Motorpumpeneinheit für das neue eABC Fahrwerk

RAPA macht Innovationen erlebbar | Entwicklungskooperation von RAPA und Daimler

MOTORPUMPENEINHEIT FÜR DAS NEUE eABC FAHRWERK

Die neu entwickelte Komponente kommt erstmals im neuen Mercedes-Benz GLE zum Einsatz. Das Aktive Fahrwerk E-ACTIVE BODY CONTROL ist mit der Luftfederung AIRMATIC kombiniert. Als einziges System auf dem Markt kann es die Feder- und Dämpferkräfte an jedem Rad individuell regeln. Zusammen mit Road Surface Scan und der Kurvenneigefunktion CURVE ermöglicht E-ACTIVE BODY CONTROL ein ganz außergewöhnliches Komfort-Niveau. Und der Freifahrmodus kann helfen, den GLE aus schwierigen Offroad-Situationen zu befreien.

Lesen Sie die ganz Story

DIE CO-INNOVATION-STORY

Seit der Firmengründung vor knapp 100 Jahren ist die Rausch & Pausch GmbH für eine kontinuierliche Entwicklung und innovative Produktlösungen bekannt. Gerade der strategische Weitblick in High-Tech-Nischen-Bereiche sowie sein Ruf als flexibler und innovativer Entwicklungsdienstleister machen das Familienunternehmen aus Oberfranken zu einem anerkannten Technologiepartner und Hidden Champion im Automobil-, Medizin- und Industriebereich.

Seit den 1980er Jahren ist RAPA in der automobilen Zulieferwelt angekommen – und seit dieser Zeit auch eng mit dem Haus Daimler verbunden. Diese strategische Partnerschaft ist seit über 20 Jahren auch im Bereich der aktiven Fahrwerksregelsysteme etabliert, seit 2005 ist das sogenannte ABC (Active Body Control) in den Oberklasse-Fahrzeugen des Konzerns das Non-Plus-Ultra. Dieses basiert auf einem hochkomplexen Hydrauliksystem, das nicht zuletzt wegen seiner Abhängigkeit vom Verbrennungsmotor für zukünftige Innovationen nur noch eingeschränkt nutzbar ist. Eine komplett neue Lösung war gefragt, die Hauptanforderungen, wie druckdichte kompakte vierquadrantenfähige Einheit, hoher Gesamtwirkungsgrad, dynamische Volumenstromregelung, 48 V-Betriebsspannung, integrierte Elektronik und optimales NVH-Verhalten, erfüllen sollte.


Nach sechs Jahren Entwicklungszeit ist jetzt die sogenannte Motor-Pumpen-Einheit (MPE) mit integrierter Steuerelektronik für das E-ACTIVE-BODY-CONTROL (eABC) des neuen Mercedes Benz SUV GLE entstanden – ein wichtiger Meilenstein in der RAPA-Unternehmensgeschichte.


Bei eABC handelt es sich um die Weiterentwicklung des etablierten ABC-Systems. Dabei wird die Fahrbahnoberfläche mit Hilfe einer Stereokamera erfasst und ein entsprechender Regelalgorithmus erstellt, der es erlaubt, die Fahrgastzelle in jeglicher Fahrsituation zu beruhigen und zu horizontieren. Als Aktor fungieren nun vier Corner Modelle, bestehend aus einer MPE und einem aktiven Federbein, bei dem der Stoßdämpfer als Aktor verwendet wird. Kompensiert werden Roll- und Nickmomente. Darüber hinaus kann das Fahrniveau verändert, beispielweise bei einer Autobahnfahrt abgesenkt oder im Gelände erhöht werden.

»Der größte Stolz unserer Entwickler ist die im ›E-Active Body Control‹-Fahrwerk eingebundene Motorpumpen-Einheit. Ein Meisterwerk deutscher Ingenieurskunst, das uns als Premium-Produkt-Lieferant der Automobilbranche bestätigt.«

Oliver Henkelmann-Mattheus, Leiter Vertrieb & Marketing bei RAPA.


Die Motor-Pumpen-Einheit des Systems ist das Produkt der Firma RAPA bestehend aus den drei Hauptkomponenten: einer Innenzahnradhydraulikpumpe, einer permanent-erregten Synchronmaschine als Elektromotor sowie dem 48 V Steuergerät inklusive Software der Firma Silver Atena.

Der erreichte Fahrkomfort, die Zusatzfeatures wie der Freifahrmodus oder die Curve Funktion – in der Gesamtkonstellation ein erlebbarer Fortschritt für den Kunden mit hohem Nutzwert. Für Daimler ist die konsequente Weiterentwicklung des vollaktiven Fahrwerks eine der drei wichtigsten Innovationen bei der neuen Generation der GLE-Klasse und ein weiteres Indiz für den eigenen Slogan »Das Beste oder nichts«. Für RAPA ist die erfolgreiche Entwicklung der Motor-Pumpen-Einheit nichts weniger als die größte Herausforderung im Hinblick auf die Systemkomplexität in der eigenen, fast hundertjährigen Firmengeschichte.



Daimler würdigt RAPA mit dem Special Award Innovation

Da das Gesamtsystem überzeugt, wurde RAPA im Februar 2019 von Daimler mit dem Special Award als innovativster Lieferant des Jahres 2018 ausgezeichnet. Dr. Roman Pausch, Geschäftsführer der Rausch & Pausch GmbH fasst zusammen: »Ein Erfolg, der stolz macht und uns anspornt, weitere kundenspezifische Innovationen mit demselben Engagement zu verfolgen. Doch ohne die offene und partnerschaftliche Zusammenarbeit mit den Kollegen bei Daimler wäre die Entwicklung dieser Weltneuheit nicht möglich gewesen.«


HORST PAUSCH
Vorsitzender des Beirats
KARIN WOLF
Geschäftsführerin RAPA

DR. ROMAN PAUSCH
Geschäftsführer RAPA

AUSGEZEICHNET MIT DEM DAIMLER SPECIAL AWARD INNOVATION

Im Rahmen der 11. Preisverleihung der Daimler AG am 20. Februar 2019 erhält RAPA den Daimler Supplier Award Innovation für die Entwicklung der Motor-Pumpen-Einheit, deren raffinierte und intelligente Ansteuerung Drücke individuell in jedem Stoßdämpfer erzeugt. Zu erleben im neuen Mercedes-Benz GLE als E-ACTIVE BODY CONTROL Fahrwerk.
Die fast zwei Kilo schwere Aluminium-Trophäe wurde von Ola Källenius, Vorstand der Daimler AG für Konzernforschung und Mercedes Benz an Dr. Roman Pausch überreicht.

DAS GROSSPROJEKT

Mit Daimler als einem der wichtigsten Kunden arbeitet die RAPA bereits seit Mitter der 1980er Jahre zusammen. Erfolgreich. Und mehr als zufrieden zeigt sich der Stuttgarter Autobauer mit dem Selber Unternehmen bei dem gemeinsamen Innovationsprojekt.

Der Auftrag: Weiterentwicklung des Daimler ABC Fahrwerks
Die Herausforderung: Entwicklung eines elektrisch angetriebenen Fahrwerkes
Die Lösung: eABC mit vier Elektromotoren
Das Ergebnis: Fahrwerkspremiere im neuen GLE von Daimler – RAPA-Ingenieure und Kunde Daimler sind glücklich.


So funktionierts

E-Aktive Body Control – Das intelligenteste Fahrwerk der Welt

Im neuen GLE bringt Mercedes-Benz mit E-Active Body Control ein von Grund auf neuentwickeltes Fahrwerksystem. Es bietet ein hohes Maß an Fahrkomfort, Fahrdynamik und Offroad-Eigenschaften.Souveränes Fahren in jeder Situation: E-ACTIVE BODY CONTROL ist die Synthese von Komfort, Präzision und Dynamik – verbunden mit einzigartigen Geländeeigenschaften. Erleben Sie die erstklassigen nick-, wank- und stosskompensierenden Effekte eines modernen vollaktiven Fahrwerks. Auf allen Wegen und Abwegen. Bei guten wie schlechten Fahrbedingungen.
Weitere Informationen (Daimler-Website)
Die Motor-Pumpen-Einheit
Die Motor-Pumpen-Einheit des Systems ist das Produkt der Firma RAPA, bestehend aus den drei Hauptkomponenten: einer Innenzahnradhydraulikpumpe, einer permanent-erregten Synchronmaschine als Elektromotor sowie dem 48 V Steuergerät inklusive Software der Firma Silver Atena.

Verdrängermaschine
Als Verdrängerprinzip wurde eine Innenzahnradmaschine favorisiert. Im Speziellen kommt eine vierquadrantenfähige Ausführung mit Leckagekompensation zum Einsatz. Die Leckagekompensation wird radial über druckaktivierte und in sich abgedichtete geteilte Füllstücke und axial über ebenfalls rückseitig abgedichtete und am Getriebesatz gleitende Druckplatten umgesetzt. Durch diese Bauweise können sehr hohe volumetrische Wirkungsgrade der Maschine erreicht werden. Insbesondere im wechselnden Betrieb um den Ursprungspunkt des Kennfeldes der Maschine wird dadurch ein sehr gutes Ansprechverhalten erzeugt. Die volumetrischen Wirkungsgrade der Maschine liegen in diesem Bereich nahezu bei 100%. Der hohe Wirkungsgrad ist notwendig, da auf eine aktive Kühlung unbedingt verzichtet werden sollte.
Neben der Vierquadrantenfähigkeit und dem sehr hohen volumetrischen Wirkungsgrad bietet das gewählte Verdrängerprinzip zudem eine sehr kompakte Bauform und sehr gute Möglichkeiten einer hohen konstruktiven Integration zwischen Verdränger und Elektromotor.
Elektrische Maschine
Bezüglich der elektrischen Maschine kam nach intensiven Konzeptstudien eine permanentmagneterregte Synchronmaschine zum Einsatz. Die Maschine ist in Form eines Nassläufers mit Spaltrohr ausgeführt. Dies stellte eine besondere Herausforderung innerhalb der Entwicklung der elektrischen Maschine dar, gilt es doch, hohe Wirkungsgrade einerseits und eine Druckfestigkeit unter allen Betriebsbedingungen bis mindestens 150 bar andererseits zu erfüllen. Für einen höchstmöglich effizienten Betrieb der Maschine gilt ein wirbelstromfreies Spaltrohr als Voraussetzung, RAPA hat dazu ein dünnwandiges Kunststoffteil entwickelt. Die Wandstärke des Rohres kann dabei im magnetisch relevanten Bereich der Maschine auf wenige Zehntel Millimeter reduziert werden. Konträr dazu ist das Spaltrohr trotz der dünnen, aus magnetischen Gründen notwendigen, Wandstärke druckfest auszugestalten. Nach zahlreichen strukturmechanischen Simulationen hat RAPA eine inzwischen patentierte Geometrie entwickelt, welche sich unter Druck an den Statorzähnen abstützt und selbsttätig versteift.

Der Rotor ist in einem klassischen Speichendesign ausgeführt. Die im Rotorblechpaket integrierten Permanentmagnete werden durch eine direkt im Montagefluss eingebundene Kunststoffumspritzung fixiert. Die Umspritzung wird über stirnseitige Öffnungen zudem für das ebenfalls direkt in der Montagelinie angeordnete Wuchten des Rotors genutzt. Der Stator besteht aus einem Statorstern mit den darauf montierten und elektrisch verschalteten Einzelzahnspulen und einem radial den Stern umfassenden Rückschlussring. Nach Montage des Stators in das Gehäuse wird die Baugruppe mit einer 2-Komponenten Vergussmasse unter Vakuum vergossen.

Elektronik
Die in den MPE integrierte Elektronikeinheit wurde zusammen mit dem externen Partner Silver Atena entwickelt. Die bestückte, vormontierte und vorgeprüfte ECU wird in der Montagelinie bei RAPA am Motorgehäuse mechanisch befestigt und elektrisch kontaktiert. Die Einheit besteht aus einer Leistungsplatine und einer Signalplatine. Beide Platinen sind in Form eines Stacks mit einer zwischen den beiden Platinen liegenden Baugruppe zur Aufnahme der Zwischenkreiskondensatoren, der Eingangsdrossel und weiterer Bauteile aufgebaut.
Zur Erfassung der Istlage des Rotors dient ein Rotorlagesensor. Begünstigt durch die konstruktive Gestaltung der MPE ist der Rotorlagesensor direkt stirnseitig im Boden des Motorgehäuses platziert und sitzt damit direkt, auf kürzestem Wege, unter der ECU. Als Sensorprinzip kommt ein Hall-Sensor zum Einsatz. Das für den Sensor notwendige Magnetfeld in Abhängigkeit von der Lage des Rotors liefert ein am elektronikseitigen Ende der Welle angeordneter Dauermagnet. Die elektrischen Schnittstellen zum Fahrzeug bestehen aus einem 48V Anschluss für die Leistungsversorgung sowie dem CAN Anschluss für die Kommunikation.
Die Elektronik stellt zahlreiche Zustandsgrößen der MPE auf dem CAN Anschluss zur Verfügung. Neben den typischen Größen wie Drehzahl, Temperatur, Eingangsspannung und Stromaufnahme wird über zwei in der hydraulischen Maschine integrierte Drucksensoren auch der tatsächlich sensierte Istdruck an den beiden hydraulischen Anschlüssen der MPE auf dem CAN Bus bereitgestellt. Der Leistungselektronik kommt im Hinblick auf die Gesamtperformance im eABC eine besondere Bedeutung zu, vor allem aufgrund der hohen systemseitigen Sicherheitsanforderungen (ASIL-Level C).
Kompakte Bauweise

Die Bauraumanforderungen bedingen eine hochintegrierte Bauweise der Motor-Pumpen-Einheit. Zu diesem Zweck sind die hydraulische Verdrängermaschine und die elektrische Maschine ineinander integriert aufgebaut und über eine gemeinsame Welle verbunden. Das Konzept der durchgehenden Welle ermöglicht ein Design mit nur drei Lagerstellen, wobei das mittlere Lager sowohl von der Innenzahnradmaschine als auch von der elektrischen Maschine gemeinsam genutzt wird. Ein weiterer Vorteil der gewählten konstruktiven Ausführung mit nasslaufendem Rotor und hoher Integration zwischen hydraulischer und elektrischer Maschine besteht darin, dass zur Atmosphäre lediglich statisch wirkende Dichtungen notwendig sind. Damit wird zum einen eine robuste Dichtheit des Systems über Lebensdauer sichergestellt und zum anderen dichtungsverursachte Reibung, und damit Verluste, auf die Welle komplett verhindert. Je nach den Bauraumerfordernissen im Fahrzeug kann die MPE über verschieden ausgeführte Halter sehr einfach als Einzel MPE oder als kompletter MPE Achssatz montiert werden.
Erprobung
Die Erprobung der MPE stellte auch an die RAPA-Validierung völlig neue Herausforderungen: Bereits frühzeitig wurde ein komplexer Funktionsprüfstand für das neue Produkt ausgelegt, aufgebaut und in Betrieb genommen. Zudem mussten vielfältigste Prüfstände für die komplexen Prüfabläufe mit insgesamt acht Monaten Dauer pro Prüfschleife geplant und aufgebaut werden.
Da das Gerät ebenso im elektrischen Fahrbetrieb genutzt werden sollte, stellte die Geräuschentwicklung der MPE eine extreme Herausforderung für die Serientauglichkeit des neuen Produktes dar. Nach intensiven Optimierungsschleifen aus simulativer und versuchstechnischer Arbeit in der RAPA Geräuschmesskammer sowie begleitenden Bewertungen im Fahrzeug beim Kunden waren die nötigen Verbesserungen erreicht. Dabei wurden innerhalb der Optimierungsschleifen zahlreiche geräuschrelevante Details in der hydraulischen Maschine optimiert. Eine gewichtige Rolle kam dabei der Minimierung der Druckpulsation zu.



IN AKTION

Mit dem E-ACTIVE BODY CONTROL Fahrwerk bietet man im GLE erstmals ein neues Fahrzeug mit einzigartigen Geländeeigenschaften an. Bei der bei uns besuchten Fahrvorstellung in San Antonio in Texas (USA) war der Kontakt dann jedoch zuerst anders, als wir erwartet hatten: eine erste durchaus kreative Demonstration, wie man nun die vier Räder einzeln ansteuern kann.




ENTWICKLUNGSTEAM

Das Projektteam des Innovationsprojektes, unter der Leitung von Jörg Bauer, setzt sich zusammen aus dem Kernteam von 25 Mitarbeitern und kleinen leistungsfähigen, fachübergreifenden Arbeitsgruppen mit 57 Mitarbeitern.


LERNEN SIE UNSERE EXPERTEN PERSÖNLICH KENNEN

Jörg Bauer
Technischer Projektleiter

»Die RAPA Motor-Pumpen-Einheit ist eine weltweit einzigartige Neuentwicklung, die in einer 6-jährigen, großartigen Teamleistung entstanden ist.«

Falk Lehniger
Versuchsingenieur

»Ob als Motor oder als Generator können sowohl enorme Leistung als auch atemberaubende Dynamik abgerufen werden. Eine solche Einheit ist der Wahnsinn.«

Michael Wolfrum
Projekteinkauf

»Nur durch das Team, die einzelnen Menschen dahinter und deren Zusammenwirken konnte jede Herausforderung gemeistert und die ursprüngliche Vision erfolgreich in die Realität umgesetzt werden.«

Katrin Ebersbach
Auftragszentrum & PPS

»Das Zusammenspiel von über 100 Einkaufsteilen ist eine große Herausforderung. Die Kundenzufriedenheit steht an oberster Stelle.«

Sandy Geyer
Industrial Engineer

»Nur durch die Integration neuer Prozesse sowie die kontinuierliche Analyse und Weiterentwicklung der Anlagen sind wir in der Lage, diese Innovation prozesssicher herzustellen.«

PRESSEKONTAKT

Bei Fragen zum Unternehmen, Produkten oder Veröffentlichungen steht den Journalisten und Journalistinnen der Wirtschafts- und Technikpresse die RAPA-Unternehmenskommunikation gerne zur Verfügung. Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.

Name (Pflichtfeld)

Ihre E-Mail-Adresse (Pflichtfeld)

Telefon

Ihre Nachricht

Aileen Sammler
Abteilungsleitung Marketing & Kommunikation
Tel. +49 9287 884-240
E-Mail: asammler@rapa.com


Downloads:
Artikel in der ATZ (12/2018)
Artikel in der Vehicle Dynamics (05/2019)
Pressemitteilung (deutsch)
Pressemitteilung (englisch)

Fotos: