Neue E-Antriebe für Pkw und Nutzfahrzeuge

Kennzeichen der neuen Elektroantriebe für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge ist das modulare Gesamtkonzept. Dies soll Automobilhersteller bei der Elektrifizierung ihrer Modellpalette unterstützen.

Innovative Komponenten fügen sich zu einer flexiblen Plattform für E-Antriebe zusammen: Gesamtsystem aus E-Motor, Leistungselektronik, Getriebe und Software.

Foto: ZF

ZF hat eine neue Generation von Elektroantrieben für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge vorgestellt. Wie das Unternehmen angibt, verfügen die Antriebe über eine sehr hohe Leistungsdichte und Energieeffizienz, die aufgrund von Innovationen auf Komponenten- und Systemebene erreicht werden konnten. Dazu zählen laut ZF 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 ihrem modularen Konzept unterstützen die neuen ZF-E-Antriebe Automobilhersteller bei der weiteren Elektrifizierung ihrer gesamten Modellpalette. Für die Endkunden bieten die neuen Techniken eine höhere Effizienz, mehr Leistung und verkürzte Ladezeiten, führt das Unternehmen aus.

Modulares Gesamtkonzept mit E-Motor, Inverter, Getriebe und Software

Die neue Generation elektrischer Antriebe baue auf einem modularen Gesamtkonzept mit E-Motor, Inverter, Getriebe und Software auf. „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, Produktlinienleiter Electrified Powertrain Systems. „Auf dieser Basis können wir weitere individuelle Kundenanforderungen in E-Fahrzeugen aller Segmente optimal umsetzen.“

ZF-Vorstandsmitglied Stephan von Schuckmann: "Mit der nächsten Generation von Elektroantrieben setzen wir unsere Strategie, nachhaltige und effiziente Mobilität der Zukunft zu entwickeln, konsequent weiter fort."

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„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.

Innovationen beim System und den Komponenten

ZF stellt mit der neuen Generation der E-Antriebe vollintegrierte elektrische Antriebssysteme bereit. Der Konzern werde die innovativen Komponenten jedoch auch einzeln anbieten, auf denen die eigene Systemlösung basiert. „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.

Die neue Generation der ZF-E-Antriebe wird den Angaben zufolge ab 2025 als Gesamtsystem am Markt verfügbar sein, einzelne Komponenten wird das Unternehmen bereits früher in Serie bringen.

Folgende Innovationen auf Komponentenebene leisten ihren Beitrag zum Gesamtsystem:

Die Leistungselektronik schaffe mit der sogenannten „Discrete-Package-Technologie“ den Spagat zwischen einem hohen Grad an Bauteilgleichheit und hoher Anpassungsfähigkeit. Die Individualisierung erfolge 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. „Mit unserem neuen Ansatz in der Leistungselektronik können wir unterschiedliche Marktanforderungen schneller und zielgenauer bedienen“, erklärt Scharrer.

Eine durchdachte Schnittstellentechnik sorgt bei der neuen Bauform des elektrischen Antriebs für eine optimale Skalierbarkeit.

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Mit einem neuen, hochintegrierten E-Motor erhöht ZF noch einmal die Leistungsdichte gegenüber aktuell im Markt verfügbarer Technik, heißt es weiter. Die entscheidende Rolle spielen dabei ein neues Kühlkonzept und eine neue Wicklungstechnik. Aufgrund des neuen Kühlkonzepts 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 % der Spitzenleistung gebracht. So kann außerdem weitgehend auf den Einsatz schwerer Seltener Erden verzichtet, der E-Motor somit nachhaltiger produziert werden. Die von ZF entwickelte Braided-Winding-Wicklungstechnik, eine Weiterentwicklung der sogenannten „Hairpin“-Stabwicklung, ermöglicht einen insgesamt 10 % kleineren Bauraum, führt das Unternehmen aus. Allein der Wickelkopf werde dabei rund 50 % kleiner als bei herkömmlichen Ansätzen. Damit werde rund 10 % weniger Rohmaterial verarbeitet.

Innovation bei Komponenten: ZF entwickelt E-Motoren mit neuen Kühlkonzepten und neuer Wicklungstechnologie. Das Bild zeigt den Stator mit der neuen Wicklung.

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Mit seinem neuen koaxialen Reduziergetriebe überträgt ZF sein weltweit führendes Know-how bei Planetengetrieben auf die nächste Generation elektrischer Antriebe. 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.

Planetenradsätze in der E-Mobilität: ZF nutzt sein Know-how, um E-Antriebe mit Untersetzungsgetrieben effizienter oder leistungsfähiger zu machen.

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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 % auf.