Am 20. Mai 2010 hielt Herr Andreas Gräwingholt, Mitglied der Geschäftsführung der German E-Cars GmbH aus Grebenstein, einen Vortrag zum Thema "Elektromobilität aus Nordhessen - Vorstellung des Elektroautos und E-Powertrain der FRÄGER-Gruppe" und stellte an den Beginn seiner in die Abschnitte Historie und Standorte, Arbeitsmethodik Abteilung F&E, Elektromobilität, Parallele Entwicklungstätigkeiten und Website der Gesellschaft gegliederten Erläuterungen die Entwicklung der Unternehmensgruppe.
Gegründet wurde das Unternehmen von Karl-Heinz und Ingrid Fräger im Jahr 1970 als Metallbearbeitungsbetrieb in Grebenstein, 1983 erfolgte eine Modernisierung des dortigen Produktionsbereichs. Für Nutzfahrzeugkomponenten erfolgte ein Markteinstieg 20 Jahre nach der Gründung des inhabergeführten Familienunternehmens und acht Jahre später die Umwandlung in die FRÄGER Fahrzeugtechnik GmbH in Immenhausen. Ein weiteres Werk wurde als Antriebstechnik Altenburg GmbH im Jahr 2004 im östlichsten Teil Thüringens geschaffen und 2006 erfolgte die Gründung der FRÄGER Getriebe- und Motorenkomponenten GmbH als nunmehr vierter Standort im nordhessischen Immenhausen. Die neue Firmenzentrale wurde 2007 in Immenhausen bezogen, zeitgleich mit der Gründung der FPA Service GmbH, tätig in der Automatisierungstechnik. Seit 2006 existiert eine Repräsentanz des Unternehmens in Beijing in China, 2008 wurde die FRÄGER of North America Inc. in Detroit, der wichtigsten US-amerikanischen Automotive-Region, gegründet.
Im vergangenen Jahr wurde die Entwicklungsabteilung in Immenhausen erweitert und eine Umstrukturierung der Firmengruppe in die beiden Sparten Systeme & Komponenten sowie E-Mobilität & Erneuerbare Technologien umgesetzt. Auf der in Frankfurt stattfindenden IAA, bei der die E-Mobilität stark im Vordergrund stand, erfolgte die Präsentation des FRÄGER Elektroantriebs zusammen mit dem BENNI. Letzteren konnte sich eine Gruppe unserer Mitglieder, u. a. der Unterzeichner dieses Berichts, in Frankfurt ausführlich erläutern lassen.
Aus chinesischer Produktion stammend und antriebstechnisch betrachtet mit einem Verbrennungsmotor zusammen mit einem handgeschalteten Fünfganggetriebe ausgestattet wurde der viertürige Wagen mit einem zulässigen Gesamtgewicht von knapp 1.400 kg in Nordhessen auf einen von der Fräger-Gruppe selbstentwickelten E-Powertrain mit den in der obigen Folie genannten Daten umgerüstet. Das Unternehmen sieht wie alle anderen Hersteller von ausschließlich aus Batterien versorgten E-Antrieben den Markt für derartige Fahrzeuge in der Kurzstrecke mit einer Reichweite um 100 km, da nach bekannten Erhebungen ca. 80 % aller Pkw-Fahrten nicht mehr als 20 km umfassen. Die weiteren technischen Daten können der Folie 7 entnommen werden (Bild oben).
Im nächsten Abschnitt seines Vortrags ging Herr Gräwingholt auf die in der Fräger-Gruppe angesiedelte Forschung und Entwicklung (F&E) ein. Hierzu gehört neben der Konstruktion in der Mechanik eines Kraftfahrzeugs – im Antriebsstrang u. a. bestehend aus dem vorerst weiter erforderlichen ein- oder zweigängigen Übersetzungsgetriebe und den Gelenkwellen zwischen Getrieb und Rädern, im Karosseriebereich zur Anpassung der Komponentenaufnahmen – besonders die Auslegung des Antriebssystems. Nach Ermittlung der Anforderungen bei einem Projekt mit nachfolgender Analyse geht es hier besonders um die Erarbeitung eines Konzepts, die Ermittlung von Diagrammen über den Zusammenhang zwischen Drehmoment und Drehzahl sowie der Zugkraft mit daraus folgender Ermittlung von Beschleunigungszeiten. Denn auch im Kurzstreckenverkehr muss beispielsweise ein Überholvorgang auf einer Landstraße in annehmbarer, nicht die Sicherheit gefährdender Zeit abgeschlossen sein. Weiterhin gehören zu den F&E-Aufgaben in der Fräger-Gruppe die Elektro-Konstruktion (u. a. Bordnetz, Wechselrichter, Batterien) und die Informationstechnik, beide mit Softwareerstellung und Lieferantenauswahl.
Die entwickelten Komponenten werden getestet durch Integration in ein am Markt erhältliches und hierfür geeignetes Fahrzeug. Hierzu wird eine Versuchswerkstatt unterhalten, die aus den zugelieferten Fahrzeugen bestehende Aggregate des Antriebsstrangs (u. a. Verbrennungsmotor mit seinen zahlreichen Nebenaggregaten und Kühlung, Getriebe, Flanschwellen, Treibstofftank) ausbaut und unter Verwendung selbst gefertigter Motorträger und Sondergelenkwellen einbaut.
Insgesamt sieht sich die Fräger-Gruppe hier in ein Entwicklungsnetzwerk eingebunden, welches aus strategischen Partnern als System-/Modullieferanten, Komponentenzulieferer, Ingenieurdienstleistern, akademischen Partnern, Zulassungsbehörden wie dem Kraftfahrtbundesamt und Überwachungsdienstleistern sowie Verbänden und der Politik als Netzwerkern besteht und den Kunden im Focus ihrer Arbeit sieht.
Im Hauptteil des Vortrags wurden dann technische Gesichtspunkte wesentlicher Komponenten der Elektromobilität behandelt, welche ja im Gegensatz zur mittlerweile über hundertjährigen Entwicklung, Konstruktion und Fertigung von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren als einer Entwicklungsrichtung aus in Batterien gespeichertem Gleichstrom über Wechselrichter und Elektromotoren das notwendige Drehmoment zum Betrieb des Fahrzeugs erzeugen muss. Hierzu zählen als wesentliche Komponenten die Integration eines Batteriesystems inkl. eines entsprechenden Managementsystems, eines Drehstromsynchronmotors mit Anpassgetriebe (Bild unten) und eines Traktionsumrichters unter den in den Folien 15 – 17 genannten Gesichtspunkten.
Für die Batterien bieten sich sowohl vorhandene Einbauräume des bisherigen Kraftstofftanks wie auch nicht mehr benötigte Tunnel für die bisherige Abgasanlage an, beide jedoch nur unter dem Gesichtspunkt ausreichender Wärmeabfuhr im Betrieb. Um hohe Leistungsdichte und möglichst niedriges Gewicht bei den Motoren zu erzielen boten sich Wasserkühlung und höhere Drehzahlen bei vorerst Permanentmagnet erregten Synchronmaschinen an, welche aber andererseits ein Anpassgetriebe erfordern. Dieses wurde in ein- oder zweigängiger Stirnradversion integriertem Achsdifferential mit – je nach Leistungsgröße – Übersetzungsverhältnissen bis 1:16 vorgesehen und kann optional mit Bremse ausgestattet werden.
Auch der Traktionsumrichter, welcher sowohl in Pkw wie leichten Nutzfahrzeugen einsetzbar ist, wurde mit Wasserkühlung vorgesehen und im Hinblick auf künftige Motorentwicklungen sowohl für den jetzt ein gesetzten Synchronmotor wie auch für preiswertere und beim Bau stromrichtergespeister Prüfanlagen verwendete Asynchronmotoren, wie sie der Unterzeichner dieses Berichts viele Jahre verantwortete. Die Leistung des Wechselrichters reicht bis zu 100 kW. Die Spannung im Antriebssystem beträgt 350 V, das Bordnetz hat eine Spannung von 12V.
Auf den Folien 18 – 22 stellte Herr Gräwingholt die keineswegs unwichtigen Nebenaggregate vor: Um die in Motor und Wechselrichter entstehende Wärme abzuführen, musste ein Kühlsystem entworfen werden, welches vorhandene Komponenten verwendet und auch die Fahrzeugheizung im Winterhalbjahr unterstützen kann. Für ein Fahrerinformationssystem in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug ist anstelle eines Drehzahlmessers viel wichtiger eine Anzeige der wirtschaftlichen Fahrweise. Wie andere Steuergeräte auch ist dieses über den im Fahrzeugbau üblichen CAN-Bus in die Systemarchitektur (Bild unten) eingebunden. Beim Übergang auf die Hochvolt-Technologie ist sowohl ein Batterieladesystem wie auch ein DC/DC-Wandler der bisherigen Geräte vom Blinker über Scheinwerfer, Radio Innenbeleuchtung bis zum Bremslicht erforderlich. Und dass ein derartiges Fahrzeug neben den ganzen Zulassungsprüfungen auch den EMV-Test bestanden hat, kann durchaus als Meilenstein angesehen werden.
Leider konnte den zahlreichen Zuhörern dieses Vortrags das neue Modell nicht vorgeführt werden. Das Unternehmen hat sich entschieden anstelle des aus chinesischer Produktion stammenden Benni den in Europa hergestellten Splash von Suzuki als STROMOS auf den Markt zu bringen und die Serienproduktion Ende des zweiten Quartals zu starten. Hierbei wird dann mehr als die Hälfte deutsche Wertschöpfung auf die Fräger Gruppe entfallen. Die technischen Daten des Fahrzeugs können der Folie 24 entnommen werden (Bild unten).
Im letzten Teil seines Vortrags ging Herr Gräwingholt dann auf weitere Entwicklungen ein und gab einen Ausblick auf neue Produkte und Technologien. Hierzu zählen die Projekte "Bidirektionales Laden" und "Hochintegrierte Antriebssysteme". Viel diskutiert wird derzeit in der Energiewirtschaft das Smart Grid, welches durch eine hohe Zahl Einspeiser kleiner Leistungen zu einem virtuellen Kraftwerk werden soll. Die Fräger-Gruppe sieht in einer Vielzahl dezentraler Energiespeicher auf der Basis der Batterien in den elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einen primären Ansatz für eine autarke Stromversorgung, in der Nutzung als Zwischenspeicher für erneuerbare Energien aus Windkraft und Photovoltaik einen sekundären im Gesamtsystem des Smart Grid (Folien 28 und 29).
In der Entwicklung hochintegrierter Antriebssysteme, bestehend aus Wechselrichter, Elektromotor und Getriebe sieht die Fräger-Gruppe eine weitere wichtige Aufgabe: Während der aktuelle E-Antrieb mit einer Nennleistung von 28 kW und einer kurzzeitig verfügbaren doppelt so hohen Maximalleistung mit angebautem 5-Gang-Getriebe aufwartet, wird der ab dem letzten Quartal 2010 lieferbare Antrieb lediglich ein eingängiges Anpassgetriebe besitzen und bei deutlich geringerem Gewicht eine Nennleistung von 40 kW, eine Maximalleistung von 80 kW haben. Ferner sieht sich das Unternehmen bei einem hohen Drehmoment von 2.000 Nm gegenüber dem nicht benannten Wettbewerb deutlich auf der Überholspur. Da eine Getriebeschaltung entfällt soll wie bei einem konventionellen Fahrzeug mit Automatikgetriebe auch eine Parksperre integriert werden. Außerdem ist ein Nebenabtrieb für einen Kältekompressor vorgesehen (Folien 31 und 32).
Bei den Traktionsumrichtern (Wechselrichtern) wird eine Familie wassergekühlter Geräte entwickelt, welche – wie vor beschrieben – sowohl für Asynchron- wie für Synchronmotoren geeignet sind. Der auf Folie 33 vorgestellte Typ FMC 3 ist für Batterien bis 420 V, eine Nennleistung von 65 kW, eine kurzzeitig verfügbare Maximalleistung von 100 kW vorgesehen, hat die weiter vorn beschriebenen Schnittstellen und versorgt gleichzeitig das konventionelle Bordnetz mit 12 oder 24 V.
Abhängig vom Gesamtgewicht der angetriebenen Fahrzeuge und den zu erreichenden Geschwindigkeiten sieht die Fräger-Gruppe die Einsatzmöglichkeiten ihrer Antriebskonzepte bei einer Bordnetzspannung von ca. 350 V bei Pkw im Kurzstreckenverkehr mit Maximalgeschwindigkeiten von 130 km/h und eingängigem Untersetzungsgetriebe, bei höheren Spannungen und Mehrgang-Getrieben bei Transportern.
Mit der Aufforderung, die Internetseiten unter www.german-e-cars.de zu besuchen, schloss Herr Gräwingholt seinen Vortrag ab und stand zusammen mit Herrn Dipl.-Ing. Martin Fräger, dem Leiter der Forschung und Entwicklung der Fräger-Gruppe, den Zuhörern für die zahlreichen Fragen zur Verfügung. Wir werden die Aufforderung zum Besuch anders verstehen und uns um einen Exkursionstermin in Immenhausen und Grebenstein bemühen.
Wolfgang Dünkel
Öffentlichkeitsarbeit
(last update 15.07.2010)