ZF Global Tec Day: Von Cargobike bis Truck elektrisch und smart

Elektromobilität viel effizienter machen, dazu kann Thermomanagement immer noch extrem viel beitragen. Weshalb ZF jetzt ein eigens Thermomanagementsystem für Elektrofahrzeuge entwickelt hat. Das neue System trägt nicht nur zu einer kompakteren Bauform des Antriebs bei, sondern soll auch die Reichweite der Fahrzeuge im Winter um bis zu einem Drittel steigern, vor allem bei sehr niedrigen Temperaturen. Im Zusammenspiel mit einem optimierten elektrischen Antriebsstrang aus Leistungselektronik, Motor und Reduziergetriebe auf 800-Volt-Siliziumkarbid-Basis soll das System Maßstäbe bei Kompaktheit und Gewicht setzen. Einen bedeutenden Beitrag zu höherer Effizienz leistet auch die neu entwickelte Antriebssoftware.

Neuer Antriebsstrang ohne seltene Erden

Der neue Antriebsstrang ist frei von schweren Seltenen Erden und kann aufgrund der modularen Bauweise von Automobilherstellern flexibel eingesetzt werden. Nach Vorstellung des Konzepts im vergangenen November hat ZF die neue Generation des elektrischen Antriebs mit Thermomanagement nun in einem Konzeptfahrzeug verwirklicht, dem sogenannten EVbeat auf Porsche Taycan-Basis. In ihm hat ZF die Komponenten des elektrischen Antriebstranges optimiert und zu einem ganzheitlichen System zusammengefasst.

Leichter und effizienter: Die nächste Antriebsgeneration steht bereits parat

Das Antriebspaket soll ein um 30 Prozent geringeres Gesamtgewicht haben und ermöglicht so zusammen mit dem Thermomanagement eine Drehmomentdichte von 70 Newtonmetern pro Kilogramm Antriebsgewicht. Das ist laut ZF ein Spitzenwert für Pkw mit Straßenzulassung, die derzeit auf dem Markt verfügbar sind. Doch steigen wir etwas tiefer ein: Ein Geheimnis der neuen Effizienz ist E-Motor Silizium-Carbid, das ist zwar teurer als Silizium, spart aber Strom.

Schaltgetriebe kann man sich laut Otmar Scharrer, dem Leiter F&E der elektrischen Antriebstechnik bei ZF, sparen, denn die Drehzahlspanne der E-Maschinen werde immer größer. Außerdem reduziert ein Mehrganggetriebe im Pkw die Effizienz und wiegt wieder extra. Auch die neue Generation ist als Modul-Baukasten angelegt und soll ab 2026 in Serie gehen. Gegenüber der gerade erst gelaunchten Generation im Lotus Eletre baut sie rund zehn Kilogramm (oder rund dreißig Prozent) leichter, leistet aber nur 200 statt 275 kW, kann dafür länger eine höhere Dauerleistung halten. Wichtig ist das bei leichten Nutzfahrzeugen unter Volllast oder wenn man mit großen E-Pkw oder Vans schwere Trailer zieht. 

Die Kühlkreisläufe von E-Maschine und Leistungselektronik sind getrennt

Auch die bisher verbaute Hairpin-Konstruktion mit 200 Schweißpunkten änderte man ab: Jetzt genügen in der Spule zehn Schweißpunkte -  denn jeder Punkt, der geschweißt werden muss, kostet in der Produktion Aufwand und könnte - rein theoretisch - brechen. So baut der neue Motor kleiner, kürzer, außerdem wurde die Kühlung modifiziert: E-Maschine und Leistungselektronik wurden voneinander getrennt, denn Letztere ist temperaturempfindlicher.

Kältemittel: Propan R290 statt R1234yf – doch dazu braucht es die Genehmigung der Behörden

Auch die Wärmepumpe ist jetzt vollkommen gekapselt, sodass 200 Gramm Kältemittel statt bisher 700 bis 800 Gramm genügen. Und: man nutzt Propan R290, das bei Minusgraden viel leistungsfähiger ist: Bei Minusgraden kann man so aus einem Kilowatt Energie 2,5 kWh Wärme ziehen, was wiederum den Energieverbrauch merklich reduziert oder umgekehrt – die Reichweite laut Otmar Scharrer bei minus 20 Grad um bis zu 50 Kilometer erhöhen kann – bei einem Fahrzeug, für das rund 500 Kilometer Reichweite nach WLTP angegeben sind. A

ber die Physik des Propans hilft auch bei deutlich höheren Temperaturen: Auch bei plus 30 Grad steigt die Reichweite. Weniger stark sind die Gewinne gegenüber Modellen mit Wärmepumpe bei minus zehn Grad – wichtig ist immer, dass der Akku entsprechend vorkonditioniert wird. Ein weiterer kleiner Vorteil von Propan gegenüber dem R1234yf: Es ist zwar auch brennbar und toxisch, kommt aber natürlich vor und muss nicht künstlich erzeugt werden, aber: Einmal mehr braucht es hier die Zulassungsbehörden, um Propan statt y1234yf zuzulassen.

Aber braucht man überhaupt 200 kW? Nein, natürlich nicht, gibt Scharrer zu – man könne aber auch günstigere kleinere Motoren mit 100 oder 150 kW realisieren, die diese Werte eben nicht nur in einem kurzen Peak, sondern als Dauerleistung bieten können.

Und weil man schon dabei war, hat man auch gleich noch ein neues achsparalleles Getriebe Getriebe mit integriertem Planetensatz konstruiert, wo das Differenzial gleich mit drin ist. Es baut viel kompakter und leichter und „spannt“ auch in engen Kurven nicht, wie wir an einem Mercedes-Benz EQA erfahren konnten. Den ganzen neuen Antriebstrang packte man gleich in einen Porsche Taycan. Interessant ist dabei die schnelle Entwicklungszeit. ZF-CEO Klein freut sich:

„Noch vor wenigen Monaten war es nur eine Vision, nun ist unser Antrieb schon in einem Sportwagen erfahrbar.“

Im Hinblick auf die weiter zunehmende Dynamik, mit der sich der Wandel in der Automobilindustrie vollzieht, optimiert ZF seit einigen Monaten auch seine Organisation: So sollen Entscheidungswege verkürzt und Abläufe agiler gestaltet werden, um den Konzern reaktionsschneller zu machen. Die globale Ausrichtung von ZF bewährt sich schon jetzt: Ein Beispiel ist das vollelektrische Lenksystem Steer-by-Wire, für das ZF Kundenaufträge aus allen großen Weltmärkten erhalten hat.

Lotus Eletre mit 800-Volt-ZF-Antrieb

Auch die Fahrwerk-Software cubiX oder der 800-Volt-Elektroantrieb der ersten Generation wird in den kommenden Monaten von Automobilherstellern aus Asien, Europa und Amerika in ihren Fahrzeugen eingesetzt. Als erstes trägt cubiX und den neuen 800-Volt-Antrieb der Lotus Eletre.

ZF führt die gesamte Fahrwerktechnik zur Division Chassis Solutions zusammen

Neben der Elektromobilität sind die By-Wire-Produkte von ZF als vernetzte und elektronisch ansteuerbare Brems-, Lenk- und Dämpfungssysteme Beispiele für weitere künftige Volumenprodukte: Chassis-Technologien. ZF beherrscht mit seiner Erfahrung und seinem Know-how die Längs-, Quer- und Vertikalsteuerung eines Fahrzeugs und sieht in vernetzten Fahrwerkkomponenten große Potenziale für die Zukunft. Vor diesem Hintergrund führt ZF die Divisionen für Pkw-Fahrwerktechnik und Aktive Sicherheitstechnik zu einer neuen umfassenden Division Chassis Solutions zusammen. Die neue Einheit bündelt die gesamte Fahrwerk-, Lenkungs- und Bremsenkompetenz von ZF. CEO Klein erklärt:

„Die Division Chassis Solutions bietet alle Hardware-Komponenten, um ein Fahrzeug in der Vertikal-, Längs- und Querdynamik zu kontrollieren – und darüber hinaus die dazugehörige Vernetzung von Hard- und Software.“

Denn, bei aller Liebe zur Software braucht es nach wie vor auch neue Ideen für die Hardware. Und hier würde man, wie Klein augenzwinkernd erklärt, am liebsten „jede Komponente mit einem Kabel versehen“, um von ihr Daten generieren zu können oder umgekehrt: Um sie elektronisch anzusteuern.

So oder so ist die Fahrwerksdivision ein starker Arm von ZF: Laut Klein hat sie schon jetzt einen Jahresumsatz von mehr als 14 Milliarden Euro und über 30.000 Mitarbeitende. Der Start der neuen Division ist für Januar 2024 geplant. Von den Entwicklungen und dem Know-how dieser neuen ZF-Division sollen in Zukunft alle Mobilitätssegmente profitieren – die Nutzfahrzeugsparte genauso wie die Industrieanwendungen.

Auch hier nutzt ZF Synergien: Denn viele Techniken, die man im Pkw zuerst bringt, kann man für die Bau-, Landwirtschafts- und Nutzfahrzeuge sowie für Industrieanwendungen skalieren. Teils auch nach unten, denn auch im Zwei- und Lastenradbereich ist man mit dem Antrieb ZF Sachs RS, der mit 48-Volt-Technik und bis zu 112 Nm Drehmoment zu den kräftigen Tretunterstützern gehört.

Was bedeutet das?

ZF bleibt unter Strom: Neben der Hard- entwickelt man verstärkt auch Software und kann alle Technologien horizontal wie vertikal bündeln – mit offenen Schnittstellen, um auch fremde Produkte oder Software einbinden zu können. Damit entwickelt sich ZF mehr und mehr zum Full-Liner im Fahrzeugsegment und darüber hinaus. Das Hauptziel nach Konzernanagaben ist, die „Mobilität der Zukunft mit Technologie sauber, sicher, komfortabel und erschwinglich zu machen – für jeden und überall“. Nach allem, was uns am global Tech Day präsentiert wurde, können wir das nachvollziehen.