ZF: Kleiner, leichter, stärker - neue E-Antriebe für Pkw und Vans

Zulieferer verspricht eine höhere Leistungsdichte und Effizienz im Verbund aus E-Motor, Elektronik, Getriebe und Software. Drei Basiskonfigurationen und ein optimiertes modulares Konzept sollen Flexibilität für den Einsatz in Pkw und Vans bringen.

Modulares Antriebskonzept auf einer neuen Plattform für PKW und Nutzfahrzeuge von ZF.| Foto: ZF
Modulares Antriebskonzept auf einer neuen Plattform für PKW und Nutzfahrzeuge von ZF.| Foto: ZF
Johannes Reichel
(erschienen bei VISION mobility von Thomas Kanzler)

Der Zulieferer aus Friedrichshafen präsentiert die neueste Generation von Elektroantrieben für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge. Sie soll neue Maßstäbe durch eine herausragende Leistungsdichte und Energieeffizienz setzen. Dies will ZF aufgrund zahlreicher Innovationen auf der Komponenten- wie auch der Systemebene erreicht. Dazu zählen die kompakte Bauweise der Antriebe, der so genannte „diskrete Ansatz“ bei der Leistungselektronik und ein ressourcenschonender Materialeinsatz, der auch die Produktion der Antriebe nachhaltiger macht. Mit dem modularen Konzept sollen die neuen ZF-E-Antriebe Automobilhersteller flexibel und maßgeschneidert bei der weiteren Elektrifizierung der Modellpallette unterstützen. Für die Endkunden wird die neuen Technologien eine höhere Effizienz, mehr Leistung und verkürzte Ladezeiten bieten.

Systemansatz nimmt Marktanforderungen vorweg

Dabei entwickle ZF laut Markus Schwabe, Produktlinienleiter Electrified Powertrain Systems, sein umfassendes Produktspektrum für reine E-Antriebe bereits heute mit Blick auf die von Kunden und Endkunden gewünschten Funktionen. Um die stark diversifizierte Marktnachfrage besser und schneller zu erfüllen, präsentiere der Technologiekonzern nun eine neue Generation elektrischer Antriebe, die auf einem modularen Gesamtkonzept mit E-Motor, Inverter, Getriebe und Software aufbaut.

„Wir setzen auf drei Basissysteme, die die Hauptanforderungen unserer Kunden, nämlich Effizienz, Performance und Kosten schon in der Standardversion fast perfekt erfüllen“, erläutert Markus Schwabe, „auf dieser Basis können wir weitere individuelle Kundenanforderungen in E-Fahrzeugen aller Segmente optimal umsetzen.“

Die Leistungselektronik schafft mit der sogenannten „Discrete-Package-Technologie“ den Spagat zwischen einem hohen Grad an Bauteilgleichheit und hoher Anpassungsfähigkeit. Die Individualisierung erfolgt dabei auf Chip-Ebene: Ein diskret aufgebauter ZF-Inverter ist mit einzelnen Leistungs-Halbleiterschaltern aufgebaut. Diese Modularität bietet eine bessere Skalierbarkeit der Leistung als dies durch komplex zusammengefasste Powermodule möglich ist. Außerdem werden bei der „Discrete-Package-Technologie“ von ZF weniger unterschiedliche Arten von Bauteilen benötigt als bei der Nutzung herkömmlicher Leistungsmodule.

Ressourcenschonend und Effizient

Mit einem neuen, hochintegrierten E-Motor erhöht ZF noch einmal die Leistungsdichte gegenüber aktuell im Markt verfügbarer Technik. Die entscheidende Rolle spielen dabei ein neues Kühlkonzept und eine neue Wicklungstechnologie. Durch das neue Kühlkonzept lässt ZF Öl direkt die Kupferstäbe umfließen – genau an der Stelle, an der die meiste Wärme während des Betriebs entsteht. Eine solch hocheffiziente Kühlung erhöht die Performance bei gleichem Gewicht und Einbauraum deutlich. Die Dauerleistung des E-Motors wird dabei auf 85 Prozent der Spitzenleistung gebracht. So kann außerdem weitgehend auf den Einsatz schwerer Seltener Erden verzichtet, der E-Motor somit nachhaltiger produziert werden. Die Braided-Winding-Wicklungstechnologie, eine Weiterentwicklung der sogenannten „Hairpin“-Stabwicklung, ermöglicht einen insgesamt 10 Prozent geringeren Bauraum. Allein der Wickelkopf wird dabei rund 50 Prozent kleiner als bei herkömmlichen Ansätzen. Damit wird rund 10 Prozent weniger Rohmaterial verarbeitet.

„Das große Interesse der Hersteller an unseren Produkten sowohl im Pkw- als auch im Nutzfahrzeugbereich wird durch unseren hohen Auftragsbestand im Hochvoltgeschäft eindrucksvoll bestätigt. Mit der nächsten Generation von Elektroantrieben setzen wir unsere Strategie, nachhaltige und effiziente Mobilität der Zukunft zu entwickeln, konsequent weiter fort“, erklärt ZF-Vorstandsmitglied Stephan von Schuckmann, der die E-Mobilität im Konzern verantwortet.

Koaxialen Reduziergetriebe und neuer Konverter

Zwei ineinander integrierte Planetengetriebe erzeugen nicht nur die gewünschte Achsübersetzung, sondern beinhalten auch die voll integrierte Differentialfunktion. Im Vergleich zu gängigen Offset-Konzepten sinken bei der neuen Lösung Gewicht und Bauraumbedarf, ohne bei Effizienz, Geräusch- und Vibrationsentwicklung Kompromisse zu machen.

„Die neue, extrem kompakte Bauform erlaubt dank ausgefeilter interner Schnittstellen, System- oder Komponentenanpassungen mit geringem Aufwand vorzunehmen. Zudem weist die Bauform eine sehr hohe strukturelle Steifigkeit auf, die ein überlegenes Geräuschverhalten ermöglicht,“ erklärt Dr. Otmar Scharrer, Entwicklungsleiter für elektrische Antriebstechnologien.

Hochvolt-Konverter (DC-DC Converter) spielen eine zentrale Rolle bei Brennstoffzellen-betriebenen elektrischen Antrieben. Sie gleichen die niedrige Ausgangsspannung und den starken Spannungseinbruch bei Hochbelastung der Brennstoffzellen aus. Der neue Hochvolt-Konverter aus der ZF-Leistungselektronikplattform, der für Pkw- und Nutzfahrzeuganwendungen entwickelt wurde, weist in puncto Wirkungsgrad einen Topwert von 99,6 Prozent auf.

Was bedeutet das?

Die Zulieferer wächst in der E-Mobilität eine immer größere Rolle zu. Die neue Generation der ZF-E-Antriebe wird ab 2025 als Gesamtsystem am Markt verfügbar sein, einzelne Komponenten wird ZF bereits früher in Serie bringen.

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