Porsche Engineering Magazin

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Jubiläumsausgabe 1/2011
80 Jahre Kundenentwicklung.
Zeit, zurückzublicken?
Jubiläumsausgabe 1/2011
Gerne, aber bitte nicht lange.
Die Zukunft wartet.
Impressum
Über Porsche Engineering
Bei Porsche Engineering tüfteln Ingenieure für Sie an neuen, ungewöhnlichen
Ideen für Fahrzeuge und industrielle Produkte. Im Auftrag unserer Kunden entwickeln wir vielfältige Lösungen – von
der Konzeption einzelner Komponenten
über die Auslegung komplexer Module
bis hin zur Planung und Durchführung
von Gesamtfahrzeugentwicklungen einschließlich Serienanlaufmanagement.
Das Besondere daran: All das geschieht
mit dem Know-how eines Serienherstel-
lers. Sie benötigen für Ihr Projekt einen
Automobilentwickler? Oder ziehen Sie
einen spezialisierten Systementwickler
vor? Wir bieten unseren Kunden beides –
da Porsche Engineering an der Schnittstelle beider Bereiche arbeitet. Das
Wissen von Porsche Engineering läuft
gebündelt in Weissach zusammen – und
ist doch weltweit verfügbar. Selbstverständlich auch bei Ihnen direkt vor Ort.
Egal, wo wir arbeiten – wir bringen stets
ein Stück Porsche mit.
Impressum Porsche Engineering Magazin
Herausgeber
Porsche Engineering Group GmbH
Redaktionsleitung
Frederic Damköhler
Anschrift
Porsche Engineering Group GmbH
Porschestraße
D-71287 Weissach
Gestaltung: Agentur Designwolf, Stuttgart
Repro:
Piltz Reproduktionen, Stuttgart
Druck:
Leibfarth&Schwarz, Dettingen/Erms
Übersetzung: TransMission Übersetzungen, Stuttgart
Tel.
Fax
+49 711 911 - 8 88 88
+49 711 911 - 8 89 99
E-Mail: [email protected]
Internet: www.porsche-engineering.de
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Alle Rechte vorbehalten. Nachdruck, auch auszugsweise, nur
mit Genehmigung des Herausgebers. Für die Rücksendung unverlangt eingegangener Fotos, Dias, Filme oder Manuskripte
kann keine Gewähr übernommen werden.
Porsche Engineering ist eine 100%ige Tochtergesellschaft der
Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG.
Porsche Engineering Magazin 1/2011
Editorial
Liebe Leserinnen, liebe Leser,
seit mehr als 80 Jahren steht der Name Porsche für Entwicklungsleistungen mit höchsten Ansprüchen an Qualität und Innovationskraft. Wir entwickeln Lösungen, die
unsere Kunden voranbringen und widmen uns kontinuierlich den Herausforderungen von morgen.
Auch Ferdinand Porsche schaute stets
voraus und entwickelte bereits im Jahr
1900 das erste funktionsfähige Hybridautomobil der Welt. Mit der Gründung
seines Konstruktionsbüros im Jahr 1931
stellte Porsche seine Kreativität und sein
Ingenieurswissen auch externen Kunden
zur Verfügung. Diese Tradition pflegen
wir weiter.
Begleiten Sie uns auf einer Reise durch
unsere Geschichte und entdecken Sie
Meilensteine unserer Entwicklungsarbeit. Lassen Sie uns dort jedoch nicht
zu lange verweilen: Denn die Zukunft
wartet. Elektromobilität ist in aller Munde. Wir zeigen Ihnen, was wir dazu beitragen.
Beispielsweise mit Erkenntnissen aus
dem Forschungsprojekt Boxster E, einem vollelektrisch angetriebenen Porsche Boxster, der ein neues Kapitel der
Porsche Intelligent Performance aufschlägt und für den wir unter anderem
die Hochvoltbatterie entwickelten, aufbauten und testeten.
Auch das intelligente Wärmemanagement
spielt in der Elektromobilität eine wichtige
Rolle. Die Ingenieurinnen und Ingenieure
von Porsche Engineering entwickeln hierfür neue Technologien, um mit der verfügbaren Batteriekapazität optimale Temperierungsergebnisse zu erzielen.
Die konsequente Elektrifizierung des
Antriebs zieht sich durch viele Bereiche
der Mobilität. Seien es batteriebetriebene Wassersportgeräte oder voll geländegängige Hybrid-Mountainbikes. Die
Spitze dieser Entwicklung ist derzeit der
Panamera S Hybrid, der wie kein anderes
Fahrzeug Effizienz, Sportlichkeit und Ele ganz vereint.
Sie sehen, unsere Ideen reichen weit in
die Zukunft. Wir freuen uns auf jede neue
Herausforderung zum Tüfteln.
Viel Spaß beim Lesen dieser Jubiläumsausgabe wünschen Ihnen
Ihr Malte Radmann und Dirk Lappe
Geschäftsführung Porsche Engineering
5
Themen
Inhalt
News
8
JUBILÄUM
Über Porsche Engineering
Impressum
Editorial
Pionierleistungen seit 80 Jahren
Die Porsche Kundenentwicklung
10
Innovation als Tradition
Die Geschäftsführung von Porsche Engineering
im Gespräch
22
Cover
Intelligent zu neuen Höchstleistungen
Das Forschungsprojekt Boxster E
26
Schon lange vor der Titelaufnahme aus dem Jahr
1942 beschäftigte sich Ferdinand Porsche mit
Elektromobilität – was er wohl zum Boxster E
sagen würde?
Wärmemanagement
Neue thermodynamische Lösungen für die
Elektromobilität
34
Die Elektrifizierung der Mobilität
Das Porsche-Mountainbike Hybrid RS und
der Seabob
37
Panamera S Hybrid
Porsche Gran Turismo setzt neuen
Klassen-Maßstab
40
ELEKTROMOBILITÄT
6
4
4
5
Themen
10
Historie
Über viele Jahrzehnte hat sich
Porsche Engineering international den Ruf als exzellenter und
vielseitiger Ingenieurdienstleister
erworben
26
Forschung
Neue Erkenntnisse für die Elektromobilität: das Forschungsfahrzeug Boxster E, dessen Hochvoltbatterie Porsche Engineering
entwickelte, aufbaute und testete
34
Entwicklung
Innovative, thermodynamische Lösungen für
die Herausforderungen der Elektromobilität
22
Interview
Die Geschäftsführung von Porsche Engineering über Tradition und
Zukunft des Ingenieurdienstleisters
7
News
Sonderausstellung Porsche Museum
Für das Porsche Museum in StuttgartZuffenhausen ist das 80-jährige Jubiläum
der Porsche Kundenentwicklung eines
der zentralen Themen des Jahres 2011.
Vom 21. Juni bis 11. September 2011 würdigt die Sonderausstellung „Porsche Engineering – 80 Jahre Porsche-Konstruktionen“ die wichtigsten und interessantesten
Kundenentwicklungen aus den vergangenen acht Jahrzehnten. Gezeigt werden
rund 20 besondere Exponate, deren
Spektrum von der Gesamtfahrzeugentwicklung über Motoren und Getriebe bis
zu außergewöhnlichen Industrieprojekten
der Ge genwart reicht. Unter den zehn
gezeigten Fahrzeug-Kundenentwicklungen
befinden sich unter anderem eine Wanderer-Limousine aus dem Jahr 1931, der legendäre Auto Union Grand-Prix-Rennwagen oder der Audi Sport quattro S1.
Das Porsche Museum hat dienstags
bis sonntags jeweils von 9.00 bis
18.00 Uhr geöffnet.
Porsche Museum in Stuttgart-Zuffenhausen
AKTUELL
Standort Prag: Umzug in neues Gebäude
Zeitgleich mit dem zehnjährigen Jubiläum der Porsche Engineering s.r.o.,
Prag, beziehen die Ingenieurinnen und
Ingenieure der tschechischen Niederlassung ihre neuen Büroräume. Der
Standort Prag ist spezialisiert auf komplexe technische Berechnungen und
Simulationen. Hierbei fließen aktuelle
Entwicklungen und Methoden aus der
Forschung ein. Porsche Engineering
kooperiert seit langer Zeit mit der
Technischen Universität Prag.
8
Weitere Infomationen finden Sie im
Internet unter:
www.porsche.de/museum
News
Scania setzt auf
Porsche Engineering
Der schwedische Nutzfahrzeughersteller
Scania entwickelt mit Porsche Engi neering seine neue LKW-Kabinengeneration. „Mit Porsche Engineering haben
wir einen Partner gefunden, der in Hinblick auf Entwicklungs- und Produktionsvorstellungen optimal zu uns passt“,
sagte Per Hallberg, Vorstand Entwick lung und Einkauf bei Scania. „Zusammen
werden wir LKW-Kabinen entwickeln,
die optimal auf Scanias Bedürfnisse hinsichtlich Styling und Funktionalität ausgerichtet sind.“
Coole Sache
Historische Seiten
Der Porsche Classic Cooler ist die perfekte Synthese aus Technik und Design. Ein Porsche-Original. Entwickelt
wurde der exklusive Flaschenkühler im
Rahmen eines Nachwuchsförderungsprogramms von zehn Jungingenieur in nen und -ingenieuren der Porsche Engi ne ering für die Porsche Design Driver’s
Selection.
Das Porsche Museum beleuchtet die 80jährige Geschichte der Porsche Kundenentwicklung mit einer weiteren Publikation
aus der Reihe „Edition Porsche Museum“.
Auf 200 Seiten werden die interessantes ten Kundenentwick lungen aus den
vergangenen 80 Jahren präsentiert. Zahlreiche Fotografien, Zeichnungen und
Dokumente aus den Beständen des Porsche-Archivs erlauben einen tiefen Einblick in die Arbeit der Porsche-Ingenieure,
wo es sonst heißt: topsecret.
Die Formensprache des Porsche Classic
Cooler wird bestimmt durch die Verwendung eines Original-Rippenzylinders und
versprüht damit den puris tischen Cha rakter eines historischen, luftgekühlten
Porsche 911-Motors. Die Teilnehmer des
Nachwuchsprogramms begleiteten den
gesamten Entwicklungsprozess des Flaschenkühlers – von der Idee bis zum
fertigen Produkt.
Das Buch ist für 14,90 Euro im Museumsshop sowie im Buchhandel erhältlich.
Der Porsche Classic Cooler ist in den
Porsche Design Driver’s Selection
Shops erhältlich oder online unter:
www.porsche.de/shop
9
Jubiläum
Historie
Pionierleistungen seit 80 Jahren –
die Porsche Kundenentwicklung
AM 25. APRIL 1931 GRÜNDETE FERDINAND PORSCHE IN STUTTGART EIN KONSTRUKTIONSBÜRO MIT DEM NAMEN „DR. ING. H.C. F. PORSCHE GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄN KTER HAFTUNG, KONSTRUKTION UND BERATUNG FÜR MOTOREN- UND FAHRZEUGBAU“.
DIE KUNDENENTWICKLUNG VON PORSCHE – HEUTE TÄTIG UNTER DEM NAMEN PORSCHE
ENGINEERING – ENTWICKELT SEIT ÜBER 80 JAHREN IM AUFTRAG VON AUTOMOBILHERSTELLERN, ZULIEFERERN UND ANDEREN INDUSTRIEUNTERNEHMEN AUS ALLER WELT.
Jubiläum
Historie
80 Jahre Porsche Kundenentwicklung
Seit mehr als sechs Jahrzehnten gilt die Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, Stuttgart, als führender
Hersteller sportlicher Premiumautomobile. Die Erfolgsgeschichte der Porsche AG
basiert auch auf jahrzehntelanger Entwicklungserfahrung, die weit über den Sportwagenbau hinausgeht. Über viele Jahrzehnte hat sich Porsche den Ruf als einer der renommiertesten und vielseitigsten Ingenieurdienstleister der Welt erworben.
1950, Prof. Ferdinand Porsche (3.v.l.) und Ferry Porsche (2.v.l.) vor einer Konstruktionszeichnung im Büro
Der Geschäftsbereich der heutigen Porsche Engineering Group GmbH geht auf
die älteste Vorgängergesellschaft der
Porsche AG zurück. Ferdinand Porsche
hatte am 25. April 1931 in Stuttgart ein
Konstruktionsbüro mit dem Namen „Dr.
Ing. h.c. F. Porsche Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Konstruktion und
Beratung für Motoren- und Fahrzeugbau“ gegründet und ins Handelsregister
eintragen lassen. Zum damaligen Zeitpunkt konnte der Unternehmensgründer Ferdinand Porsche bereits auf eine
12
mehr als 30-jährige erfolgreiche Tätigkeit bei den führenden Automobilherstellern seiner Zeit zurückblicken.
Der Automobilkonstrukteur
Ferdinand Porsche
Seit dem Beginn des letzten Jahrhunderts steht der Name Porsche in Verbindung mit wegweisenden Innovationen im Automobilbau. Bereits ab dem
Jahr 1896 hatte sich Ferdinand Porsche
mit der Konstruktion und Entwicklung
seiner ersten Automobile beschäftigt.
Das erste Resultat war ein von gelenkten Radnabenmotoren angetriebenes
Elektrofahrzeug mit dem Namen „Lohner-Porsche“, das auf der Pariser Weltausstellung 1900 für Aufsehen sorgte.
Nicht weniger visionär war die nächste
Idee Ferdinand Porsches: Ebenfalls
noch im Jahr 1900 kombinierte er seine batteriegespeisten Radnabenantriebe mit einem Benzinmotor – das Prinzip des seriellen Hybridantriebs war
geboren.
Jubiläum
Historie
Links: 1900, Originalskizze des Lohner-Porsche Elektromobils
Unten: 1900, Lohner-Porsche Elektromobil auf der Pariser
Weltausstellung
Mit dem ersten funktionsfähigen Voll hybridautomobil der Welt, dem „Semper
Vivus“ („Immer lebendig“), hatte Ferdinand Porsche technisches Neuland
betreten. Bei diesem Fahrzeug bildeten
zwei mit Benzinmotoren gekoppelte Generatoren eine Ladeeinheit, die gleichzeitig Radnabenmotoren und Batterien mit
Strom versorgte.
Als Vollhybrid-Konzept war der „Semper
Vivus“ in der Lage, auch größere Distanzen rein elektrisch zu fahren, bis der
Verbrennungsmotor als Ladestation in
Betrieb genommen werden musste. Um
Gewicht zu sparen und Platz für einen
Benzinmotor zu schaffen, nutzte Ferdinand Porsche im „Semper Vivus“ eine
vergleichsweise kleine Batterie mit nur
44 Zellen. Zur Stromerzeugung installierte
er in der Fahrzeugmitte zwei wassergekühlte 3,5 PS-DeDion Bouton-Benzinmotoren, die zwei Generatoren mit je
2,5 PS antrieben. Beide Motoren liefen
getrennt voneinander und lieferten jeweils 20 Ampere bei einer Spannung
von 90 Volt. Ab 1901 brachte Ferdinand
Porsche sein Konzept des Hybridantriebs als Lohner-Porsche „Mixte“ und
ab 1906 als „Mercedes Electrique“ bis
zur Serienreife.
1906 folgte der nächste Karriereschritt
Ferdinand Porsches. Mit nur 31 Jahren
erhielt er den Posten des Technischen
Direktors bei Austro Daimler in Wiener
Neustadt und war somit für die Produkte
eines der führenden europäischen Auto-
mobilunternehmen verantwortlich. Zu
den größten Erfolgen in dieser Zeit zählt
der sogenannte „Prinz-Heinrich-Wagen“,
mit dem die Austro-Daimler-Werksmannschaft im Jahr 1910 die ersten drei Plätze
bei der viel beachteten Prinz-HeinrichFahrt gewann. Mit dem Austro-Daimler
„Sascha“ entwickelte er einen Kleinwagen, der sich 1922 bei der Targa Florio
gegen eine hubraumstärkere Konkurrenz
durchsetzte und der insgesamt nicht
weniger als 43 Rennsiege einfuhr.
1922, Austro-Daimler „Sascha" Typ ADSR-I beim Riesrennen in Graz/Steiermark
13
Jubiläum
Historie
1923 wechselte Porsche als Technischer
Direktor zur Daimler-Motoren-Gesellschaft
nach Stuttgart-Untertürkheim. Dort waren es neben dem Mittelklassemodell Typ
8/38 und dem ersten Mercedes-Benz
mit Achtzylindermotor, dem Typ „Nürburg“ 460, vor allem die kompressoraufgeladenen Sport- und Rennwagen, die
seinen weltweiten Ruf als Automobilkonstrukteur weiter festigten. Im Januar 1929
verließ er die Daimler-Benz AG. Nach einem kurzen Intermezzo bei den österreichischen Steyr-Werken kehrte er zum
Jahresende 1930 nach Stuttgart zurück
und eröffnete ein Konstruktionsbüro.
Die Gründung des
Porsche-Konstruktionsbüros
Auf dem Höhepunkt der Weltwirtschaftskrise wurde am 25. April 1931 die „Dr.
Ing. h.c. F. Porsche Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Konstruktion und
Beratung für Motoren- und Fahrzeugbau“ in das Stuttgarter Handelsregister
eingetragen. Das Arbeitsspektrum des
zu Beginn zwölfköpfigen Teams um Ferdinand Porsche umfasste von Anfang an
die gesamte Bandbreite der Kraftfahrzeugtechnik.
1927, Mercedes Benz Typ „S” bei der Ehrung von Otto Merz anlässlich seines Sieges beim Großen
Preis von Deutschland
Bereits im Jahr 1931 konstruierte Porsche
für den Chemnitzer Automobilhersteller
Wanderer eine Sechszylinder-Mittelklasselimousine sowie einen neuen ReihenAchtzylindermotor. Daneben entwickelte
das Konstruktionsbüro im Auftrag der
Zündapp GmbH einen Kleinwagen, der
sich mit Heckmotor, Zentralrohrrahmen
und einem vor der Hinterachse liegenden Getriebe als entscheidend für den
späteren Volkswagen erweisen sollte.
Als ein Meilenstein der Automobilge-
1933, der Porsche Typ 7 für Wanderer, die erste Kundenentwicklung Porsches
14
schichte gilt zudem die am 10. August
1931 zum Patent angemeldete Drehstabfederung, die über viele Jahrzehnte
im internationalen Automobilbau zum
Einsatz kam.
Im Frühjahr 1933 erhielt Ferdinand Porsche von der sächsischen Auto Union
den Auftrag, nach den Regeln der neuen
750-kg-Rennformel einen 16-ZylinderRennwagen zu entwickeln. Bereits im Januar 1934 erzielte der sogenannte Auto
1931, die von Porsche
patentierte Drehstabfederung (Porsche Typ 17)
Jubiläum
Historie
Lohner Porsche
Der Neuaufbau des „Semper Vivus“
Im November 2007 entschied sich das Porsche Museum für
eines der interessantesten und herausforderndsten Projekte
seiner Geschichte: den originalgetreuen Nachbau des LohnerPorsche „Semper Vivus“ aus dem Jahr 1900. Der Bau dieses
ersten funktionsfähigen Hybridautomobils der Welt war auch
mehr als 100 Jahre nach seiner Erfindung eine große Herausforderung für alle Beteiligten. Schließlich galt es, nicht nur optisch eine maximale Detailtreue zu erreichen, sondern auch
die Fahrleistungen des Originals zu erzielen. Mit der handwerklichen Durchführung beauftragte das Porsche Museum
ein Experten-Team um den Karosseriebauer Hubert Drescher.
Neben mehreren Rennwagenprojekten stammt auch die im
Museum ausgestellte Aluminium-Karosserie des Porsche Typ
64 aus der Werkstatt des Hinterzartener Karosseriebauers.
Vor dem Arbeitsbeginn stand zunächst eine ausführliche Recherche in verschiedenen Archiven in ganz Europa. Am Ende
bildeten eine Handvoll Schwarz-Weiß-Bilder sowie eine originale technische Zeichnung eine erste Grundlage. Wie einst Ferdinand Porsche begann auch der Nachbau des „Semper Vivus“
zunächst auf weißem Papier. Da weder ein Lastenheft noch
andere hilfreiche Aufzeichnungen überliefert waren, erstellten
Experten zunächst in altbewährter Form, handschriftlich auf
Millimeter-Papier, Rechentabellen und Konstruktionspläne.
Fotos und Zeichnungen wurden dazu genauestens studiert
und aufwendig vermessen. Da kein funktioneller Radnabenmotor existiert, mussten technische Details wie Fahrleistung
und Reichweite von Grund auf neu erdacht und berechnet
werden.
Bei der Materialauswahl orientierte sich Karosseriebauer Drescher unter anderem auch an Kutschen und Wagen aus den
Anfängen des 19. Jahrhunderts. Es bedurfte dabei der Unterstützung von erfahrenen Lieferanten, die mit der Herstellung
der besonderen Materialien vertraut sind. Die voll funktionstüchtige Replik des „Semper Vivus“ besteht jedoch nicht allein
aus nachempfundenen Bauteilen: So konnten unter anderem
originale Verbrennungsmotoren, die als Generatoren fungierten, eingebaut werden.
Das eindrucksvolle Ergebnis der Restauration war bei der
Weltpremiere des Porsche Panamera S Hybrid auf dem Automobilsalon in Genf zu sehen, die Hubert Drescher mit dem
„Semper Vivus“ begleitete.
Hubert Drescher bei der Restauration des „Semper Vivus“ und auf dem Porsche- Skid-Pad“ in Weissach
”
15
Jubiläum
Historie
Union P-Rennwagen (P für Porsche) drei
Weltrekorde und gewann neben mehreren Bergrennen drei internationale GrandPrix-Rennen. Mit Fahrern wie Bernd Rosemeyer, Hans Stuck oder Tazio Nuvolari
wurde der zwischen 1934 und 1939
stetig weiterentwickelte Auto UnionRennwagen zu einem der erfolgreichsten
Rennfahrzeuge der Vorkriegszeit. Sein
technisches Mittelmotorkonzept erwies
sich als richtungweisend für alle modernen Rennwagen und findet noch heute
in der Formel 1 Anwendung.
Wegweisende Entwicklungen
Neben der Rennwagenentwicklung arbeitete das Porsche-Konstruktionsbüro
seit 1933 ebenso intensiv an der Konstruktion eines von den NSU-Werken
in Auftrag gegebenen, preisgünstigen
Kleinwagens. Als Ferdinand Porsche mit
der Konstruktion des Kompaktwagens
Typ 32 begann, war dies bereits die insgesamt siebte Kleinwagenkonstruktion
seiner Karriere. Von diesem Fahrzeugtyp
entstanden bereits einige Prototypen,
die mit den im Fahrzeugheck liegenden,
luftgekühlten Vierzylinder-Boxermotoren
und der Porsche-Drehstabfederung deutliche Anleihen des späteren Volkswagen
Käfers zeigten.
Als entscheidend für den Durchbruch
des Kleinwagen-Konzeptes von Ferdinand Porsche sollte sich das „Exposé betreffend den Bau eines Deutschen Volkswagens“ erweisen, das er am 17. Januar
1934 dem Reichsverkehrsministerium
präsentierte. Schon bald darauf, am 22.
Juni 1934, erhielt er vom „Reichsverband
der Automobilindustrie“ (RDA) offiziell
den Auftrag zur Konstruktion des Volks-
16
1937, Auto Union P-Rennwagen auf dem Nürburgring (Typ 22)
1934, Versuchswagen der NSU (Typ 32) vor dem Porsche Konstruktionsbüro in der Kronenstraße 24
wagens Typ 60 und zum Bau von Volkswagen-Prototypen, die 1935 in der Garage seiner im Stuttgarter Norden gelegenen Porsche-Villa montiert wurden.
Neben dem Volkswagenprojekt bearbeitete das seit 1938 im Stuttgarter Stadtteil Zuffenhausen ansässige Porsche-Kon-
struktionsbüro zahlreiche weitere Entwicklungsaufträge aus der Kraftfahrzeugindustrie. Für die Daimler-Benz AG wurde
neben der Entwicklung technischer Motorkomponenten für die Mercedes-Silberpfeile in den Jahren 1937 bis 1939 der
Typ 80 genannte HochgeschwindigkeitsRekordwagen konstruiert.
Jubiläum
1938 erhielt das Porsche-Konstruktionsbüro vom Volkswagenwerk den Auftrag
zur Entwicklung eines auf dem Volkswagen Typ 60 basierenden Rennwagens,
der als Werbemaßnahme für den „KdFWagen“ bei einem geplanten Langstreckenrennen von Berlin nach Rom an den
Start gehen sollte. Unter der internen Bezeichnung Typ 64 beziehungsweise Typ
60K10 entwickelten die Porsche-Techniker bis zum Frühjahr 1939 drei Rennsportcoupés für die im September geplante „Non-Stop Geschwindigkeitsprüfung“,
die aufgrund des Ausbruchs des Zweiten
Weltkrieges jedoch nicht stattfand. Mit einer windschnittigen Stromlinienkarosserie
aus Aluminium, verkleideten Radkästen
sowie einem modifizierten VW-Boxermotor erreichte der nur etwas über 600 Kilogramm leichte Rekordwagen über 140
Stundenkilometer.
Zweiter Weltkrieg
Nach dem Ausbruch des Zweiten Weltkrieges entstanden auf Basis des Volkswagens weitere Fahrzeugtypen, die zur
Historie
1941, Tropenlieferwagen auf Basis des Typ 82
militärischen Nutzung vorgesehen waren. Neben dem Typ 81 „VW-Kastenwagen“ entwickelte das seit Ende 1937
als Porsche KG firmierende Unternehmen den Typ 62 „KdF-Gelände-Fahrzeug“, den als „VW-Kübelwagen“ bekannt gewordenen Typ 82 sowie den
mit Allradantrieb ausgestatteten Typ
87 und den Typ 166 „VW-Schwimm wagen“. Die vom Heeres-Waffenamt in
Auftrag gegebenen Konstruktionen von
Kampfpanzern in den Jahren 1939–
1942 wurden nur in Form von zwei Prototypen gebaut und kamen nie zum
Kriegseinsatz.
Neubeginn mit Kundenentwicklung
und Sportwagenfertigung
Zum wichtigsten Kunden der ersten
Nachkriegsjahre wurde das italienische
Unternehmen Cisitalia, dessen automobilbegeisterter Inhaber Piero Dusio zum
Jahresende 1946 umfangreiche Konstruktionen in Auftrag gab. Neben einem Traktor und einer Wasserturbine
orderte Dusio einen Mittelmotor-Sportwagen mit hydraulischem Drehmomentwandler sowie einen Grand-Prix-Rennwagen. Das Resultat war der 1948 fertig
gestellte Typ 360 „Cisitalia“, der tech-
1938/39, der Typ 64
gilt als Urahn aller
Porsche-Sportwagen
17
Jubiläum
Historie
Links: 1948, technische Weitsicht: der Porsche Typ 360 „Cisitalia"
Oben: 1948, 356 Nr. 1 Roadster
nisch seiner Zeit in vielen Punkten weit
voraus war. Im Gegensatz zu den frontmotorisierten Formel 1-Rennwagen der
Nachkriegsjahre, die größtenteils noch
Starrachsen aufwiesen, wurde der Typ
360 in Mittelmotorbauweise konstruiert.
Das Fahrwerk verfügte an der Vorderachse über Doppellängslenker, die Hinterachse war als Doppelgelenk-Schwingachse mit Drehstabfederung ausgelegt.
Antriebsseitig zeichnete sich der Monoposto durch einen 385 PS starken Zwölfzylindermotor mit Kompressor aus, der
eine Maximaldrehzahl von 10.600 U/min
erreichte.
Im Juli 1947 begannen in Eigenregie die
Konstruktionsarbeiten am Typ 356 „VWSportwagen“. Auf der Grundlage vorheriger Konstruktionen wie des Volkswagens
oder des Typ 64 „Berlin-Rom-Wagen“
wurden in der ersten Jahreshälfte 1948
die unter der internen Konstruktionsnummer 356 ausgefertigten Entwürfe realisiert. Nachdem das Chassis im Februar
seine Jungfernfahrt absolviert hatte, erhielt der fertige Prototyp mit der Fahrgestellnummer 356-001 am 8. Juni 1948
die Einzelgenehmigung der Kärntner Landesregierung. Dies war die Geburtsstunde der Sportwagenmarke Porsche.
1958, Entwicklungen für Volkswagen: Typ 60, Typ 728, Typ 726/1 und Typ 726/2 (v.l.n.r.)
18
Vom Konstruktionsbüro zum
Entwicklungszentrum Weissach
Trotz des erfolgreichen Starts als Fahrzeughersteller blieben Aufträge aus dem
Bereich der Kundenentwicklung weiterhin fester Bestandteil des Leis tungs umfangs der damaligen Porsche KG.
Wichtigster Auftraggeber war bis in die
1970er Jahre die Volkswagen AG, mit
der seit 1948 ein umfangreicher Kooperationsvertrag bestand. Zahlreiche Detailverbesserungen wurden für den VW
Käfer erarbeitet. Auch an der Entwicklung der Nachfolgemodelle für den erfolgreichen Käfer war Porsche beteiligt.
Das Stuttgarter Unternehmen entwickelte im Auftrag des Volkswagen-Konzerns
zahlreiche Prototypen, die sich auf Jahre
hinaus als richtungweisend für das Personenwagenprogramm des Wolfsburger
Konzerns erweisen sollten. Bekannteste
Auftragsentwick lungen waren der im
Herbst 1969 präsentierte VW-Porsche
914 und der im Jahr 1976 als Porsche
924 realisierte Volkswagen-Entwicklungsauftrag EA 425.
Jubiläum
Historie
Rechts:
1970, Bau der
ersten Gebäude
des Entwicklungszentrums
Weissach
Oben: 1969, VW-Porsche 914
Neben den zahlreichen Aufträgen für den
Volkswagen-Konzern entwickelten die Ingenieure der Porsche Kundenentwicklung
in den 1950er und 1960er Jahren weitere
richtungweisende Innovationen im In- und
Ausland. Im Rahmen einer Ausschreibung
der Bundeswehr entwickelte Porsche das
schwimmfähige Allradfahrzeug Typ 597
Jagdwagen. Obwohl sich der Jagdwagen
als technisch überlegen erwies, wurde
der Auftrag aus arbeitsmarktpolitischen
Gründen an den Automobil- und Motorradhersteller DKW vergeben.
Im Jahr 1961 legte Ferry Porsche den
Grundstein für das Porsche Entwicklungszentrum Weissach, 25 Kilometer nordwestlich von Stuttgart-Zuffenhausen. Dort
ließ er ein sogenanntes „Skid-Pad“ erbauen, auf dem seitdem Fahrwerksversuche durchgeführt wurden. 1971 zog
der Porsche-Entwicklungsbereich mit
den Abteilungen Konstruktion, Versuch
und Design in das fertig gebaute Entwicklungszentrum in Weissach um. Hier waren neben dem anfänglichen „Skid-Pad“
eine umfangreiche Versuchsstrecke, aufwendige Installationen wie Windkanal,
Crash-Anlage, Abgas-Testzentrum und
eine Vielzahl von Motoren-Prüfständen
entstanden, die gleichermaßen für Fremdaufträge wie für Eigenentwicklungen zur
Verfügung stehen.
In den 1980er Jahren etwa entwickelten
die Weissacher Ingenieure im Auftrag
des britischen Rennstalls McLaren International den „TAG-Turbo made by Porsche“-Motor, der in der Königsklasse des
Motorsports für Furore sorgen sollte.
Das Erfolgsgeheimnis des Formel 1Hochleistungstriebwerks lag in der Verbindung der Turbolader-Technologie mit
einem elektronischen Motor-Management. So verbrauchte der Rennwagen
besonders wenig Kraftstoff, was die
Rennstrategie entscheidend beeinflusste.
Auch AvtoVAZ, der größte Personenwagenhersteller in Russland und Osteuropa,
vertraute auf die technische Kompetenz
der Porsche Kundenentwicklung. Die
Aufgabe der Ingenieure in Weissach bestand darin, den Fünfsitzer Lada Samara
unter Berücksichtigung eines angestrebten günstigen Verkaufspreises sowie
ei ner auf die sowjetischen Straßenver hältnisse ausgelegten Robustheit zu überarbeiten. Mit Ausnahme des Stylings wurden nahezu sämtliche Baugruppen wie
Motor, Getriebe, Fahrwerk, Karosserie,
Akustik und Elektrik optimiert oder neu
entwickelt.
1983, das
Formel 1-Triebwerk
„TAG-Turbo made
by Porsche" für
den Rennstall
McLaren
19
Jubiläum
Historie
Industrieprojekte
Neue Wege zu gehen hat bei der Porsche
Kundenentwicklung Tradition. So entwarf
Porsche etwa in den frühen 1980er Jahren in Kooperation mit dem Flugzeughersteller Airbus das Cockpit-Layout für
Großraumflugzeuge und setzte mit der
Verwendung von Monitoren anstelle der
herkömmlichen Analog-Instrumente einen
Trend. Ziel des Projektes war, durch ein
optimiertes Styling die Arbeitsbedingungen für die Piloten spürbar zu verbessern.
Ein Meilenstein in der Entwicklung von
Industriefahrzeugen war der Beginn der
bis heute erfolgreich anhaltenden Kooperation mit der Linde Material Handling. Nachdem Porsche bereits Drehwerks- und Kettenantriebe für Linde
konzipiert hatte, wurde der Sportwagenhersteller Anfang der 1980er Jahre mit
dem Design einer neuen Generation von
Gabelstaplern beauftragt. Das PorscheStyling für Linde ist inzwischen zu einem
vielfach preisgekrönten Markenzeichen
geworden. So wurden etwa jüngst erneut die Linde-Gabelstapler mit dem
begehrten „red dot award for product
design“ des renommierten Design-Zentrums Nordrhein-Westfalen ausgezeichnet: Die Elektro-Gegengewichtsstapler
E20 – E50 erhielten 2011 diese Auszeichnung und stehen damit ganz in der Tradition der mehr als 20 Designauszeichnungen seit Beginn der Kooperation.
Das Produktdesign ist zu einem festen
Bestandteil der Marke „Linde“ und zu
ei nem entscheidenden Wettbewerbs vorteil geworden. Und auch über das
Design hinaus unterstützte Porsche Engineering Linde Material Handling bei
Entwicklungsaufgaben.
20
Oben: 1981, Airbus Cockpit; unten rechts: 1990, Mercedes-Benz 500 E
Serienentwicklung und -produktion
Im Auftrag der Daimler-Benz AG befasste sich die Porsche Kundenentwicklung
in den späten 1980er/frühen 1990er
Jahren mit der konstruktiven und versuchstechnischen Serienentwicklung einer
W 124-Limousine mit dem Fünfliter-V8Vierventilmotor M 119. Mit dem serienmäßigen Viergang-Automatikgetriebe erreichte der Mercedes-Benz 500 E die
100 km/h-Marke in nur 5,9 Sekunden,
die Höchstgeschwindigkeit wurde bei
250 km/h elektronisch abgeriegelt. Der
Auftrag ging weit über die üblichen Entwicklungsarbeiten hinaus. Auch die Serienproduktion samt Aufbau der RohSeit den 1980er Jahren ausgezeichnetes Design:
der 2011 prämierte Linde-Gegengewichtsstapler E25
karosserie und der Endmontage fand
bei Porsche in Zuffenhausen statt. Das
Daimler-Benz-Werk in Sindelfingen war
für die Lackierung und Auslieferung verantwortlich. Mit der Fertigung des Mercedes-Benz 500 E wurde im Frühjahr
1990 begonnen.
Auch in enger Kooperation mit Audi entwickelten die Ingenieure der Porsche
Kundenentwicklung eine spezielle Serienfahrzeugversion für Höchstleistungen.
Der im Herbst 1993 präsentierte HighPerformance-Sport-Kombi Audi Avant
RS2 entstand in Weissach auf Basis des
allradgetriebenen Audi Avant S2 in einer
315 PS starken Variante. Dabei wurden
zahlreiche Porsche-Bauteile wie zum Beispiel Radnaben, Hochleistungsbremsen
Jubiläum
und Felgen verwendet. Exterieurteile
wie Nebel- und Blinkleuchten sowie die
Außenspiegel stammten ebenfalls vom
Porsche 911 der damals aktuellen Typenreihe 993. Produziert wurde der Audi
Avant RS2 von Oktober 1993 bis Juli
1994 im Zuffenhausener Porsche-Werk.
Konzeptstudie
Im Rahmen eines internationalen Familienauto-Kongresses in Peking präsentierte
Porsche im November 1994 die speziell
für den chinesischen Markt entwickelte
Studie C88. Das unter dem Projektnamen
C88 konstruierte Automobil war auf die
Bedürfnisse chinesischer Kunden ausgerichtet und wurde in drei Versionen konzipiert: Neben einer extrem preisgünstigen,
zweitürigen Variante plante man ebenso eine Standard- sowie eine viertürige
Stufenheck-Luxusversion. Weitere Entwicklungsziele waren einfache Fertigungsmethoden, ein hoher Qualitätsstandard
sowie eine hohe Fahrzeugsicherheit.
Seit 2002 im Einsatz: V2-Motor mit 115 PS für
die „V-Rod" von Harley-Davidson
Auch heute beschäftigt sich Porsche Engineering mit den ingenieurtechnischen Herausforderungen der Zukunft: Sei es das
ausgeprägte Wissen im Bereich Elektromobilität, das Porsche Engineering 2011
im Forschungsprojekt Boxster E oder
2007 in der Entwicklung des Serienwassersportgeräts Seabob unter Beweis stellte, die Erfahrungen in den Bereichen
Leichtbau sowie Downsizing oder aber
der Blick über den Tellerrand bei der Entwicklung eines Premium-Outdoor-Grills im
Jahr 2008, die Ingenieurinnen und Ingenieure von Porsche Engineering widmen sich
jedem Projekt mit demselben Anspruch
an höchste Qualität, innovative Konzepte
und kundenindividuelle Lösungen.
Mit Tradition und Innovation in die
Zukunft
Unter dem Entwicklungsnamen „Revolution Engine“ entwickelte Porsche Engineering 2001 als Entwicklungspartner einen
neuen V2-Motor für das Modell „V-Rod“
des amerikanischen Motorradherstellers
Harley-Davidson. Vor dem Hintergrund
einer bis in die 1970er Jahre zurückreichenden Kooperation konstruierten
die Porsche-Ingenieure auf der Basis eines Rennmotors einen wassergekühlten,
1.131 Kubikzentimeter großen Antrieb,
der die anspruchsvolle Harley-DavidsonKundschaft gleichermaßen durch Leistung und Motorsound begeisterte.
Die Elektrifizierung schreitet voran:
oben: 2011, Forschungsprojekt Boxster E;
Historie
Alle weltweiten Entwicklungsprojekte für
Kunden werden heute über die 2001 gegründete Porsche Engineering Group
GmbH (PEG) mit Sitz in Weissach gesteuert. Durch die Vernetzung der Porsche Engineering Standorte im In- und
Ausland und den engen Informationsaustausch der Projektteams bietet die
PEG Schnittstellenkompetenz und Querschnittsdenken für einen reibungslosen,
nachhaltig produktiven Ablauf von Kundenprojekten.
Das gebündelte Know-how der Ingenieurinnen und Ingenieure von Porsche Engineering sowie die umfangreichen Ressourcen des Entwicklungszentrums Weissach
ermöglichen innovative Dienstleistungen
mit höchsten Qualitätsansprüchen. Die
Öffentlichkeit erfährt jedoch nur wenig
darüber. Durch strengste Geheimhaltung
bewahrt Porsche Engineering stets die
Produktstrategien und die Markenidentitäten seiner Kunden mit größter Sorgfalt. Nur wenige Projekte sind nach expliziter Zustimmung der Kunden bekannt.
Denn nur wenn ein Kunde wiederkommt,
war die Porsche Kundenentwicklung erfolgreich. Dieser Grundsatz gilt nach wie
vor – seit mehr als 80 Jahren.
Noch nicht genug erfahren? Entdecken
Sie weitere spannende Entwicklungen
aus 80 Jahren Porsche Kundenentwicklung in unserem Webspecial:
www.porsche-engineering.de/80Jahre
unten: 2007, Wassersportgerät Seabob
21
Jubiläum
Interview Geschäftsführung
Innovation als Tradition
Seit mehr als 80 Jahren entwickelt Porsche maßgeschneiderte Lösungen für Kunden.
Welche Bedeutung diese Historie für die tägliche Arbeit hat und bei welchen Herausforderungen der Entwicklungsdienstleister Porsche Engineering heute und in Zukunft
seine Kunden unterstützt, erklären Malte Radmann und Dirk Lappe, die Geschäftsführer
von Porsche Engineering.
Herr Radmann, Herr Lappe, die Kundenentwicklung von Porsche feiert
in diesem Jahr ihr 80-jähriges Jubiläum. Welche Bedeutung hat die
Historie für die heutige Arbeit bei
Porsche Engineering?
RADMANN: Unser 80-jähriges Jubiläum
ist ein wichtiges Ereignis für uns. Die Geschichte von Porsche Engineering, die
1931 mit der Gründung des Konstruktionsbüros von Ferdinand Porsche begann, prägt unser tägliches Denken und
Handeln. In den vergangenen Jahrzehnten haben wir bewiesen, dass die Marke
Porsche für exzellente Qualität, langjährige Kundenbeziehungen und innovativste
Technologien steht. Daraus resultieren
unser Antrieb und unsere Verpflichtung.
Malte Radmann, Geschäftsführer von Porsche Engineering
22
Normalerweise verbindet man mit
Porsche ja nicht den Entwicklungsdienstleister Porsche Engineering,
sondern vielmehr den Hersteller
von Sportwagen ...
RADMANN: Das ist richtig. Doch gleichzeitig wären diese Sportwagen wohl kaum
ohne die Kundenentwicklung durch Ferdinand Porsche entstanden. Die Erfolgsgeschichte der heutigen Porsche AG
basiert auch auf den Erfahrungen, die
Ferdinand Porsche vor der Gründung der
Automobilmarke Porsche im Rahmen
der Kundenentwicklung sammelte. Die
Kundenentwicklung ist ein fester Be-
Jubiläum
standteil des Markenkerns von Porsche.
LAPPE: Und selbst vor der Gründung
der Kundenentwicklung im Jahr 1931
war Ferdinand Porsche schon lange Zeit
in der Automobilentwicklung tätig. Wie
beispielsweise bei der Entwicklung des
ersten seriellen Hybridfahrzeugs der
Welt im Jahr 1900, des „Semper Vivus“.
Bereits in dieser Zeit sammelte Ferdinand Porsche Erfahrungen im Bereich
Hybridtechnologie.
Porsche Engineering als fester
Bestandteil des Markenkerns von
Porsche – stellt sich da nicht die Frage, wie viel Wissen Ihrer Kunden in
einem Porsche Sportwagen steckt?
RADMANN: Ohne das Vertrauen unserer Kunden in unsere absolut strikte Geheimhaltung wären die vergangenen 80
Jahre keine Erfolgsgeschichte für unsere
Kunden und uns gewesen. Geheimhaltung hat bei uns oberste Priorität. Nur mit
dem expliziten Einverständnis unserer
Kunden erwähnen wir überhaupt deren
Namen, wie etwa zuletzt im Rahmen unserer Kooperation mit dem Lastwagenhersteller Scania.
Worin sehen Sie die Kompetenzen
von Porsche Engineering?
LAPPE: Wir zeichnen uns durch eine
ausgeprägte Gesamtfahrzeugkompetenz
aus. Dies gilt sowohl für Neufahrzeugentwicklungen als auch für Fahrzeugderivate. Aber auch bei Komponenten- und
Aggregatentwicklungen haben wir die
kleinsten Bauteile und ihr Zusammenspiel
im Gesamtfahrzeug im Blick. Hier profitiert der Kunde vom Know-how des Sportwagenherstellers Porsche. Wir können
jede Entwicklung bis in die Serienreife
voranbringen.
Dirk Lappe, Geschäftsführer von Porsche Engineering
„Die Kundenentwicklung ist
ein fester Bestandteil des
Markenkerns von Porsche.“
tungen und projekterfahrenen Ingenieuren an unseren weiteren Standorten
können wir so unseren Kunden unterschiedlichster Branchen maßgeschneiderte Lösungen bieten.
(Malte Radmann)
Wie wichtig ist in diesem Zu sammenhang das Entwicklungszentrum Weissach für Porsche Engineering?
LAPPE: Weissach ist und bleibt die zentrale Entwicklungsressource der PorscheInnovationen. Dies gilt für die Sportwagen
ebenso wie für die Kundenentwicklungen. Hier verfügen wir über die nötigen
infrastrukturellen Rahmenbedingungen,
um hochtechnologische Lösungen zu
entwickeln und bis zur Serienreife zu erproben. Gleichzeitig ist hier das Wissen
der mehr als 2.500 Mitarbeiterinnen und
Mitarbeiter gebündelt. Im Zusammenspiel mit den umfassenden Testeinrich-
Was zeichnet die Mitarbeiterinnen
und Mitarbeiter von Porsche Engineering aus?
LAPPE: Zuallererst zeichnen sie sich natürlich durch die Expertise in ihrem jeweiligen Fachgebiet aus. Doch das alleine
genügt bei einem Dienstleistungsunternehmen nicht. Wir fördern das interdisziplinäre Denken unserer Mitarbeiterinnen und
Mitarbeiter gezielt. Ein Projekt wird somit
aus unterschiedlichsten Blickwinkeln betrachtet. Und dann bringen unsere Kolleginnen und Kollegen noch eine wichtige
Qualifikation mit, die wir hier bei Porsche
ebenso schätzen wie unsere Kunden: Die
Fähigkeit, auch einmal quer zu denken
und somit Lösungen zu generieren, die
nicht auf den ersten Blick erkennbar sind.
23
Wie genau sieht denn so ein „Querdenker“ aus?
RADMANN: Hohe Fachkompetenz und
die Freude am Tüfteln sind wichtige
Voraussetzungen für „interdisziplinäres
Querdenken“. Des Weiteren ist die Fähigkeit, über den Tellerrand hinauszuschauen, unverzichtbar. Aber am Ende
entscheidet die Persönlichkeit, ob wir
uns für eine neue Kollegin oder einen
neuen Kollegen entscheiden. Jeder einzelne Mitarbeiter ist die Schnittstelle zu
unserem Kunden und entscheidet durch
sein persönliches Auftreten und seine
sozialen Kompetenzen darüber, ob unser
Kunde wiederkommt.
Was kennzeichnet die Unternehmenskultur von Porsche Engineering?
LAPPE: Erst einmal eine gute Mischung
der Belegschaft, die aus sehr erfahrenen
Mitarbeitern und jungem, gut ausgebildetem Nachwuchs besteht. Wir bieten engagierten Kolleginnen und Kollegen bei
sehr schlanken Organisationsstrukturen
die Chance, schnell Verantwortung zu
übernehmen. Ein professionelles Praktikantenmanagement bildet für uns die
Basis, um früh potenzielle neue Mitarbeiter von unserem Unternehmen zu
überzeugen.
RADMANN: Unsere Kolleginnen und
Kollegen haben den Willen, viel zu bewegen. Sie verfügen über eine hohe Leistungsorientierung und Eigeninitiative.
Unsere Mitarbeiter schätzen den Teamspirit, ein familiäres Umfeld ...
LAPPE: ... und ganz wichtig: Leidenschaft und Humor! Und damit Freude an
der täglichen Arbeit.
Sie sprachen bereits die unterschiedlichen Branchen an, in denen Por-
24
Jubiläum
sche Engineering tätig ist. Sie konzentrieren sich also nicht ausschließlich auf die Automobilindustrie?
RADMANN: Das ist korrekt, wir haben
unsere Entwicklungsfähigkeiten in der
Vergangenheit schon in sehr unterschiedlichen Bereichen wie etwa der Schifffahrt,
der Energietechnik, der Landwirtschaft,
bei Lastfahrzeugen, im Leistungs- und
Wassersport und im Gesundheitswesen
unter Beweis gestellt. Im Vordergrund
steht für uns dabei stets der Transfer unseres Know-hows aus der Automobilindustrie in andere, artverwandte Branchen.
So erschließen wir wertvolle Synergien
für ganz andere Bereiche.
LAPPE: Die Industrielandschaft birgt
ein großes Potenzial für Entwicklungsdienstleister. Nicht zuletzt unsere langjährige Kooperation mit dem Gabelstaplerhersteller Linde zeugt von diesem
Potenzial. Dennoch ist die Automobil in dustrie natürlich unser wichtigstes
Standbein und steht vor umwälzenden
Veränderungen, bei denen wir als Entwicklungsdienstleister unsere Kunden
unterstützen werden.
Sprechen Sie damit die Elektromobilität an?
LAPPE: Richtig. Welchen Stellenwert
auch immer die zunehmende Elektrifizierung der Mobilität in Zukunft einnehmen wird, wir von Porsche Engineering
sind in der Lage, die Hard- und Software
für unterschiedlichste Elektromobilitätslösungen zu entwickeln. So haben wir
etwa im Rahmen des Forschungsprojekts
„Boxster E“ gezeigt, wie man einen leistungsfähigen, vollelektrischen Sportwagen entwickelt. Seien es Schnelllade vorgänge, das Thermomanagement, die
Crashsicherheit oder das Batteriemana-
„Wir sind in der Lage, Hard- und
Software für unterschiedlichste
Elektromobilitätslösungen zu
entwickeln.“
(Dirk Lappe)
gementsystem: Die Qualität unserer
Lösungen entspricht dem Anspruch an
den Namen Porsche.
RADMANN: Wir haben uns bereits
sehr früh mit dem Thema Elektromobilität beschäftigt. Unsere Organisation
wurde auch strukturell und personell auf
diese Entwicklung ausgerichtet, sodass
wir unseren Kunden heute umfassende
Kompetenzen in den Bereichen FullHybrid, Plug-in-Hybrid und Elektrofahrzeug anbieten können.
Wie verhält es sich mit der Reichweite von Elektrofahrzeugen? Sind
Sie hier mit dem Status quo bereits
zufrieden?
LAPPE: Es stellt sich die grundsätzliche
Frage, wofür das Elektrofahrzeug genutzt wird. Als vollwertiger Ersatz eines
Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor eignet sich ein Elektrofahrzeug nach heutigem Stand der Technik natürlich nicht.
Aber es ist gut möglich, dass ein Fahrzeug mit einer Reichweite von 150 Kilometern bereits für einen Großteil der
Bevölkerung vollkommen ausreicht. Die
tägliche Fahrleistung beträgt typischerweise weitaus weniger. Möchten Sie längere Strecken zurücklegen, wird ein
Fahrzeug mit Range-Extender oder ein
effizienter Full-Hybrid nötig. Doch auch
bei der Batterieentwicklung sind wir
noch nicht am Ende der Reise ange-
kommen. Wir arbeiten mit Hochdruck
an der Optimierung der Zellnutzung.
Und auch die Zellhersteller verbessern
die Speicherkapazität kontinuierlich.
Sie sehen die Elektromobilität also
als den großen Trend, der die Automobilindustrie in der Zukunft prägen
wird?
RADMANN: Wir sehen die Elektromobilität als einen von mehreren Trends, die
alle in dieselbe Richtung gehen: die Effizienzsteigerung von Automobilen. Neben der zunehmenden Elektrifizierung
zählt hierzu der Leichtbau mit Hochtechnologiekunststoffen, wie etwa mit kohlefaserverstärktem Kunststoff, aber auch
die Optimierung konventioneller Benzinund Dieselmotoren sowie das sogenannte Downsizing. In all diesen Bereichen
sind wir in führenden Entwicklungsaufgaben tätig und erweitern kontinuierlich
unsere hohe Leistungsfähigkeit.
LAPPE: Die intelligente Verknüpfung
unterschiedlichster Technologieentwicklungen fällt uns möglicherweise leichter
als anderen Entwicklungsdienstleistern,
da wir die Erfahrung aus der Entwicklung von Porsche-Sportwagen mitbringen. Auch sie sind geprägt vom intelligenten Zusammenspiel der neuesten
technologischen Entwicklungen und setzen nicht nur im Sportwagensegment
Maßstäbe.
Wie würden Sie die Idee und das Versprechen von Porsche Engineering
in einem Satz zusammenfassen?
LAPPE: Wir verstehen uns als zuverlässiger Partner unserer Kunden, der erstklassige technologische Lösungen aus
dem Blickwinkel des Gesamtproduktes
bis zur Serienreife entwickeln kann.
25
Elektromobilität
Boxster E
Forschungsprojekt Boxster E
Intelligent zu neuen
Höchstleistungen
MIT DER ENTWICKLUNG VON DREI REIN ELEKTRISCH ANGETRIEBENEN FORSCHUNGSFAHRZEUGEN BOXSTER E SCHLÄGT PORSCHE EIN NEUES KAPITEL DER PORSCHE
INTELLIGENT PERFORMANCE AUF. PORSCHE ENGINEERING WAR HIERBEI FÜR DIE
ENTWICKLUNG, DEN AUFBAU UND TEST DER HOCHVOLTBATTERIE VERANTWORTLICH
UND UNTERSTÜTZTE IN DEN BEREICHEN BEDIEN- UND ANZEIGEKONZEPTE, WÄRME MANAGEMENT SOWIE BATTERIEMANAGEMENTSYSTEM.
Elektromobilität
Boxster E
Porsche Intelligent Performance:
Das Forschungsprojekt Boxster E
Der Boxster E – ein Forschungsfahrzeug im Zeichen von Porsche Intelligent Performance
Die Zukunft der Mobilität stellt die Automobilindustrie vor neue Herausforderungen.
In der intelligenten Verbindung von Effizienz und Leistung durch die optimale Nutzung
innovativer Technologien liegen Antworten auf die Mobilitätsfragen der Zukunft. Dieses
Prinzip, Porsche Intelligent Performance, findet sich in allen Porsche-Entwicklungen und
weist den Weg in Richtung Zukunft.
Denn Performance ist nichts – ohne Intelligenz. Mehr PS allein gewinnen kein
Rennen. Erst Ideen bringen den entscheidenden Fortschritt. Für effizientere
Motoren, leichtere Karosserien und innovative Antriebstechnologien.
28
Wie etwa bei den Vollhybrid-Serienfahrzeugen Panamera S Hybrid und Cayenne
S Hybrid, die ohne Verzicht auf Sportlichkeit und Eleganz durch geringen Kraftstoffverbrauch überzeugen. Oder beim
Hybrid-Supersportwagen Porsche 918
Spyder, der 2010 vorgestellten Konzeptstudie, die mit Hochdruck zur Serienentwicklung vorangetrieben wird.
Und auch Forschungsprojekte und Rennlabore, wie etwa das Hybrid-Mittelmotor-
Elektromobilität
Coupé 918 RSR stehen im Zeichen von
Porsche Intelligent Performance und
dienen der Erforschung von Methoden
zur weiteren nachhaltigen Verbesserung
der Effizienz.
Boxster E
Effizienz und
Leistung vereint:
das Forschungsfahrzeug Boxster E
Mit der Entwicklung von drei vollelektrischen Forschungsfahrzeugen Boxster E
wird ein weiterer entscheidender Beitrag für Erkenntnisse über die Zukunft
der Mobilität geleistet.
Herausforderung Elektromobilität
„Die Elektromobilität ist eine zentrale
Herausforderung der kommenden Jahre
und die Ingenieure von Porsche wollen
mit der von ihnen gewohnten Spitzenleistung dazu beitragen, diese zu meistern“,
sagte Matthias Müller, Vorstandsvorsitzender der Porsche AG im Rahmen
der Präsentation des ersten der drei
Elektro-Boxster. Anfang 2011 legte Matthias Müller mit dem damaligen Ministerpräsidenten des Landes Baden-Württemberg, Stefan Mappus, die ersten nahezu
lautlosen Meter mit dem sportlichen Forschungsfahrzeug vor dem Porsche Museum in Stuttgart zurück. „Die Boxster E
werden uns als fahrende Labore dabei
helfen, die praktischen Probleme der
Elektromobilität so zu lösen, wie das unsere Kunden erwarten“, so Müller.
Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt Boxster E
liefern Antworten auf die Mobilitätsfragen der Zukunft
Die Elektromobilität stellt die Industrie
vor große Herausforderungen. Es gilt, die
Kundenanforderungen und gewohnten
Nutzungsprofile in Einklang zu bringen mit
dem technologisch Möglichen und ökologisch Sinnvollen. Weltweit existieren unterschiedlichste Initiativen von Regierungen
und Kommissionen, um Entwicklungen im
Bereich Elektromobilität sowie die Verbreitung von Elektrofahrzeugen zu fördern.
Förderung der Zukunft
de sregierung im Jahr 2009 eine Basis
geschaffen, um das erklärte Ziel zu erreichen, bis 2020 eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen zu
haben. Erste Forschungs- und Entwicklungsprojekte und Modellregionen wurden mit dem Konjunkturpaket II und einem Mittelumfang von 500 Millionen
Euro für die Jahre 2009 bis 2011 umgesetzt. In diesem Rahmen wurde auch
der Porsche Boxster mit rein elektrischem Antrieb entwickelt.
Mit dem Nationalen Entwicklungsplan
Elektromobilität hat die deutsche Bun-
Das Forschungsprojekt Boxster E ist
eingebettet in die Modellregion Stuttgart,
Die Förderer
Die Förderung des Forschungsprojekts Boxster E erfolgt im Rahmen der Modellregion Stuttgart
29
Elektromobilität
Boxster E
In der Variante mit
zwei Elektromaschinen entwickelt
das Forschungsfahrzeug Boxster E
eine Nennleistung
von 180 kW
eine von acht „Modellregionen Elektromobilität“ in Deutschland, in denen bis
Mitte 2011 Pilotprojekte für Elektrofahrzeuge und Elektroinfrastruktur realisiert werden. Die Modellregion Stuttgart
wird im Rahmen des Bundesprogramms
„Elektromobilität in Modellregionen“ gefördert. Insgesamt stellt das Bundes ministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) für bundesweit
acht Modellregionen rund 130 Millionen
Euro aus dem Konjunkturpaket II zur
Verfügung. Koordiniert wird das Programm von der NOW GmbH (Nationale
Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie GmbH).
Ziel des Forschungsprojekts Boxster E
ist es, mit drei elektrisch angetriebenen
Porsche Boxster Erfahrungen über die
Alltagstauglichkeit und das Nutzerverhalten – insbesondere beim Fahren und
Laden – zu gewinnen. Daraus sollen Forscher Erkenntnisse über Anforderungen
an künftige Produkte sowie über die Einbindung von Elektrofahrzeugen in die Infrastruktur gewinnen. Elektrische Mobili-
30
tät und Porsche – ein Widerspruch? Im
Gegenteil: Effizienz und Leistung vereint,
eben typisch Dr. Ing.
Forschungsfahrzeug Boxster E
Der Porsche Boxster bietet durch sein
Konzept als Mittelmotor-Sportwagen die
ideale Fahrzeugbasis für die alltagsnahe
Erprobung des Elektroantriebes: Der offene Zweisitzer ist sehr leicht und ermöglicht es, die neuen Komponenten Elektromaschine, Batterie und Hochvolttechnik
crashsicher im Fahrzeug unterzubringen.
Gleichzeitig garantieren Fahrleistungen
auf Niveau eines Boxster S mit kon ventionellem, verbrennungsmotorischem
Antrieb die zukunftsfähige Faszination
Sportwagen mit neuer Technologie. Das
Forschungsfahrzeug Boxster E existiert
in zwei Varianten: Die Version mit einer
Elektromaschine entwickelt 90 kW. In der
Variante mit zwei Elektromaschinen und
180 kW wird der Boxster E zum ersten
Boxster mit Allradantrieb (siehe Abbildung oben). Als Energiespeicher dient eine Batterie mit einer Kapazität von 29
kWh, von denen prinzipbedingt rund 26
kWh genutzt werden können – für eine
Batterie ein hervorragender Wert. Ihre
maximale Leistung liegt bei 240 kW, also
noch mal 60 kW mehr als der AllradBoxster E bei Volllast abfordert.
Hochvoltbatterie
Die Hochvoltbatterie wurde bei Porsche
Engineering entwickelt und aufgebaut.
Sie wurde insbesondere für den Einsatz
im Boxster E ausgelegt und liefert eine
sportwagentypische Leistung bei gleichzeitig leichter Bauweise und günstiger
Position im Fahrzeug. Die Traktionsbatterie ersetzt den Verbrennungsmotor des
herkömmlich mit Mittelmotor angetriebenen Serienfahrzeugs (siehe Abbildung
auf gegenüberliegender Seite). Dies wirkt
sich positiv auf den Schwerpunkt des
Fahrzeugs und damit auch auf dessen
Fahrdynamik aus.
Die verwendeten Zellen aus Lithium-EisenPhosphat (LiFePO4) bieten einen sehr
guten Kompromiss zwischen Energie- und
Elektromobilität
Boxster E
Die Batterie des Forschungsfahrzeugs Boxster E ist an derselben Stelle positioniert wie der Mittelmotor des Serienfahrzeugs
Leistungsdichte und gelten als besonders
robust und sicher. Bei circa 400 Volt ist
die Batterie voll aufgeladen. Angestrebt
wird eine Reich weite von 170 Kilometern im Neuen Europäischen Fahrzyklus
(NEFZ). In Abhängigkeit der Fahrweise ist
eine Reichweite von über 150 Kilometern
möglich. Die entstehenden elektrischen
Ströme können über 600 Ampere betragen. Diese zu bändigen, stellte eine besondere Herausforderung dar. Dies gilt
insbesondere für die Konstruktion und
Auswahl der elektrischen Komponenten.
Die wesentliche Struktur übernimmt
ein zentraler Tragrahmen, der in Leichtbauweise aus hochfestem Aluminium
hergestellt wird (siehe Abbildung unten
links). An diesem Tragrahmen sind alle
Komponenten im Inneren der Batterie
befestigt. Die beiden Deckel aus glasfaserverstärktem Kunststoff dienen dem
Schutz vor Feuchtigkeit und Schmutz.
Um die elek tromagnetische Abschirmung zu gewährleisten, sind die Deckel
mit einem leitfähigen Lack beschichtet
(siehe Abbildung unten rechts).
Der Tragrahmen der Batterie besteht aus hochfestem, in Leichbauweise
hergestelltem Aluminium
Hochvoltanschlüsse für Schnellladung unter 30 Minuten
Die Zellen sind in insgesamt zehn quaderförmigen Modulen mit jeweils 44
Einzellzellen untergebracht. Es gibt fünf
Module in der oberen Hälfte der Batterie.
Weitere fünf Module sind im unteren Teil
hängend angebracht. Im oberen Bereich
der Batterie befinden sich Sicherungen,
Schütze und elektrische Verteiler. Die
Batterie verfügt über insgesamt fünf
Hochvoltanschlüsse für zwei Antriebs-
Der Deckel der Batterie ist speziell beschichtet, um die elektromagnetische
Abschirmung sicherzustellen
31
Elektromobilität
Boxster E
Cool bleiben
Querschnitt durch die Batterie des Boxster E
mit Darstellung des Kühlkreislaufs
Überwachung der Batterie
motoren sowie je einen Klimakompressor, Ladegerät und Heizer. Am Hochvolteingang ist das interne Ladegerät
angeschlossen, mit dem die Batterie
mit 3,3 kW Leistung über eine normale
Haushaltssteckdose geladen werden
kann. Mit einem externen Schnellladegerät sind jedoch auch höhere Ladeleistungen von bis zu 60 kW möglich, was
die Ladezeit auf unter 30 Minuten reduziert. Das Gewicht der Batterie beträgt
341 Kilogramm.
Beim Betrieb von Lithiumbatterien muss
gewährleistet werden, dass sich deren
Spannung ständig in einem vom Hersteller vorgegebenen Bereich befindet.
Über- oder Unterspannung kann die Lebenserwartung der Zellen reduzieren oder
diese im Extremfall zerstören. Ähnliches
gilt für die Betriebstemperatur. Zu warme
Zellen altern schneller, zu kalte Zellen
liefern nur eingeschränkte Leistung.
Die Ladebuchse befindet sich wie der Tankdeckel
jedes Porsche Sportwagen vorne
An der Front der Module befinden sich
die Platinen der sogenannten Zellcontroller. Diese überwachen permanent
Spannungen und Temperaturen der Zellen. Die gemessenen Daten werden im
zentralen Batteriemanagementsystem
ausgewertet. Dieses System sendet die
notwendigen Informationen über das
Bordnetz an den Motor und das eingebaute 220 Volt Ladegerät. Somit wird im
Lade- und Fahrbetrieb die Batterie kontrolliert ge- beziehungsweise entladen.
32
Damit die Zellen in ihrem Temperaturarbeitsbereich von circa –10 bis +40 Grad
Celsius bleiben, müssen sie bei Bedarf
erwärmt oder gekühlt werden. So wird
die Batterie zum Beispiel im Ladebetrieb thermisch vorkonditioniert. Eine
besondere Herausforderung stellt die
Wärmeentwicklung bei sportlicher Fahrweise dar. Hier können in der Batterie
über 5 kW Wärmeverluste entstehen,
die abgeführt werden müssen. Würde
man eine Luftkühlung einsetzen, wäre
pro Sekunde ein Luftvolumen von 500
Litern erforderlich, was sich bei dem zur
Verfügung stehenden Bauraum nicht
umsetzen lässt. In der Mitte des Tragrahmens befinden sich daher fünf Kühlplatten, welche die Zellen jeweils eines
oberen und unteren Moduls mit Flüssigkeit kühlen.
Diese Platten sind zum einen so optimiert, das sie einen sehr guten Kontakt
zu den Zellmodulen aufweisen. Dies be wirkt einen optimalen Wärmetransport
in das Kühlmittel. Zum anderen sind
die Kühlkanäle so gestaltet, dass die
Druckverluste niedrig und die Verteilung der Temperatur in der Platte sehr
homogen ist.
Die Batteriekühlung ist in den Niedertemperaturkreislauf des Fahrzeugs ein gebunden. Bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen findet eine Erwärmung
über einen Hochvoltheizer statt. Bei
mittleren Temperaturen erfolgt der Wärme austausch über einen Luftwärmetauscher (Kühler). Bei hohem Kühlbedarf
erfolgt die Hinzuschaltung des Klimakompressors.
Elektromobilität
Boxster E
Porsche Engineering leistete einen wichtigen Beitrag bei der Entwicklung der Anzeige- und Bedienkonzepte des Boxster E
Schneller Wechsel in wenigen
Minuten
Alle elektrischen Anschlüsse sind durch
schnell lösbare Stecker realisiert. Auch
die Leitungen für die Wasserkühlung werden mit wasserdichten Schnellkupplungen aus dem Motorsport angeschlossen.
Steht eine Hebebühne zur Verfügung,
lässt sich die Batterie mit geeignetem
Werkzeug in wenigen Minuten wechseln,
was insbesondere im Entwicklungsbetrieb von Vorteil ist.
Werden die beiden Deckel entfernt,
sind alle Komponenten gut zugänglich.
Dies hat auch Vorteile für den Zusammenbau der Batterie, der sich unproblematisch und sicher bewerkstelligen lässt.
im Boxster E bestehen konnte. Bei den
Tests wurden zunächst mit moderaten
Leistungen alle Grundfunktionen des
Ladens und Entladens getes tet. Auch
die nominale Leis tung von über 200
kW wurde bei Porsche Engineering getestet.
Besonderes Augenmerk lag dabei stets
auf den Sicherheitsfunktionen rund um
die bereits beschriebene Überwachung
der Zellen. Eine weitere wichtige Funktion ist die korrekte Berechnung des
Ladezustands. Dieser wird erst nach
der Kalibrierung zahlreicher Parameter
im System verlässlich ermittelt und
dem Fahrer im Cockpit angezeigt.
Intelligent in Richtung Zukunft
Nach erfolgreichem Abschluss der umfangreichen Testverfahren stand dem Einbau in das Fahrzeug und der Präsentation
des Boxster E nichts mehr im Wege. Das
Resultat: Porsche-typische Leistung sowohl beim Ladeverhalten als auch beim
Fahren ab den ersten Metern. Und das
ganz ohne lokale Emissionen. Die Erkenntnisse aus der weiteren Erprobung
der drei vollelektrischen Fahrzeuge bilden den Grundstein für zukünftige Forschungs- und Vorentwicklungsaktivitäten
zum Thema Elektromobilität. Es sind also
noch einige weitere Kapitel der Porsche
Intelligent Perfomance zu erwarten ...
Härtetest
Nach dem Zusammenbau erfolgt der
Test. Ende 2010 wurde am Porsche
Engineering-Standort Bietigheim ein
Hochvoltprüfstand in Betrieb genom men . Hiermit wurde die Batterie samt
Batteriemanagement umfangreich getestet, bevor sie ihren ersten Einsatz
33
Elektromobilität
Wärmemanagement
Wärmemanagement von Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb
Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs stellt die Thermodynamik-Spezialisten von Porsche Engineering vor neue,
spannende Herausforderungen.
Traktionsbatterie
Kühlund
Heizkonzepte
Leistungselektronik
und elektrischer
Antrieb
Fahrgastkabine
Bei elektrifizierten Fahrzeugen verändert sich diese Aufgabenstellung. Neben
der Temperierung von Traktionsbatterien und der Kühlung von Leis tungs -
34
Aus thermischer Sicht sind beim Einsatz
von Lithium-Ionen-Akkus in Elektrofahrzeugen drei Hauptaspekte zu berück sichtigen: Bei Temperaturen unter null
Grad Celsius sinkt die Leistungsfähigkeit
der Batterie und somit die Reichweite
aufgrund nachlassender chemischer Reaktionen deutlich. Bei Temperaturen über
30 Grad Celsius nimmt die Alterung der
Batterie exponentiell zu und bei Temperaturen über 40 Grad Celsius kann es
zu einer irreversiblen Schädigung der
Batterie kommen.
elektronik, E-Maschine und Range-Extender steht speziell auch die energetisch
sinnvolle Verknüpfung dieser Kühlungsaufgaben sowie die effiziente Klima tisierung des Fahrzeuginnenraums im
Fokus.
Die Idealtemperatur für eine LithiumIonen-Traktionsbatterie gleicht in etwa
der Temperatur, bei der sich auch der
Mensch wohlfühlt. Um eine maximale
elektrische Leistung und eine lange
Lebensdauer zu erzielen, ist die Einhaltung eines Temperaturfensters von 20
bis 30 Grad Celsius von großer Bedeutung. Dabei ist zum einen das absolute
Temperaturniveau, zum anderen aber
auch eine ausreichend gute Homogenität der Temperaturverteilung in der
Batteriezelle sicherzustellen.
Da die derzeit noch eingeschränkte
Kapazität der Traktionsbatterie von EMobilen zu einer im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen deutlich geringeren
Reichweite führt, steht neben der Gewährleistung der Betriebsfunktion und
von Komfortaspekten die Energieeffizienz aller technischen Maßnahmen im
Vordergrund, zumal diese begrenzte
Reichweite durch Nebenverbraucher, wie
zum Beispiel Heiz- und Klimageräte, noch
einmal drastisch reduziert werden kann.
Die thermischen Einflüsse auf eine Batterie, wie Eigenwärme bedingt durch
den Batterieinnenwiderstand, Außentemperatur, Sonneneinstrahlung und
Wärmeverluste müssen daher durch
geeignete Temperierungsmaßnahmen,
also je nach Bedarf durch Heizen oder
Kühlen, kontrolliert und geregelt werden. Dies garantiert eine einwandfreie
Funktion im kundenrelevanten Temperaturbereich von –20 bis +45 Grad
Celsius.
Synergieeffekte
Bisher bestand die Aufgabe für die Porsche-Thermodynamiker unter anderem
darin, die Abwärme von Verbrennungsmotoren mit hoher Motorleistung effizient abzuführen, die thermische Stabilität und Funktion über ein optimiertes
Kühlsystem in allen relevanten Betriebspunkten sicherzustellen und mittels ausgeklügelten Thermomanagementstrategien
den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
Darüber hinaus galt es, die Kühlung, Belüftung sowie Hitzeschutzmaßnahmen
für Bauteile, Nebenaggregate oder das
Getriebe zu gewährleisten.
Kühlung der Batterie, Leistungselektronik und E-Maschine
Elektromobilität
Temperaturniveaus
T [°C]
140
120
fi Verbrennungsmotor
100
fi E-Motor
80
60
40
fi Leistungselektronik
UMGEBUNGSTEMPERATUR
fi
fi Batterie
20
Je nach Fahrzeugtyp (zum Beispiel
Mild-Hybrid, Vollhybrid, Plug-in-Hybrid,
vollelektrisches Fahrzeug ), Anforderungsprofil, Batterietyp, Zellchemie und
Zellgeometrie können verschie dene
Kühlmedien und -methoden zum Einsatz kommen. Man unterscheidet hier
zum Beispiel Luftkühlung, Kühl mittel kühlung oder Kältemittelkühlung so wie direkte Kühlung oder Sekundärkühlung.
Bei letzter Kühlungsvariante wird die
Batterie über einen externen Niedertemperaturkühler gekühlt und nur nach
Bedarf, also bei sehr hohen Außentemperaturen, kommt ein zusätzlicher Wärmeüberträger (Chiller) zum Einsatz, der
die niedrige Temperatur des verdampfenden Kältemittels aus dem Klimakreislauf auf den Batteriekühlkreislauf
überträgt.
Neben der Traktionsbatterie gilt es
beim Elektrofahrzeug aber auch noch
weitere Komponenten wie Elektromotor(en), Leistungselektronik und gegebenenfalls Range-Extender zu berück sichtigen.
Da diese Systeme alle mit unterschiedlichen Temperaturniveaus betrieben
und gekühlt werden müssen (siehe Abbildung links), ist man bestrebt, Synergieeffekte durch die Abstimmung der
verschiedenen Kühl- und Heizkreisläufe
aufeinander zu erzielen (siehe Abbildung gegenüberliegende Seite). Durch
eine Harmonisierung der Temperaturniveaus kann die Anzahl der unterschiedlichen Kühlkreisläufe reduziert
und somit Gewicht und Kosten eingespart sowie zusätzlicher Packageraum
gewonnen werden.
Bereits in der Konzeptphase entscheiden die Ingenieurinnen und Ingenieure
von Porsche Engineering, mit welchem
Kühlmedium und auf welche Art und
Weise gekühlt werden soll. Hierzu hat
Porsche Engineering eigens ein Thermal-Simulationstool entwickelt und durch
Versuche validiert. Damit kann bei vorgegebenen Leistungsdaten und Fahrprofilanforderungen bereits in einem frühen
Stadium der Fahrzeugentwicklung das
Wärmemanagement
optimale Kühl- und Heizkonzept erarbeitet und festgelegt werden.
In der unteren Abbildung sind beispielhaft Ergebnisse einer Simulation der
Batteriekühlung für den Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) dargestellt.
Basierend auf der errechneten Verlustleistung kann sowohl die Temperaturerhöhung der Komponenten bestimmt,
als auch der Kühlbedarf ermittelt werden.
Des Weiteren kann der Energiebedarf
für verschiedene Kühlkonzepte ausgegeben und somit das aus Gesamtfahrzeugsicht energetisch optimale Konzept ausgewählt werden.
Je nach Kundenwunsch konzipieren,
entwickeln und optimieren die Thermodynamiker von Porsche Engineering
das Gesamtfahrzeugkühlsystem, einzelne Kühl- und Heizkreisläufe oder
auch Einzelbauteile. Ein Beispiel dafür
ist die auf der nächsten Seite gezeigte
Kühlplatte aus der Traktionsbatterie
des Boxster E. Basierend auf einer
Simulationsergebnisse für ein Fahrzeug im NEFZ
—— T Ziele
—— T Kühlmittel
—— P Verlust
—— Geschwindigkeit
Zeit fi
35
Elektromobilität
Wärmemanagement
leitung bewusst zu fördern oder gezielt
einzudämmen.
Batterie-Kühlplatte Boxster E
Temperatur
analytischen Grundauslegung mit dem
erwähnten Thermalmodell wurde die
Kühlplatte geometrisch konzipiert und
mit numerischer Strömungssimulation
(CFD) optimiert. Das Ergebnis ist ein
optimal auf das Batteriepaket angepasster, hocheffizienter Wärmetauscher mit
geringem Druckverlust, hoher Kühlleistung und sehr homogener Temperaturverteilung bei gleichzeitig optimiertem
Gewicht.
Innenraumklimatisierung
Eine weitere Herausforderung bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist die
Bereitstellung von Heiz- und Kühlleis tung für den Innenraumkomfort sowie
für sicherheitsrelevante Aspekte wie die
Beschlagfreihaltung der Scheiben oder
die Scheibenenteisung (Defrost-Funktion). Die vom konventionellen Fahrzeug
gewohnte und von den Kunden erwartete Innenraumklimatisierung benötigt an
heißen und feuchten Tagen einen Energiebedarf von bis zu 3 kW und zum Heizen im Winter bis zu 7 kW. Da die Abwärme vom Verbrennungsmotor jedoch
fehlt, wird dieser Energiebedarf meist
aus der Traktionsbatterie gedeckt, zum
36
Beispiel durch den Einsatz eines Hochvolt-PTC-Zuheizers.
Fazit: Herausforderungen und
Lösungen
Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen
fällt die konventionelle verbrennungsmotorische Kühlung ganz oder zumindest
teilweise weg. Durch den Entfall der Motorabwärme sowie der Möglichkeit, über
den Verbrennungsmotor Nebenaggregate anzutreiben, müssen sowohl aus thermischer als auch aus energetischer Sicht
neue Lösungen entwickelt werden.
Wie Berechnungen zeigen, können solche Heizkonzepte genauso viel Leistung
wie das eigentliche Fahren benötigen
und damit die Reichweite um bis zu 50
Prozent reduzieren. Damit der Endkunde nicht vor die Frage „Frieren oder fahren?“ gestellt wird, entwickelt man bei
Porsche Engineering neue und innovative Ansätze. Bedarfsgerecht, je nach
Fahrzeugtyp und Anforderungsprofil,
können Zuheizkonzepte basierend auf
regenerativen Kraftstoffen oder Kom binationen aus Wärmepumpe, Latent wärmespeicher und luft- sowie wasserseitigen Zuheizern zusammengestellt
und integriert werden.
Diesen Herausforderungen begegnen
die Ingenieurinnen und Ingenieure von
Porsche Engineering mit der Thermo managementkompetenz aus dem klassi schen Sportwagenbau sowie den Erfahrungen aus Eigenentwicklungen im
Bereich der Elektromobilität.
Da die Porsche-Entwicklerinnen und -Entwickler stets auch das gesamte Fahrzeug im Auge haben, werden im Rahmen
von Wärmemanagementoptimierungen
auch Sekundärmaßnahmen betrachtet
und auf Effizienz und Umsetzbarkeit
hin überprüft. So kann der Einsatz von
innovativen (Dämm-) Materialien und
Konzepten zur Innenraum- und Bauteilisolierung zielführend sein, um Wärme-
Unter Einbeziehung sämtlicher Entwicklungswerkzeuge, von der Simulation und
Berechnung über den klassischen Komponentenversuch am Prüfstand bis zum
Gesamtfahrzeugversuch auf der Teststrecke, entwickelt Porsche Engineering
Bauteile, Module und Gesamtsysteme
zur thermischen Absicherung und Optimierung von Fahrzeugen und Produkten aller Art.
Dies führt zu einem komplexen Wär memanagement auf unterschiedlichen
Temperaturniveaus für die Kühlung der
Batterie, der E-Maschine, der Leistungselektronik und gegebenenfalls eines
Range-Extenders. Auch die Innenraumklimatisierung wird technisch anspruchsvoller.
Elektromobilität
Hybrid-Mountainbike und Seabob
Die Elektrifizierung der Mobilität – das Porsche-Mountainbike
Hybrid RS und der Seabob
Seien es der Panamera S Hybrid, der
918 Spyder, der Cayenne S Hybrid oder
der 918 RSR: Die Integration elektrischer Leistung in Porsche-Fahrzeuge mit
klassischem Verbrennungsmotor schreitet stetig voran. Doch auch im Kleinen
hat Porsche Engineering bereits bewiesen, dass elektrische Energie die Fortbewegung effizienter gestalten kann. Beim
Prototypen Mountainbike Hybrid RS und
beim Serien-Wassersportgerät Seabob
liefern Batterien die Energie für neue
Höchstleistungen.
Anfang 2010 wurde die Idee geboren,
die Hybrid-Kompetenz von Porsche bei
der Präsentation des Porsche Cayenne
S Hybrid durch die Entwicklung eines
Hybrid-Mountainbikes zu unterstreichen.
Innerhalb kurzer Zeit entwickelten die Ingenieure von Porsche Engineering voll
funktionsfähige Prototypen von HybridMountainbikes, die sie im Rahmen der
Cayenne S Hybrid-Präsentation vorstellten.
Bereits im Jahr 2009 beschäftigte sich
Porsche Engineering im Rahmen einer
Studie mit der Entwicklung solcher sogenannter Pedelecs (Pedal Electric Cycles).
Im Gegensatz zu konventionellen Fahrrädern sind Pedelecs mit einem zusätzlichen Elektromotor ausgestattet, sodass
neben der Muskelkraft elektrische Energie
für den Antrieb des Fahrrads zur Verfügung steht. Die elektrische Energie kann
bei einem Pedelec allerdings nur genutzt
werden, wenn der Fahrer gleichzeitig in
die Pedale tritt. Die Rekuperation in einem
Pedelec erfolgt analog zum Automobil
beim Bremsvorgang. Dies bedeutet, dass
Energie während des Bremsvorgangs zurückgewonnen wird und in der PedelecBatterie zwischengespeichert wird. Sie
steht dem System anschließend zu Antriebszwecken wieder zur Verfügung.
Die Merkmale des entwickelten Demobikes für die Cayenne S Hybrid-Präsentation entsprechen ganz denen eines typischen Porsche: Das Mountainbike Hybrid
RS ist leistungsstark, leicht und dennoch
geländegängig (Full Suspension Mountainbike). Auch das Design spielte bei der
Entwicklung eine wichtige Rolle: Es wurde
37
Elektromobilität
Wert auf einen sportlichen Auftritt mit
hochwertigen Komponenten im PorscheDesign gelegt. Eine Hybrid-Botschaft auf
dem Rahmen ziert das Mountainbike.
wickelt wurde. Auf Wunsch lassen sich
mit der App zu Trainingszwecken Bergauffahrten simulieren, indem ein elektrisches Bremsmoment festgesetzt wird.
Das Porsche-Bike Hybrid RS verfügt
über einen leichten Karbon-Rahmen,
der ein Gesamtgewicht von weniger als
16 kg ermöglicht. Der elektrische Nabenmotor mit Direktantrieb kann ohne
zusätzliches Getriebe bis zu 450 Watt
auf das Hinterrad bringen. Die Energie
liefert ein Lithium-Mangan-Akku mit 161
Wh, der anstelle der Trinkflasche am
Rahmen angebracht ist.
Während der Präsentation des Cayenne
S Hybrids in Leipzig konnten sich nationale und internationale Journalisten von
den vielfältigen Funktionen des Mountainbikes Hybrid RS sowie dem einhergehenden Fahrspaß überzeugen. Porsche Engineering hat die Hybridisierung
erfolgreich auf zwei Räder übertragen.
Einziger Wermutstropfen des Hybrid RS:
Das Mountainbike ist eine Konzeptstudie
und nicht als Serienprodukt geplant.
Der Antrieb wird per Drehmoment-Sensierung geregelt: Sobald in die Pedale
getreten wird, liefert der Motor zusätzliches Drehmoment und verstärkt damit
die reine Muskelkraft des Fahrers. Somit können mühelos selbst steile Hänge
erklommen und rasante Touren unternommen werden. Die elektrische Unterstützung reicht rund 50 Kilometer. Bei
gezogener Bremse (zum Beispiel bei der
Bergabfahrt) wird der Antriebsmotor zum
Generator und baut ein elektrisches
Eine eigens entwickelte App visualisiert unter anderem die momentanen Energieflüsse
Bremsmoment auf. Die patentierte Bremse erkennt mittels Sensorik den Winkel
des Bremshebels und liefert diese Information für eine stufenlose Rekuperation.
Die Motor-Unterstützung ist in verschiedenen Stufen wählbar und wird über ein
iPhone geregelt, das mit einer Halterung
am Lenker angebracht ist. Die von Porsche Engineering programmierte App
steuert nicht nur den Elektromotor, sondern visualisiert außerdem die momentanen Energieflüsse und den Ladezustand
der Batterie. Das iPhone kommuniziert
per W-LAN mit der Steuerelektronik, die
ebenfalls von Porsche Engineering ent-
In guter Gesellschaft: Das Hybrid-Bike wurde gemeinsam mit dem Porsche Cayenne S Hybrid präsentiert
38
Im Wasser hingegen bewegt sich schon
seit längerer Zeit ein Serienprodukt, bei
dem Porsche Engineering einen entscheidenden Beitrag zur Effizienzsteigerung der Fortbewegung geleistet hat:
Das Wassersportgerät Seabob sorgt
mittels elektrischem Antrieb für umweltfreundlichen Fahrspaß an der Wasseroberfläche und in der Tiefe.
Per Gewichtsverlagerung des Körpers
lässt sich das ungewöhnliche Fun-Sportgerät ganz einfach steuern. Die Geschwindigkeit wird dabei anhand des
Controlgrips geregelt. Der rund 64 Kilogramm schwere und mit einem sieben
PS (5,2 kW) starken Elektro-Jetantrieb
ausgestattete Seabob erreicht 15 bis 20
Stundenkilometer und könnte bis zu 40
Meter tief tauchen. Die serienmäßige
Voreinstellung erlaubt allerdings aus
Sicherheitsgründen zunächst nur eine
Tauchtiefe von 2,5 Metern. Sie kann jedoch mittels PIN-Eingabe auf einen tieferen Wert eingestellt werden. Den Schub
erzielt der Antrieb durch das Jetstream-
Elektromobilität
Prinzip. Der kraftvoll rotierende Impeller
saugt Wasser an und presst es mit hohem Druck durch den Jetkanal nach außen. Doch nicht nur bei Fahrspaß und
Optik überzeugt der Seabob des Herstellers Cayago. Auch die Technik hat dank
der Entwicklungsarbeit einiges zu bieten.
Die Ingenieurinnen und Ingenieure von
Porsche Engineering ent wickelten für
das patentierte Wassersportgerät drei
Elektronikkomponenten: den Akku-Manager, die Motorsteuerung und das Bedienteil mit grafischem Display.
Mit einer Kapazität von 40 Amperestunden pro Vier-Volt-Zelle überwacht der
Akkumanager die Funktionsfähigkeit der
im Gerät verbauten Lithium-Ionen-Akkus,
die sonst auch in der Weltraumtechnik
Anwendung finden. Um die Lithium-IonenAkkus vor Beschädigungen zu schützen,
wurde eine spezielle Elek tronik ent wi ckelt, welche die Zellspannungen einzeln überwacht. Der Akku-Manager steuert ebenso die Stromüberwachung und
Stromabschaltung für das Laden und
Entladen des Akkus. Zudem überwachen
mehrere Sensoren die Einhaltung der
Betriebstemperatur. Die Elektronik sorgt
durch Cell-Balancing dafür, dass alle
Zellspannungen gleich groß sind. Damit
kann ein Auseinanderdriften der in Serie
geschal teten Akkuspannungen verhindert werden.
Der Motor des Seabob verursacht keine
Emissionen und ist fast lautlos. Seine
Steuerung arbeitet mit einem digitalen
Signalprozessor (DSP) und erzeugt aus
der Akkuspannung einen dreiphasigen,
sinusförmigen Drehstrom. Bei der Zwischenkreisspannung von maximal 60 Volt
werden Strangströme von bis zu 200
Ampere erzeugt. Die Leistungsendstufe
ist sogar für bis zu 250 Ampere ausgelegt. Der Motor hat eine Nennleistung von
bis zu 7,5 Kilowatt und kann bis auf das
Doppelte überlastet werden. Die Rotorposition wird über drei Hall-Sensoren erfasst. Bei der Maschine handelt es sich
um einen High-Torque-Synchron-Antrieb.
Durch modernste Technologie erzielt der
Motor trotz kompakter Gesamtbaugröße
ein optimales Drehmoment mit einem
Batteriebetriebener Fahrspaß sowohl über als auch unter Wasser: der Seabob
außergewöhnlichen Wirkungsgrad von
über 96 Prozent. Bei einem Dauertest
mit mehr als 10.000 Betriebsstunden unter Volllast gab es am Triebwerk weder
Störungen noch Leistungsabfall.
Das beleuchtete LCD-Display zeigt alle
wichtigen technischen Daten zur Motorelektronik gut lesbar an. Dazu gehören
die aktuelle Fahrleistung, die Restbetriebsdauer und der Akku-Ladestand.
Darüber hinaus erhält der Fahrer über
das Display Informationen über Tauchtiefe
und Wassertemperatur. Über eine inte grierte Infrarotschnittstelle können zudem Software-Updates eingespielt und
Diagnosedaten ausgelesen werden. Ebenso lassen sich notwendige Programmierfunktionen über das LCD-Display komfortabel kontrollieren.
Das Ergebnis: ein Wassersportgerät, das
intuitiv bedienbar ist, über eine intelligente Akku- und Motorsteuerung verfügt
sowie einen unverwechselbaren Fahrspaß
garantiert. Und damit ist noch lange
nicht Schluss: Derzeit arbeitet Porsche
Engineering gemeinsam mit Cayago an
einem wesentlich leichteren Modell, das
für noch mehr Fahrspaß sorgen wird.
Ganz gleich, ob Hybrid-Bike oder Seabob: Porsche Engineering überträgt die
Kompetenzen im Bereich Elektromobilität
auf unterschiedlichste Anwendungen –
auch wenn es sich dabei einmal nicht um
Automobile handelt.
39
Elektromobilität
Panamera S Hybrid
Panamera S Hybrid: Porsche Gran Turismo
setzt neuen Klassen-Maßstab
Mit dem Panamera S Hybrid schlägt Porsche ein neues
Kapitel der Porsche Intelligent Performance auf und schreibt
die Erfolgsgeschichte des viertürigen Gran Turismo fort.
167 g/km CO2 – auf einem in dieser
Klasse bisher nicht erreichten niedrigen Niveau.
Das kann nur der Panamera S
Hybrid: Segeln bis 165 km/h
Ohne Verzicht auf Sportlichkeit und Eleganz verbindet das neue Hybridmodell
eine Gesamtleistung von 380 PS (279
kW) mit einem Verbrauch von im besten
Fall nur 6,8 Liter Kraftstoff auf 100 Kilometer nach NEFZ (Neuer Europäischer
Fahrzyklus). Das entspricht einem CO2Ausstoß von lediglich 159 g/km. Damit
ist der Panamera S Hybrid nicht nur
der sparsamste Porsche aller Zeiten, er
schlägt auch alle Vollhybrid-Serienfahr-
40
zeuge der Luxusklasse, in Verbrauch und
CO2-Emissionen um Längen.
Diese Werte erreicht er mit den eigens
für den Panamera entwickelten, optionalen All-Season-Reifen von Michelin
mit nochmals verringertem Rollwiderstand. Aber selbst mit der serienmäßigen Bereifung liegt der Kraftstoffverbrauch des neuen Porsche-Hybridmodells
mit 7,1 l/100 km im NEFZ – entsprechend
Der Panamera S Hybrid setzt sowohl in
den klassischen als auch in den für Hybridfahrzeuge charakteristischen Fahrleistungen Meilensteine. Die Beschleunigung aus dem Stand auf 100 km/h
absolviert der Panamera S Hybrid in
6,0 Sekunden, die Höchstgeschwindigkeit ist bei 270 km/h erreicht. Die rein
elektrische Reichweite liegt bei rund
zwei Kilometern, elektrisches Fahren ist
Elektromobilität
je nach Fahrsituation bis zu 85 km/h
möglich. Der Porsche-Hybridantrieb ermöglicht darüber hinaus als weltweit
einziges System auch die Erschließung
von weiteren Verbrauchspotenzialen
in höheren Geschwindigkeitsbereichen
durch das sogenannte „Segeln“ auf Autobahnen und Landstraßen. Dabei wird
bei Geschwindigkeiten von bis zu 165
km/h (Cayenne S Hybrid: 156 km/h) in
Phasen ohne Antriebsleistung der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang
abgekoppelt und abgeschaltet.
Ein starkes Team: Kompressor und
Elektromaschine
Der Panamera S Hybrid wird von dem
Motorenteam angetrieben, das sich bereits im Cayenne S Hybrid bewährt hat:
Den Hauptantrieb übernimmt ein Dreiliter-V6-Kompressormotor mit 333 PS
(245 kW), der von einer 47 PS (34 kW)
starken Elektromaschine unterstützt
wird. Beide Maschinen können den Panamera S Hybrid jeweils allein oder mit
vereinten Kräften antreiben. Die Elektromaschine dient darüber hinaus als Generator sowie als Starter. Sie bildet zusammen mit der Trennkupplung das
kompakte Hybridmodul, das zwischen
Verbrennungsmotor und Getriebe sitzt.
Die E-Maschine ist mit einer NickelMetallhydrid-Batterie (NiMh) verbunden, in der die beim Bremsen und
Fahren gewonnene elektrische Energie
gespeichert wird. Die Kraftübertragung
übernimmt serienmäßig die aus den
Cayenne-Modellen bekannte AchtgangTiptronic S mit einer weiten Spreizung
der Gänge.
Die maximale Leistung des Panamera
S Hybrid steht dem Fahrer beim sogenannten „Boosten” zur Verfügung. Dabei werden die Antriebsmomente des
Verbrennungs- und Elektromotors überlagert und addieren sich. Dies ist ein
weiterer großer Vorteil des PorscheHybridkonzepts. Während der Verbrennungsmotor sein maximales Drehmoment von 440 Nm bei 3.000/min bis
Panamera S Hybrid
5.250/min entwickelt, kann die Elektromaschine ihr volles Drehmoment von
bis zu 300 Nm bereits aus dem Stillstand zum Vortrieb nutzen. Die maximale Leistung der beiden Antriebe von 380
PS steht bei 5.500/min zur Verfügung,
während das kombinierte Drehmoment
von 580 Nm bereits bei 1000/min einen bulligen Antritt garantiert.
Wie der Porsche Cayenne S Hybrid verfügt auch der Panamera S Hybrid über
die E-Power-Taste in der Mittelkonsole,
deren Aktivierung den Bereich erweitert, in dem rein elektrisch gefahren
werden kann. Die Aktivierung wird zum
einen über eine LED auf der Taste angezeigt und zum anderen leuchtet im
Kombiinstrument ein blauer Hinweistext
„E-Power”. Im E-Power-Modus wird die
Gaspedalkennlinie verändert, sodass
Beschleunigungswünsche wesentlich
moderater umgesetzt werden und ein
frühzeitiger automatischer Start des
Verbrennungsmotors bei höherer Leistungsanforderung verhindert wird.
Der PorscheHybridantrieb
ermöglicht in
Phasen ohne
Antriebsleistung
das Abkoppeln
und Abschalten
des Verbrennungsmotors
41
Electromobility
Panamera S Hybrid
Porsche exclusive: the parallel full
hybrid, compact and powerful
Instead of using a power-branched hy brid drive, Porsche went for a parallel full
hybrid. There were numerous reasons
for this decision. Unlike other hybrid systems, which offer particular advantages
for stop-and-go city driving, the system
developed by Porsche also provides the
additional option to “sail” in the Panamera S Hybrid, with the combustion engine switched off and at speeds of up
to 165 km/h (103 mph). The parallel full
hybrid model also allows the kind of
acceleration and elasticity typical of a
Porsche without the so-called rubber
band-effect of power-branched hybrid
systems. The concept therefore fits perfectly with the Porsche philosophy: exceptional driving performance combined with the highest level of efficiency.
Another advantage is the comparatively
small amount of space required: at only
147.5 millimeters long, the full hybrid
module is particularly compact. It is po-
In line with the Porsche philosophy: exceptional driving performance combined with maximum efficiency
sitioned between the combustion engine and the transmission, and consists
primarily of the ring-shaped synchronous motor and a decoupler on the side
connected to the combustion engine. In
this way, the power flux and characteristics are the same as a conventional drive.
Additionally, the Porsche hybrid does not
add much extra weight. The Panamera S
Hybrid weighs only 1,980 kilograms
(4,361 lbs.) when empty and is therefore
quite trim for its class. It can also take a
load of up to 505 kilograms (1,112 lbs.).
Porsche Communication Management (PCM) shows the hybrid drive in operation and energy flows in detail
42
Porsche Engineering Magazine 1/2011
Impressive equipment
The range of standard equipment for
the Panamera S Hybrid is even wider
than that of the already extensive standard equipment of the Panamera S with
eight-cylinder engine. For example, the
hybrid model is fitted as standard with
the adaptive air suspension including
the adaptive shock-absorber system with
PASM, with Servotronic and a rear wiper.
The new Gran Turismo also features the
innovative display design from the Cayenne S Hybrid that provides the driver
with all the relevant information about
the vehicle’s specific hybrid driving status. The performance of both power
sources as well as all of the relevant statistics related to the hybrid drive are displayed to the driver on the TFT display
in the instrument cluster. The driver can
see the charge state of the traction battery and the energy flows, illustrated by
an arrow in the direction of flow, in real
time on the display. The Panamera S
Hybrid creates totally novel highlights
in the luxury segment – from sporty to
environmentally friendly – and thus underlines the strategic importance of
Porsche Intelligent Performance.
www.porsche-engineering.de
Porsche Engineering
driving identities
www.porsche-consulting.com
80 Jahre effiziente Entwicklungsleistung in Summe:
keine Ressource zu viel und kein Traum zu wenig.
Porsche Consulting gratuliert Porsche Engineering herzlich zum 80-jährigen Jubiläum
und freut sich auf die weitere erfolgreiche Zusammenarbeit.
Porsche Consulting
Einfach. Schnell. Erfolg erfahren.

Porsche Engineering Magazin

Transcription

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