anders abstimmen. Eine Rolle spielt auch, dass für die Unterbringung der Akkus häufig von schlichteren Verbundlenker- auf platzsparende Mehrlenkerachsen umgestellt werden muss. Hier braucht es spezielle Schwingungstechnik, mit extrem robusten Fahrwerklagern oder innovativen Luftfedersystemen. Letztere haben übrigens im E-Fahrzeug eine weitere Bewandnis neben Komfort- oder Dynamikaspekten: Sie können richtig eingesetzt die Reichweite verbessern, indem etwa im Autobahnbetrieb automatisch das Fahrwerk abgesenkt wird – und so die Aerodynamik optimiert wird.

Plug-in-Hybride: Die größte Herausforderung für Akustiker

Die größte Herausforderung derzeit sind aber die Plug-in-Hybride, bei denen sowohl der niedrigfrequente Verbrenner akustisch bedacht werden muss als auch die hochfrequente Elektromaschine – oder sogar deren zwei. Hinzu kommen die generell höheren Gewichte der Doppelherz-Fahrzeuge, was aber auch für reine Stromer gilt. Für die PHEVs, die Rottner persönlich nicht als eine Dauer-, sondern eine Brückenlösung sieht, halte man ein spezielles Set-up bereit. Wie auch für die Fahrzeuge, die im Zuge der populären „Ein-Auto-Drei-Antriebe“-Strategie mit jeweils einer Konfiguration für Verbrenner, Hybrid oder Elektro hinterlegt werden müssen. Doch Rottner mag solche Herausforderungen.

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Wie überhaupt bei Vibracoustic die Begeisterung für die neue Ära vielerorts „mitschwingt“ und die Skepsis deutlich zu überwiegen scheint. Akustik ist immer gefragt. Und Thomas Rottner schwärmt zudem von der Challenge, Bauteile zu liefern, die als Verbindungselemente das Walken und Arbeiten, die Kräfte eines 2,5-Tonnen-Elektrogefährts über eine Spanne von 150.000 oder 200.000 Kilometern aufnehmen können, ohne nachzulassen. Das erfordere allerhöchste Zähigkeit, Robustheit und jede Menge chemisches und physikalisches Know-How. Auf den Prüfständen in den Laboren werden die Gummibauteile binnen zehn Tagen auf ein Straßenäquivalent von 120.000 Kilometer hin durchgerüttelt. „Ein Elektroantrieb lässt sich nicht beliebig beruhigen. Aber man kann das so in eine Richtung tunen, dass die Frequenzen weniger störend auffallen. Je frühzeitiger man das in der Entwicklung eines Chassis mit berücksichtigt, desto besser“, erklärt Akustiker Kruse.

Und ist damit mitten drin in seinem aktuell spannendsten Projekt, dem BEDS: eine Kooperation mit dem Fahrwerks- und Karosseriespezialisten Benteler, der die mechanische Integration übernimmt, sowie mit dem E-Antriebs- und Elektronikspezialisten Bosch zur Entwicklung eines Hightech-Elektrochassis für Premiumanwendungen, dass all diese Dinge von vorneherein berücksichtigt.

Akustisch durchkomponiert: Elektrochassis für Drittkunden wie Pininfarina

Das kann jungen Unternehmen viel Entwicklungsarbeit und Aufwand sparen, werben die Partner für ihr Modell, das man aber nicht unbedingt als Konkurrenz zu den OEM-Stammkunden sieht. Man profitiere aus der Entwicklung des E-Chassis massiv auch für die Entwicklung der Bauteile, die man an OEM zuliefert. Diese hätten in der ersten Phase die Akustik von E-Autos weniger stark priorisiert, weil die Ressourcen in anderen Bereichen dringender gebraucht würden, argumentiert man kooperativ. Zudem müssten die Hersteller ihre Entwicklungszeiten generell verkürzen und suchten vermehrt nach „vorvalidierten“ Systemlösungen.

Ein erster Kunde, der genau in dieses Raster passt: Pininfarina. Die Italiener, eine hunderprozentige Tochter des indischen Mahindra-Konzerns mit einem weiteren Sitz in München, verwenden die „Rolling Chassis“-Technologie für ihre hochpreisigen High-End-Stromer im „Upper Premium“-Segment. Der soll dem „Hyper-Car“ Battista folgen, dem Vernehmen nach in Gestalt eines vollelektrischen SUV, der für 2022 avisiert ist. Auch das chinesische Automobil-Start-up Evergrande setzt auf das Benteler Electric Drive System und will mit dessen Hilfe einige Entwicklungsstufen überspringen, um schneller auf dem derzeit sehr volatilen Markt zu starten. Da sind die Darmstädter Spezialisten als wichtiger Teil des Ganzen doch gerne behilflich. Kaum eine Klientel dürfte geräuschempfindlicher sein als die Käufer eines hochpreisigen Edel-Stromers. Die leise „Komposition“ von Enrico Kruse und seinem „Vibracoustic Orchestra“ wird einen sicherlich aufhorchen lassen.

Auf den Punkt

Es ist … ein spannender, bisher wenig beachteter Aspekt der Elektromobilität.

Schön, dass … man hier noch sehr viel Verschiedenes zu hören bekommt.

Schade, dass … wir das „Rolling Chassis“ noch nicht anhören durften.

Was haben Flotten davon? Entspannte Fahrer, was am Ende Nerven und Sprit spart.

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Artikel Die Kunst der Komposition
Seite 39 bis 42 | Rubrik mobilität