Flotter Versuch: der VW Golf TwinDrive

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Wolfsburg, 11. September 2008 – Für den urbanen Transport ist der Elektroantrieb eine sinnvolle Alternative, darüber sind sich die meisten mittlerweile einig. Nicht umsonst haben zum Beispiel Daimler und RWE vor einigen Tagen ein Projekt gestartet, in dem in Berlin 100 Elektro-Smarts in der Praxis erprobt werden. Doch angesichts kurzer Reichweiten – mehr als 150 km sind auch mittelfristig kaum zu erwarten – muss das Netz von Lademöglichkeiten engmaschiger geknüpft werden, als wir es von Tankstellen gewohnt sind. Das lässt Raum für technische Alternativen, bei denen der Verbrennungsmotor weiter eine Rolle spielen kann. Wir konnten den VW TwinDrive zur Probe fahren, in dem VW ein neues Konzept des Hybridantriebs realisiert hat.

Spielarten zwischen Sprit und Strom

Es ist abzusehen, dass für den Langstreckenbetrieb reine Elektroautos kaum infrage kommen, 231.000 km Straßennetz lassen sich nicht mal eben mit Oberleitungen ausrüsten. Der Hybridantrieb ist in dieser Hinsicht unproblematischer, da er wie jedes normale Auto mit Benzin oder Diesel betankt wird. Doch auch hier gibt es vermehrt Bestrebungen, zumindest für Strecken im Stadtverkehr einen reinen Elektroantrieb vorzusehen, um emissionsfrei fahren zu können. Zwar kann zum Beispiel der Toyota Prius schon heute kurzfristig rein elektrisch fahren, doch für die Fahrt zur Arbeit reicht das nicht annähernd. Im breiten Spektrum zwischen Verbrennungsmotor und Elektroauto gibt es verschiedene Spielarten, bei denen die Fähigkeit zum elektrischen Fahren unterschiedlich stark ausgeprägt ist.

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Der Begriff TwinDrive weist auf die zwei Antriebsquellen hin.

Sortenvielfalt

Tatsächlich kann man heute zwischen drei verschiedenen Hybridarten unterscheiden, sofern man Systeme betrachtet, die schon zu kaufen sind. Die einfachste Variante ist der Mikrohybrid, der aber im Grunde nicht mehr bietet als ein Start-Stopp-System und eine Rekuperation in Brems- und Schubphasen. Der Mildhybrid ist schon deutlich aufwändiger. Er kommt unter anderem beim Honda Civic zum Einsatz. Hierbei unterstützt ein relativ schwacher Elektromotor um 15 kW den Verbrennungsmotor, rein elektrischer Betrieb ist aber nicht vorgesehen. Die derzeit konsequenteste Ausführung ist der Vollhybrid, wie er etwa durch den Toyota Prius bekannt ist. Auch dort unterstützt ein Elektromotor den Verbrennungsmotor, aber auch rein elektrisches Fahren ist möglich, zumindest auf kurzer Strecke – die genaue Abgrenzung zwischen „mild“ und „voll“ ist freilich unscharf. Fest steht jedoch, dass der Vollhybrid die teuerste Variante ist, da er einen stärkeren Elektromotor braucht und vor allem einen Akku, der genügend Energie für längeres elektrisches Fahren vorhalten kann.

Flotter Versuch: der VW Golf TwinDrive

Es leuchtet ein, dass der Mikrohybrid am wenigsten kostet, da außer dem Start-Stopp-System kaum zusätzliche Komponenten erforderlich sind. Beim Vollhybrid wiederum streiten sich die Geister, ob nun der Parallelhybrid die bessere Lösung ist, oder der leistungsverzweigte Hybrid – VW favorisiert die erste Variante, Toyotas Prius gehört zur zweiten Gattung. Eine vierte Hauptvariante, die derzeit allerdings noch nicht auf dem Markt ist, ist der serielle Hybrid, bei dem der Verbrennungsmotor nicht direkt für Vortrieb sorgt, sondern grundsätzlich als Generator zum Laden des Akkus fungiert – durch das Konzept der „Range Extender“ hat diese Variante wieder an Aktualität gewonnen.

Unter das Blech geschaut

Kaum hat der technische interessierte Laie die Grundspielarten begriffen, schickt VW nun den TwinDrive aufs Spielfeld, der gewissermaßen den Doppelpass mit dreifachem Übersteiger beherrscht. So viel sei vorweggenommen, er verbindet die Prinzipien von seriellem und Parallelhybrid und kennt sechs Betriebsstrategien. Von außen deutet kaum mehr als der Schriftzug „TwinDrive“ auf seine Fähigkeiten hin, also schauen wir zunächst unter die Motorhaube. Unter der Plastikabdeckung im Motorraum sitzt ein Versuchsdiesel mit 1,5 Liter Hubraum und 77 kW, also 105 PS. Rechts daneben liegen ein Generator und ein Elektromotor. Zudem befinden sich in den Radnaben der Hinterräder zwei weitere Elektromotoren. Jeder der Elektromotoren hat eine Leistung von 30 kW. Interessantes Detail am Rande: Bereits im Jahr 1900 hatte Ferdinand Porsche ein Gefährt mit E-Motoren in den Radnaben konstruiert, den so genannten Lohner-Porsche. Durch das Radnabenprinzip sind der Urahn und sein Enkel zudem Allradfahrzeuge.

Es scheint also eine leichte Rechenübung zu sein: Drei Elektromotoren mit jeweils 30 kW plus Dieselmotor mit 77 kW ergeben insgesamt 167 kW. So einfach ist es allerdings nicht: Im Zusammenspiel der Antriebe, deren unterschiedliche Drehmoment- und Leistungsentfaltung sich nicht kurzerhand addieren lässt, ganz abgesehen von einer möglichst effizienten Betriebsstrategie, kommt der TwinDrive auf maximal 130 kW Gesamtleistung.

Die Plug-in-Methode

Um den Akku zu entdecken, muss man den Teppich des Kofferraums anheben. Dort ruht im Verborgenen ein großer silberner Kasten samt Lithium-Ionen-Akku, welcher rund 12 kWh elektrischer Energie speichert. Die Leistungsfähigkeit des Akkus gibt VW mit 60 kW an. Der Block wiegt 150 kg und soll in drei bis vier Stunden an einer haushaltsüblichen Steckdose aufgeladen werden können.

Flotter Versuch: der VW Golf TwinDrive

Die Steckdose zu Hause als Tankstelle? Klingt ungewöhnlich, soll aber nicht nur nach dem Willen von Herstellern wie VW oder Toyota schon bald Realität werden. In der Tat finden sich bei genauerem Hinsehen sowohl im Kühlergrill als auch im hinteren Stoßfänger des TwinDrive Steckdosenadapter. Für die Zukunft schwebt dem leitenden Versuchsingenieur Dr. Lars Hofmann ein enges Netz an Ladestationen vor. In Zusammenarbeit mit den lokalen Energieversorgern könnte ein Plug-In-Hybrid auch während der Arbeit oder dem Wochenendeinkauf aufgeladen werden.

Bevor es losgeht, erklärt Hofmann die sechs Betriebsarten des TwinDrive. Um es verkürzt zusammenzufassen: Der Verbrennungsmotor kann das Fahrzeug gemeinsam mit Elektromotor antreiben, in diesem Fall fährt der TwinDrive als Parallelhybrid. Der Dieselmotor kann aber auch per Kupplung abgekoppelt werden und dann bei Bedarf einen Generator betreiben, in diesem Fall sorgt der Elektromotor alleine für Vortrieb. Und er kann auch einfach gar nichts tun – in der der Stadt ist das auch durchaus gewollt, weil emissionsfrei. Im TwinDrive-Prototyp kommen zwei Radnabenmotoren an der Hinterachse dazu, die aber für ein Serienfahrzeug nicht geplant sind und für die Funktion auch nicht zwangsläufig notwendig wären. Im Einzelnen gibt es folgende Betriebsarten:

Sechs Betriebsarten

Bei geringer Leistungsanforderung, also etwa in der Stadt, kann man rein elektrisch fahren. Der Verbrennungsmotor bleibt dabei untätig. Auf der Mittelkonsole gibt es einen Knopf, mit dem man diesen „E-Drive“-Modus erzwingen kann. Allerdings gilt hier wie gewohnt: Je mehr Bleifuß, desto schneller ist der Akku leer. Im zweiten Betriebszustand, der Rekuperation, fungiert der Elektromotor als Generator, um in Brems- und Schubphasen elektrische Energie zurückzugewinnen und sie in die Antriebsbatterie rückzuspeisen.

Im Modus „Seriell Fahren und Boosten“ wird der TwinDrive zum seriellen Hybrid. Beim Beschleunigen unterhalb von 50 km/h stellt der am Verbrennungsmotor angebrachte Generator elektrische Energie zur Verfügung, die der Elektromotor zum Antrieb nutzt. Die Kupplung zwischen Verbrennungs- und Elektromotor ist dabei geöffnet. Im Modus „Seriell Fahren und Laden“ ist die Kupplung ebenfalls geöffnet, doch bedient hier der Generator nicht den Elektromotor, sondern lädt die Batterie. Diesen Zustand wählt die Bordelektronik, wenn die Batterie geladen werden muss.

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Oberhalb von 50 km/ wird die Kupplung zwischen Verbrennungs- und Elektromotor geschlossen. Im Modus „Gekoppelt Fahren und Boosten“ arbeitet der Antrieb nun als Parallelhybrid, der Verbrennungsmotor treibt über eine feste Übersetzung – ein 1-Gang-Getriebe, das dem höchsten Gang eines normalen Getriebes entspricht – gemeinsam mit dem Elektromotor das Fahrzeug an. Das gilt auch in der sechsten Betriebsart „Gekoppelt Fahren und Laden“, in der allerdings der Verbrennungsmotor den Generator antreibt, um die Batterie zu laden.

Im Innenraum kaum Neues

Eine komplexe Antriebssteuerung sorgt dafür, dass die verschiedenen Betriebsarten automatisch gewählt werden – je nach Fahrsituation und Ladezustand der Batterie. Tatsächlich fällt beim Einstieg in den Golf zunächst nicht Besonderes auf. Die Unterschiede zeigen sich erst auf den zweiten Blick: Statt eines Drehzahlmessers gibt es eine kW-Skala, die anzeigt, wie viel Energie man gerade abruft. Anstelle des Navis geben diverse Bildschirme Auskunft darüber, wie der Leistungsfluss ist und im welchem Modus man gerade fährt.

Eine Besonderheit ist die Reichweiten-Voreinstellung, um den Verbrauch zu optimieren. Hier kann man per Rändelrad wählen, wie weit man insgesamt fahren möchte und wie hoch dabei der Elektro-Anteil sein soll – rein elektrisch sind maximal 50 km möglich. So lässt sich sicherstellen, dass die Bordelektronik für ausreichende Ladung der Batterie sorgt, wenn Streckenanteile dabei sind, die rein elektrisch befahren werden sollen oder müssen. Bis zu einen Konzept, das diese Wahl auf Grundlage von Navigationsdaten automatisch trifft, scheint es da nur noch ein kleiner Schritt zu sein, davon redet VW allerdings noch nicht.

Den Automatikwählhebel kennen wir in dieser Form bereits aus den DSG-Modellen. Hier gibt es aber keine sieben Gänge, sondern nur einen einzigen. Doch das genügt dem Twindrive, weil der Verbrennnungsmotor erst oberhalb von 50 km/h direkt antreiben muss, ab dann hilft das hohe Drehmoment des Dieselmotors und die Unterstützung durch den Elektromotor. Bewegt man den Wählhebel in den Sport-Modus, bleibt der Verbrennungsmotor immer aktiv, was mangels kürzer übersetzter Gänge freilich nur sinnvoll ist, wenn er eine gewisse Mindestdrehzahl erreicht hat.

Flotter Versuch: der VW Golf TwinDrive

Leise Reise

Nun kommt die Stunde der Wahrheit. Nach dem Drehen des Zündschlüssels hört man zunächst nichts. Ruckfrei und von einem leichten Summen begleitet, setzt sich der TwinDrive in Bewegung. Ein wenig erinnert das Geräusch an eine anfahrende S-Bahn. Genauso wie diese zieht auch der TwinDrive wie von Geisterhand geschoben mächtig voran. Klar, wo kein Getriebe ist, gibt es auch keine Zugkraftunterbrechung. Außerdem steht das gewaltige Drehmoment der E-Motoren früh an.

Zwar ist rein elektrisch eine Spitze von 120 km/h möglich und lässt sich wie gesagt per Schalter erzwingen, aber wir wollen natürlich alle Modi ausprobieren. Auf dem mittigen Bildschirm präsentiert sich der aktuelle Modus, eine andere Anzeige informiert über die Energieströme. Als Neuling schaut man oft zum Monitor, um zu sehen, welche Betriebsart die Steuerung des TwinDrive einstellt. Bald steigt der Ehrgeiz auf, möglichst günstig zu fahren. Als wir die Stadt verlassen und Gas geben, schaltet sich kaum merkbar der Verbrennungsmotor zu. Der kompakte Diesel ist gut gedämmt, bei Ortsdurchfahrten ertappt man sich plötzlich bei Tempo 70. Wird auf der Landstraße das Gaspedal durchgetreten, schnellt der Zeiger der kW-Anzeige nach oben. So wird dem Fahrer klar gemacht, seinen Gasfuß zu zügeln. Im gekoppelten Modus soll die Höchstgeschwindigkeit bei 170 km/h liegen und der Gesamtverbrauch zwischen vier und fünf Liter auf 100 km betragen.

Insgesamt fällt beim Fahren auf, dass eigentlich nichts auffällt – abgesehen vom fast lautlosen Dahingleiten bei Elektrobetrieb. Der Golf TwinDrive ist vor allem ein beeindruckendes Stück Technik, denn in einer derartigen Vielfalt konnte bisher kein Hybridantrieb mit den zwei unterschiedlichen Antriebsarten jonglieren. Es erscheint daher durchaus realistisch, dass dieses Konzept die bisherige Lücke zwischen Vollhybrid und seriellem Hybrid schließen kann. Sein Aufbau erscheint relativ einfach, schließlich ist nicht einmal ein herkömmliches Getriebe erforderlich. Die Batterie kann im Unterschied zu einem reinen Elektroauto vergleichsweise kompakt gehalten werden, auch das spart Geld.

Die Reise geht weiter

Doch zunächst einmal sind andere dran, neue Hybridmodelle anzukündigen. Toyota will Anfang 2009 den neue Prius auf der Detroit Motor Show vorstellen. Allerdings muss auch er zunächst mit NiMh-Akkus auskommen. Erst 2010 kommt eine Plug-in-Variante des Prius mit Lithium-Ionen-Akkus. Für diese soll die rein elektrische Höchstgeschwindigkeit bei 100 km/h liegen, die „Strom-Reichweite“ beträgt jedoch nur 13 km. Die Ladezeit an einer 220-Volt-Steckdose wird mit ein bis zwei Stunden angegeben. Bis 2020 soll die Hybridtechnik in allen Fahrzeugen der Marke erhältlich sein.

Flotter Versuch: der VW Golf TwinDrive

Und VW? Zunächst werden bis zum Jahr 2009 zwanzig Golf Variant mit Hybridtechnik ausgerüstet und dann in Berlin im Flottenversuch erprobt. Der Verbrennungsmotor wird wohl ein wenig kleiner ausfallen, zudem wird es nur noch einen Elektromotor geben, die Radnabenmotoren entfallen. Außerdem wird der Akku „tiefer gelegt“ und rückt weiter nach vorne, um mehr Platz im Kofferraum zu schaffen. Erprobt werden Energiespeicherkonzepte von vier verschiedenen Anbietern, unter anderem von Gaia und Continental Litec. Bereits 2011 soll ein reines Elektrofahrzeug auf Basis des up! kommen, mit dem Marktstart eines Hybrid-VW mit Li-Ion-Akku ist 2014/2015 zu rechnen.

Die Zukunft

Kritiker mögen einwerfen, dass der VW-Zeitrahmen recht großzügig gewählt sei. Immerhin stehen schon einige neue Hybridfahrzeuge in den Startlöchern: der nächste Prius, der Honda Insight, die Mercedes S-Klasse mit Hybrid oder auch der Chevrolet Volt. Das Hauptproblem der Hybridisierung bleibt allerdings der Akku. Lithium-Ionen-Akkus bieten zwar mehr Reichweite, erfordern aber eine aufwendigere Kühlung und sind derzeit noch teuer. Hinzu kommt die Ökobilanz: Zwar gibt VW eine Lebensdauer von 3000 bis 5000 Ladezyklen an, was für 150.000 km reichen würde, aber was passiert mit den ausgemusterten Akkus? Offen ist auch, wie der Strom, der aus der Steckdose kommt, erzeugt wird. Am Erfolg der Elektro- und Hybridfahrzeuge ist angesichts schärfer werdender Luftreinhalteverordnungen dennoch kaum zu zweifeln.

Der große Preis

Wie schnell es geht, wird vor allem von den „Kosten vor Kunde“ abhängen, wie man es in der Automobilindustrie gerne formuliert – und das hängt vor allem von den Preisen der Energiespeicher ab. Ziel für die Li-Ionen-Akkus ist langfristig ein Preis von 500 Euro pro kWh Kapazität. Einmal kurz festhalten: Das wären noch immer 6000 Euro im Falle des Twindrive. Aus der Vergangenheit mahnt das Beispiel des Audi A4 duo aus den 1990er-Jahren. Für den Diesel-Hybrid verlangten die Ingolstädter 1997 die Summe von 60.000 Mark, nur 90 Stück wurden gebaut. Ähnliche Erfahrungen hat VW mit dem Elektro-Golf namens City-Stromer gemacht. Zukünftige Überlegungen gehen deshalb auch in die Richtung von Leasingmodellen oder Nutzungsabkommen mit Energieversorgern.

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Voll seriell

Andererseits zeigt die „Batteriepreisproblematik“ auch, dass das TwinDrive-Konzept oder serielle Range Extender eine hoch interessante Alternative zu reinen Elektrofahrzeugen sein könnten. Eine Reichweite von 50 km ist zwar bescheiden, sie würde aber den meisten genügen, um zur Arbeit und wieder zurückzukommen. Aufladen kann man schließlich auch während des Büroschlafs. Der Verbrennungsmotor hätte also selbst in diesem Szenario wenig zu tun. Wenn ein reines Elektroauto dagegen mindestens 100 km weit kommen soll, wird der Akku fast unerschwinglich. Es bleibt also ein spannender Wettbewerb der Konzepte, der noch längst nicht entschieden ist. Doch der Charme von Hybridfahrzeugen, die im Alltag rein elektrisch bewegt werden, sollte nicht unterschätzt werden – seien es Range Extender oder ein Konzept wie der VW TwinDrive, der erstmals die Vorteile von seriellem und Vollhybrid in sich vereint. (ggo) (rh)