Text und Fotos: Scania
Neuer König der Strasse
«Wir mussten ihn während den Tests zügeln»
Der neue V8 von Scania erwies sich bei Tests an Steigungen als so leistungsstark, dass die Leistung reduziert werden musste. Hier berichten einige der wichtigsten Projekt-Insider über die Highlights aus der Entwicklung des aktualisierten V8-Motors und des neuen Getriebes.
Wenn Scania sagt, dass es ein neues Fahrzeug oder einen neuen Motor vorstellt, wird das Wort "neu" mit einer gewissen Vorsicht verwendet. Schliesslich muss jedes Produkt eine lange und beschwerliche Reise durch Computerberechnungen, Komponententests und Feldtests durchlaufen, bevor es schliesslich auf den Markt kommt. Aber am Anfang steht immer die Innovation von kreativen Köpfen in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Scania im schwedischen Södertälje. Oder wie der stellvertretende Chefingenieur Tommy Lundström es ausdrückt: "Wir fühlten uns inspiriert, einen noch höheren Kundennutzen zu erzielen, indem wir unser gesammeltes Wissen aus anderen Entwicklungsprojekten nutzen.
Mai 2012 In ihrer Freizeit beginnen Magnus Nilsson und einige andere Forschungs- & Entwicklungs-Ingenieure mit dem Brainstorming von Ideen für eine Lösung, die die Effizienz des Nachbehandlungssystems der Scania-Motoren drastisch steigern würde. Das Wichtigste, was es zu verstehen gilt, ist, dass der Antriebsstrang und das Nachbehandlungssystem eine Einheit bilden. Genauer gesagt: Je mehr Leistung sie aus dem Abgassystem herausholen können, desto freier können sie den Motor abstimmen und erhalten hohe Leistung und niedrigen Treibstoffverbrauch. Es bedeutet auch, dass der Motor freier konstruiert werden kann, wobei der Schwerpunkt auf Einfachheit und Robustheit liegt. Einmal realisiert, würde die Lösung es ermöglichen, mehr Emissionsreduzierung aus einer begrenzten Menge an Katalysatorvolumen herauszuholen. Insbesonders ermöglicht sie es, die Motoren bei niedrigen Drehzahlen und tiefen Temperaturen zu betreiben, aber dennoch die NOx-Emissionswerte gering zu halten. Das ist eine Idee, die sowohl für den Geldbeutel des Kunden als auch für die Umwelt eine gute Nachricht ist. "Am Anfang konnte man sagen, dass wir unter dem Radar der normalen Prozesse von Scania arbeiteten. Wir waren eine Gruppe kreativer Ingenieure, die ein paar lange Sommerabende mit unserem 'Skunkworks'-Projekt (kleine Gruppe, radikale Innovation) verbrachten", erinnert sich Nilsson. "Aber schliesslich bekam unsere Idee grünes Licht von unseren Chefs, AdBlue in zwei Schritten in das Nachbehandlungssystem einzuspritzen und wurde zu einem wichtigen Teil des neuen V8-Projekts.
Februar 2014 In der Forschungs- und Entwicklungsabteilung gab es anfänglich einige Herausforderungen. Denn das Patentamt von Scania hat mitgeteilt, dass die Lösung der Ingenieure mit einem bestehenden Patent in Berührung kommt. "Eine Zeit lang hingen unsere Ideen an einem seidenen Faden", sagt Per Arnelöf, einer der wichtigsten Hardware-Entwickler für das neue Getriebe. "Aber eines späten Nachmittags hatte eines unserer Teammitglieder, Tomas Selling, schliesslich eine brillante Idee: Lasst uns das Getriebe von der Kardanwelle abkoppeln und mit Hilfe einer Planetenkupplung auf eine neue Art und Weise verschieben. Es war ein Triumph über alle Widrigkeiten; wir hatten nun eine bessere Lösung als unsere ursprüngliche Idee war".
Januar 2016 Testen, Kodieren, Testen. In einem verschneiten Arvidsjaur in Nordschweden sitzt der Entwickler von Getriebemanagement-Systemen, Tomas Selling, auf dem Fahrersitz und Peer Norberg, ein weiterer wichtiger Entwickler des Manövriersystems, an seiner Seite. Peer hat einen Computer auf seinem Schoss, mit dem er analysiert, wie sich das neue Getriebe in einer herausfordernden kalten und verschneiten Umgebung verhält. "Das Schöne an der Software-Entwicklung ist, dass es fast keine Grenze dafür gibt, wie viele Prototypen wir ausprobieren können", sagt Selling. "Peer und ich können die Schaltstrategie, die wir verwendet haben, mit dem Designer der Hardware besprechen. Wir fahren ein paar Runden auf der Teststrecke, machen unsere Analyse und passen die Software wieder an, um eine neue Schaltstrategie auszuprobieren. Dann geht es wieder auf die Teststrecke."
Juli 2017 Anna Andersson, die gerade ihren Master-Abschluss in Chemie-Ingenieurwesen gemacht hat, verstärkt das Scania-Team von Software-Entwicklern für das V8-Update. Andersson hat in China gelebt, wo sie den Smog tagtäglich erlebt hat, was ihre Berufswahl sehr beeinflusst hat. "Ich wusste schon immer, dass ich mit der Reduzierung von Emissionen arbeiten wollte - Dinge, die einen Unterschied für die Umwelt machen. Und eine der inspirierenden und unterhaltsamsten Möglichkeiten, dies zu erreichen, ist die Arbeit am 'Gehirn' des neuen V8", sagt sie und hält eine Box mit dem Motormanagementsystem von Scania in der Hand, für die sie die Codes schreibt und entwickelt.
Mai 2018 In den Bergen der Sierra Nevada in Südspanien werden ein paar getarnte V8 von Scania heimlich getestet. Sie werden bis an ihre Grenzen gefordert. Bei grosser Hitze fordern täglich zehn bis zwölf 800 Höhenmeter-Testfahrten mit einer 40-Tonnen-Last ihren Tribut von der Ausrüstung und dem Scania-Team. Mit Ausnahme des neuen V8. "An unserem Referenzberg, einer konstanten Steigung von 15 km Länge, mühen sich 450 PS starke Lkw mit 40 Tonnen Last bei 35 km/h die Steigung hoch. Wenn wir die gleiche Steigung mit dem neuen 770er fahren, gibt es einen grossen Unterschied. Erklärt Tommy Lundström stolz und fügt hinzu: "Der neue 770-PS-Lkw ist so stark, dass wir seine Leistung reduzieren mussten - wenn es bergauf geht! Wir mussten eine Lösung mit einem zusätzlichen Bremssystem für den 770er-Lkw bauen, um zu vermeiden, dass er zu schnell fährt, denn dies sind schmale Strassen die 2’500 Meter über dem Meeresspiegel liegen.
Oktober 2018 In einer der Forschungs- und Entwicklungswerkstätten von Scania beaufsichtigen Per Arnelöf, Peer Norberg und Tomas Selling die Montage eines Prototyps für das neue Getriebe. Arnelöf weist auf eine Schlüsselkomponente unter den Teilen und Zahnrädern hin: das Planetengetriebe. "Als Tomas auf die Idee kam, eine Planetenkupplung an der Abtriebswelle einzubauen, war das nicht nur für die Gesamtleistung eine tolle Lösung. Sie ermöglichte es auch, acht Zahnräder im Rückwärtsgang zu haben, wie wir es von Anfang an geplant hatten. Das ist in bestimmten Anwendungen wie Bergbau und Bauwesen ein grosser Vorteil. Diese Eigenschaft ermöglicht es auch, bei Bedarf über längere Strecken mit angenehm niedriger Motordrehzahl im Rückwärtsgang zu fahren".
Januar 2019 Anna Andersson ist in Arvidsjaur, Schweden, vor Ort, um zu überprüfen, ob alles auch unter den härtesten Bedingungen funktioniert: extreme Kälte. In diesem Teil Lapplands fallen die Temperaturen oft unter minus 30 Grad Celsius. Meterhoher Schnee, Wind, Dunkelheit und wandernde Rentiere fordern auch die Testteams von Scania heraus. "Es waren zwar minus 26 Grad, als wir dort waren, aber der Motor und die neuen Funktionen des Nachbehandlungssystems verhielten sich genauso, wie sie sollten", sagt Andersson.
Mai 2019 Bei einer der geplanten "Test & Drive"-Veranstaltungen für die Scania-Geschäftsführung gelingt es Tommy Lundström und dem V8-Entwicklungsteam neben anderen Produkten auch einen 770-PS-Lkw einzuschleusen. Die versierten Mitglieder des Management-Teams bemerken dies und sind sofort beeindruckt. "Es ist, als ob man die Zukunft fährt", sagt einer von ihnen. "Es fährt sich wirklich geschmeidig und das Motorgeräusch ist fantastisch", sagt ein anderer.
Februar 2020 Tommy Lundström dreht stolz ein 30-Zentimeter grosses 3D-Modell des aktualisierten V8-Motors von Scania in seiner Hand. Es sind nur noch ein paar Monate, bis das echte Ding in der Motormontage des Unternehmens in Södertälje produziert wird. "Ein ungeübtes Auge mag die Unterschiede nicht bemerken, aber wenn man nahe genug herangeht, sieht man, dass praktisch alles anders ist. Vor allem das Innere: der Turbo, das Zylindersystem, die Treibstoffpumpe, das Steuersystem. Wir haben nach Einfachheit und Robustheit gestrebt, erklärt er.
Mai 2020 Da sich die Markteinführung des aktualisierten V8 und des neuen Getriebes nähert, wartet das Entwicklerteam von Scania gespannt auf die ersten Reaktionen aus der Aussenwelt: von der Fachpresse und von Kunden. Das Team ist gespannt, wie die Menschen auf das Projekt reagieren werden, für das sie so viel Zeit und Mühe aufgewendet haben.
Der Entwicklungsweg des V8 in fünf Schritten
1. Digitale Komponenten
Jede einzelne Komponente des V8-Motors beginnt als Modell auf einem Computer. Und mit Hilfe fortschrittlicher Berechnungsmodelle ist das Entwicklungsteam in der Lage, schnell eine begrenzte Anzahl von Alternativen zu erstellen, die in der Praxis getestet werden können.
2. Eintritt in die reale Welt
Sobald ein Bauteil die virtuelle Welt verlässt und in physischer Form hergestellt wird, wird es kontrolliert belastet, bis es bricht oder in irgendeiner Weise seine Funktion verliert. Wenn eine Komponente bricht, untersucht das Team genau, was passiert ist, und überträgt dieses Wissen auf das computergestützte Modell.
3. Tausende von Stunden in Testzellen
Sobald eine Komponente die Designvorgaben erfüllt, ist es an der Zeit, sie mit anderen Komponenten zu testen. Eine Möglichkeit dazu sind Testzellen, in denen Motoren im Laufe von 1’000 Stunden Belastungen und Veränderungen ausgesetzt werden, die denen entsprechen, die sie während ihrer gesamten Lebensdauer in Lkw erfahren würden. Aber der Motor wird auch einer höheren Leistung und deutlich höheren Zylinderbeanspruchung ausgesetzt, als wofür er gebaut ist. Dadurch lassen sich potenzielle Schwachstellen schneller erkennen.
4. Prüfung des Gesamtfahrzeugs
Wenn ein Motor die Testzellen überlebt hat, wird er in einem Fahrzeug einem anstrengenden Dauertest unterzogen. Bei den Dauerlauftests wird beurteilt, wie sich der Verschleiss auf die gesamte Konstruktion auswirkt, während bei den Funktionstests der Treibstoffverbrauch, die Emissionswerte und das Fahrverhalten überprüft werden, damit der Motor die beabsichtigte Leistung erbringt.
5. Feldtests durch Kunden
Schliesslich gibt es noch Kundentests, bei denen ein Querschnitt der Kunden die Möglichkeit hat, ihre Ansichten während der Feldtests einzubringen.