ZF E-Achsantrieb: Das vollintegrierte System für batteriebetriebene, Brennstoffzellen- oder Hybridfahrzeuge ist die erste Serienanwendung, die auf einem neuen modularen Ansatz von ZF basiert.
ZF
Das erste elektrische Antriebssystem, das auf einem neuen modularen Ansatz von ZF basiert, soll 2018 bei einem europäischen Automobilhersteller in Serie gehen, wie der Zulieferer im Rahmen des Genfer Autosalons bekannt gibt.
Kern des Antriebs für verschiedene Fahrzeug- und Leistungsklassen ist ein mittig auf der Achse positioniertes Antriebssystem, dessen elektrische Maschine als Asynchronmaschine (ASM) ausgelegt ist, erklärt ZF. Die elektrische Maschine soll bis zu 150 kW leisten. Die elektrische Maschine, ein zweistufiges Ein-Gang-Getriebe samt Differenzial sowie die Leistungselektronik bilden eine hochintegrierte und kompakte Einheit. Das System eigne sich als rein elektrischer Antrieb für batteriebetriebene, Brennstoffzellen- oder Hybridfahrzeuge. Das Konzept sieht eine Anwendung des Antriebs sowohl für die Vorder- als auch für die Hinterachse vor. Die Produktion wird laut Zf in Schweinfurt erfolgen. Dort ist auch der Sitz der neuen Division E-Mobility, in der ZF seine Aktivitäten zum Thema Elektromobilität bündelt. Der Startschuss zur Errichtung der notwendigen Produktionsanlagen sei bereits erfolgt.
Modularer Ansatz für elektrische Achsantriebe
Der neue modulare Ansatz für elektrische Achsantriebe von ZF soll mit verschiedenen Leistungsklassen und Baulängen die Anforderungen unterschiedlicher Kunden und Modelle abdecken – von Kompaktwagen bis hin zu leichten Nutzfahrzeugen. Der Einsatz der Antriebssysteme ist in Hybrid-, Brennstoffzellen- sowie batteriebetriebenen Fahrzeugen möglich.
Hochintegriertes Antriebssystem
In einem achsparallelen elektrischen Antriebsmodul integriert ZF eine elektrische ASM, ein zweistufiges Ein-Gang-Getriebe, Differenzial, Gehäuse und Kühler sowie die Leistungselektronik samt Software. Motor und Getriebe teilen sich ein Gehäuse, was zu Vereinfachungen in der Produktion und für die Endmontage beitragen soll. Das System leistet bis zu 150 kW und das maximale Motormoment von 380 Nm wird zu einem Achsmoment von 3500 Nm übersetzt. Das gesamte Antriebssystem soll 113 Kilogramm wiegen kompakt ausfallen. Die komplette Einheit ist axial rund 450 mm lang, 380 mm breit und 510 mm hoch. Das kompakte Design bedeutet gleichzeitig weniger Materialeinsatz und benötigt weniger Bauraum.
Drehzahlen von rund 13.000 Umdrehungen pro Minute stellen in puncto Geräuschentwicklung besondere Anforderungen an das Getriebe. ZF setzt hier auf eine achsparallele Ein-Gang-Übersetzung im Verhältnis 9,6:1, die das Drehzahlniveau in zwei aufeinanderfolgenden Stirnradstufen absenkt. Die Optimierung der Verzahnung sowie eine verlustarme Lagerung der drehenden Teile führen nicht nur zu einer Geräuschsenkung sondern auch zu einem sehr hohen Wirkungsgrad über weite Betriebsbereiche hinweg. Ein integrales Gesamtkühlkonzept, das sowohl die Leistungselektronik als auch die elektrische Maschine einschließt und den Rotor der elektrischen Maschine versorgt, rundet das innovative Design ab. Daraus ergeben sich sehr gute akustische und dynamische Eigenschaften des elektrischen Antriebs im Fahrzeug.
Verlustarme Umwandlung
Mit der Integration der Leistungselektronik in den elektrischen Antrieb will ZF ein Problem lösen, das in vielen rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen beim Zusammenspiel zwischen elektrischer Maschine und Leistungselektronik auftritt. Letztere wandelt den Batterie-Gleichstrom in den für die E-Maschine benötigten dreiphasigen Wechselstrom um. Genau dabei komme es laut Zf in bestimmten Fahrzyklen zu merklichen Verlusten. Diese sollen beim elektrischen Achsantriebssystem von ZF vermindert werden: Durch das Anheben der Ansteuerspannung mithilfe spezieller Modulationsverfahren lässt sich der Motorstrom bei unveränderter Leistung absenken. Unter Berücksichtigung üblicher Fahrzyklen trage dieses Verfahren deutlich zur Erhöhung der Reichweite bei.
"ZF treibt den Wandel zur Elektromobilität weiter aktiv voran. Mit einem möglichst modularen Ansatz für elektrische Antriebe bieten wir unseren Kunden eine individuelle Lösung und stellen gleichzeitig einen hohen Anteil in der Verwendung von Standardelementen sicher", erläutert Jörg Grotendorst, Leiter der neuen Division E-Mobility. "Das effiziente und kompakte Antriebssystem von ZF zeigt, dass die Systemintegration von Getriebe, E-Maschine und Leistungselektronik eine Schlüsselkompetenz darstellt, die wir unseren Kunden aus einer Hand bieten können." ZF produziert heute bereits elektrische Maschinen, Achsgetriebe und elektronische Steuerungen einzeln in Großserie. "Der erste Serienauftrag ab 2018 bestätigt uns darin und wir werden diesen systemischen Ansatz auf Lösungen vom Mildhybrid bis zum elektrischen Vollantrieb konsequent weiter ausbauen", so Grotendorst.