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Vibracoustic: Die hohe Kunst, ein E-Auto leise zu machen

Benteler und Bosch entwickeln mit dem BEDS ein Elektro-Chassis fürs Premium-Segment - und profitieren in Sachen Geräusch von der Vibracoustic-Expertise im NVH-Bereich. Die größte Challenge: Hohe Frequenzen. Und: Bei E-Autos fällt der Verbrenner als "Maskierung" weg. VM blickte in Weinheim hinter die Kulissen.

Großer Lauschangriff: In den Akustik-Kammern von Vibracoustic im badischen Weinheim bleibt kein Geräusch verborgen - auch nicht am BEDS-Elektro-Chassis, das man mit Benteler und Bosch entwickelt. | Foto: Vibracoustic
Großer Lauschangriff: In den Akustik-Kammern von Vibracoustic im badischen Weinheim bleibt kein Geräusch verborgen - auch nicht am BEDS-Elektro-Chassis, das man mit Benteler und Bosch entwickelt. | Foto: Vibracoustic
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Johannes Reichel

"Wir haben hier hochfrequente Landschaften": Es klingt fast poetisch, wenn Akustik-Experten wie Enrico Kruse vom Darmstädter Spezialisten Vibracoustic über Elektro-Autos sprechen. Denn anders als die Komplexität bei der Antriebs- und Motortechnik, die bei den Stromern deutlich geringer ist im Vergleich zu Verbrennern, nimmt die Komplexität in Sachen Geräusch mit der Elektrifizierung eher zu, die Herausforderung in Sachen Noise-Vibrations-Harshness (NVH) ist gigantisch. Denn da sind eben diese extrem hohen, für Menschen unangenehmen Frequenzen, die hinaus bis in Sphären von 10.000 Hertz reichen, während Verbrenner mit Schwingungen von 20 bis maximal 400 Herz vor sich hin brummeln. Diese niedrigen Frequenzen brauchen bessere Dämpfung, hohe Frequenzen bessere Isolation.

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. Denn trotz der Entwicklungen bei synthetischem Kautschuk, noch immer hängt man sehr stark von dem Naturprodukt ab, das eine unerreichte Geschmeidigkeit und Elastizität, gepaart mit Langlebigkeit haben: Das heißt, es kann sich unter Belastung extrem verformen und findet anschließend wieder in die ursprüngliche Form zurück.

Ungeschlagen und unersetzlich: Das Naturprodukt Kautschuk

Der Saft aus dem Gummibaum, der in den Vibracoustic-Laboren in Weinheim bereits geräuchert angeliefert, für die Misch-Experimente präpariert, in Felle geschnitten, mit höchstem Druck durch winzige Öffnungen gepresst und mit Metallteilen vulkanisiert wird, ist noch immer erste Wahl bei Motor- und Fahrwerklagern, bei 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 Motor-nah eingesetzt werden schließlich Silikonkautschuke, die im Antriebsstrang bis über 100 Grad Dauertemperatur abkönnen.

Der Motor als "maskierende Geräuschquelle" fällt weg

Alles Dinge, die beim Elektro-Auto weniger stark gefragt sind. Sagenhafte 3.000 Rezepturen, Mischungen haben die Vibracoustic-Leute in ihren Weinheimer Laboren mit sämtlichen Daten digital abgespeichert, mit all ihren ganz spezifischen Eigenschaften. Aber natürlich achten die Badenser auch auf die Skalierbarkeit, spricht auf Massentauglichkeit und Universalität. Denn, wie Thomas Rottner, Vice President Advanced Engineering bei Vibracoustic, süffisant anmerkt: "Es darf ja alles nichts kosten".  

Zum anderen - und das ist der zweite wesentliche Faktor bei E-Autos - fällt der Motor als "maskierende Geräuschquelle", wie Entwickler Enrico Kruse es so schön beschreibt, weg. Auf einmal fallen bisland "unerhörte" Dinge auf, die vorher quasi übertüncht wurden: Nebenaggregate wie ein Klimakompressor, die Ventile von adaptiven Fahrwerken, die nun hörbar klackern, ganz zu schweigen von Wind- oder Abrollgeräuschen. Und noch etwas ist anders aus Sicht der Akustiker: Während beim Verbrenner die Bereiche konstruktiv klarer getrennt waren - der Motor saß auf einer Motorlagerung, die die Schwingungen aufnahm - 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 die gewichtigen Akkus im Fahrzeugboden komplett andere Abstimmung erfordern. Noch ein Faktor: Durch die teils sehr 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 müsse.

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, um die Aerodynamik zu optimieren. Die größte Herausforderung derzeit sind aber die boomenden "Plug-in-Hybride", bei denen sowohl der niedrigfrequente Verbrenner akustisch bedacht werden muss wie auch die hochfrequente Elektromaschine - oder sogar deren zwei, wie etwa beim neuen Opel Grandland X Hybrid4.

PHEV: Die größte Komplexität für Akustiker

Hinzu kommen die generell höheren Gewichte der Doppel-Herz-Fahrzeuge, was aber natürlich auch für reine Elektro-Fahrzeuge gilt. Für die PHEVs, die Rottner persönlich nicht für eine Dauer-, sondern einen Brückenlösung hält, halte man eben ein spezielles Setup bereit. Wie auch für die Fahrzeuge, die im Zuge der populären "Ein-Auto-Drei-Antriebe"-Strategie mit jeweils einer Konfiguration für Verbrenner, Hybrid und Elektro hinterlegt werden müssen. Doch Rottner freut sich über solche Herausforderungen.

Wie überhaupt bei Vibracoustic die Begeisterung für die neue Ära der Mobilität bei unserem Rundgang durch die Spezialbereiche überall sozusagen "mitschwingt" und die Skepsis deutlich zu überwiegen scheint. Akustik ist eben immer gefragt. Und Thomas Rottner schwärmt von der Challenge, Bauteile zu liefern, die als Verbindungselemente das Walken und Arbeiten, die Kräfte eines 2,5-Tonnen-Elektro-Gefährts 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", wie Thomas Rottner erklärt. Auf den Prüfständen in den Laboren werden die Gummibauteile binnen zehn Tagen auf ein Straßenäquvivalent von 120.000 Kilometer hin durchgerüttelt, wie er nicht ohne Stolz berichtet.   

"Ein Elektroantrieb lässt sich nicht beliebig beruhigen. Aber man kann das in eine Richtung tunen, dass die Frequenzen weniger störend auffallen. Je frühzeitiger man das in der Entwicklung eines Chassis mit berücksichtigt, desto besser", erklärt Kruse.

Und ist damit mitten drin in seinem aktuell spannendsten Projekt, dem BEDS (Benteler Electric Drive System): Der Kooperation mit dem Fahrwerks- und Karosseriespezialisten Benteler, der die mechanische Integration übernimmt, sowie E-Antriebs- und Elektronikspezialisten Bosch zur Entwicklung eines High-Tech-Elektrochassis für Premium-Anwendungen, dass all diese Dinge von vorneherein berücksichtigt.

Elektro-Chassis: Schneller auf den Markt mit Benteler-Technologie

Das ermögliche es jungen Unternehmen, die in den Bereich E-Mobilität einsteigen wollen, viel an Entwicklungsarbeit und Aufwand einzusparen, werben die Partner für ihr Modell, das man aber nicht unbedingt als Konkurrenz zu den angestammten Kunden unter den OEMs sieht. Man profitiere aus der Entwicklung des E-Chassis massiv auch für die Entwicklung der Bauteile, die man an OEMs 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 der Anbieter. 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 und jetzt mit Hauptsitz in München, verwenden die "Rolling Chassis"-Technologie für ihre hochpreisigen High-End-Stromer im "Upper Premium"-Segment, der dem "Hyper-Car" Battista folgen soll, dem Vernehmen nach ein vollelektrischer SUV, der für 2022 avisiert ist. Auch das chinesische Start-up Evergrande setzt auf das Benteler Electric Drive System und will mit dessen Hilfe einige Entwicklungsstufen überspringen, um schneller am Markt zu sein. 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. Was für eine Challenge für Enrico Kruse und die "Vibracousticer".

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