ZF bringt neue Pkw-E-Antriebe mit höherer Effizienz und Leistungsdichte

Der deutsche Zulieferer ZF hat eine neue Generation von Elektroantrieben für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge vorgestellt. Diese sollen mit zahlreichen Innovationen auf der Komponenten- und Systemebene durch eine „herausragende Leistungsdichte und Energieeffizienz Maßstäbe setzen“.

Dazu zählen laut der Mitteilung die kompakte Bauweise der Antriebe, der so genannte „diskrete Ansatz“ bei der Leistungselektronik und ein ressourcenschonender Materialeinsatz, der auch die Produktion der Antriebe nachhaltiger machen soll. Die neuen ZF-Antriebe für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge bauen auf einem modularen Gesamtkonzept mit E-Motor, Inverter, Getriebe und Software auf.

Obwohl der Konzern die Komponenten auch einzeln anbieten will, handelt es sich bei den Gesamtsystemen um vollintegrierte Antriebssysteme. „Wir setzen auf drei Basissysteme, die die Hauptanforderungen unserer Kunden, nämlich Effizienz, Performance und Kosten schon in der Standardversion fast perfekt erfüllen“, sagt Markus Schwabe, Produktlinienleiter Electrified Powertrain Systems. „Auf dieser Basis können wir weitere individuelle Kundenanforderungen in E-Fahrzeugen aller Segmente optimal umsetzen.“

Solche Kundenanforderungen sollen die Applikationsingenieure mit ihrer „hohen Schnittstellenkompetenz und dem einzigartigen Know-how für Fahrstrategien“ erfüllen können, so der Zulieferer. Wer also Anforderungen außerhalb der vorkonfektionierten Basismodelle hat, kann das auch bekommen – von der Stange wird es vermutlich günstiger.

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

Blicken wir kurz auf die Komponenten selbst: Mit der sogenannten „Discrete-Package-Technologie“ will ZF bei der Leistungselektronik den Spagat zwischen einem hohen Grad an Bauteilgleichheit und hoher Anpassungsfähigkeit schaffen. Die Individualisierung erfolgt dabei auf Chip-Ebene, die einzelnen Leistungs-Halbleiterschaltern können passend zu Powermodulen zusammengefasst werden. Mit dem neuen Ansatz will ZF hier weniger unterschiedliche Arten von Bauteilen benötigen als bei herkömmlichen Leistungsmodulen – und so die Anforderungen schneller und genauer bedienen können.

Beim E-Motor selbst steht das Kühlkonzept im Fokus, um die Leistungsdichte zu erhöhen. Im Stator werden die Kupferstäbe der von ZF entwickelte Braided-Winding-Wicklungstechnologie direkt von Öl umflossen – genau an der Stelle, an der die meiste Wärme während des Betriebs entsteht. Mit dem effizienteren Kühlkonzept soll die Leistung bei gleichem Gewicht und Bauraum erhöht werden können – oder bei gleicher Leistung wird der E-Motor kleiner und leichter. Bei der Braided-Winding-Wicklungstechnologie handelt es sich um eine Weiterentwicklung der bekannten „Hairpin“-Stabwicklung. Alleine damit soll der benötigte Bauraum um zehn Prozent sinken, zudem wird weniger Rohmaterial verarbeitet. In der Summe will ZF auch weniger seltene Erden einsetzen, womit der E-Motor nachhaltiger produziert werden könne, so das Unternehmen.

Bei dem neuen, koaxialen Reduziergetriebe setzt ZF auf sein Knowhow bei Planetengetrieben aus der Verbrenner-Welt. Zwei ineinander integrierte Planetengetriebe sollen nicht nur die gewünschte Achsübersetzung erzuegen, sondern beinhalten auch die voll integrierte Differentialfunktion.

Zudem umfasst das System noch einen DC-DC-Konverter, der speziell für Brennstoffzellen-Antriebe entwickelt wurde. Der Konverter soll dabei die niedrige Ausgangsspannung und den starken Spannungseinbruch bei Hochbelastung der Brennstoffzellen ausgleichen. Den Wirkungsgrad gibt ZF mit 99,6 Prozent an.

Die neue Generation der E-Antriebe von ZF soll ab 2025 als Gesamtsystem am Markt verfügbar sein, einzelne Komponenten wird ZF bereits früher in Serie bringen. „Das große Interesse der Hersteller an unseren Produkten sowohl im Pkw- als auch im Nutzfahrzeugbereich wird durch unseren hohen Auftragsbestand im Hochvoltgeschäft eindrucksvoll bestätigt“, sagt ZF-Vorstandsmitglied Stephan von Schuckmann, der die E-Mobilität im Konzern verantwortet. „Mit der nächsten Generation von Elektroantrieben setzen wir unsere Strategie, nachhaltige und effiziente Mobilität der Zukunft zu entwickeln, konsequent weiter fort.“
zf.com