Elektromobilität und Leichtbau

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Elektrisches Achsantriebsmodul

Ein weiteres Element der ZF-Strategie ist die Entwicklung reiner Elektroantriebe speziell für den Kurzstrecken- und Innenstadt-Verkehr. Die Hälfte aller Fahrten mit dem Auto sind kürzer als sechs Kilometer – eine Distanz, die sich schon heute gut mit Elektrofahrzeugen bewältigen lässt. Für Fahrzeuge bis zur Kompaktklasse zeigt ZF mit der Entwicklung eines zentral auf der Achse sitzenden elektrischen Antriebs, wie sich ein Elektroauto in Zukunft mit sehr guten Fahrdynamik-Eigenschaften und größerer Reichweite realisieren lässt. Das System besteht aus einem Asynchron-Elektromotor, einer kompakten, eingängigen Übersetzungseinheit, einem Differenzial, Leistungselektronik sowie Steuersoftware. Der Antrieb entfaltet schon beim Anfahren ein Drehmoment von 1.700 Newtonmeter an der Fahrzeugachse. Damit erfolgt die Beschleunigung von 0 auf 100 Kilometer pro Stunde in neun Sekunden. Im Maximum stehen 90 Kilowatt mechanische Leistung zur Verfügung.

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Asynchron- versus Synchronmaschine

Der Fokus der Motorenentwicklung lag zunächst auf einem Konzeptvergleich zwischen der Asynchronmaschine (ASM) und den bislang häufig eingesetzten, permanent erregten Synchronmaschinen (PSM). Nach intensiven Berechnungen stellte sich eine ASM mit neuartigem Hochdrehzahlkonzept für ZF als beste Lösung heraus: Unter der Devise „Leistung aus Drehzahl“ erreicht der Antrieb seine Zielleistung von maximal 90 Kilowatt (30 Kilowatt Dauerleistung) sowie das maximale Drehmoment aus hoher Motordrehzahl – bei maximaler Fahrzeuggeschwindigkeit immerhin 21.000 Umdrehungen pro Minute. Dadurch fiel das elektrische Achsmodul mit 45 Kilogramm äußerst leicht und zudem sehr kompakt aus. Die häufig angeführten Gewichtsnachteile gegenüber der PSM gehören dank der Hochdrehzahlauslegung der Vergangenheit an. Stattdessen bietet die ASM weitere Pluspunkte: Anders als die PSM kommt sie technologiebedingt ohne Seltene Erden wie Neodym und Dysprosium aus, deren Verfügbarkeit und Preisentwicklung auf dem Weltmarkt stark schwanken.

Bis zu 21.000 Umdrehungen pro Minute

Drehzahlen von 21.000 Umdrehungen stellen bei den Geräuschentwicklungen besondere Anforderungen an das Getriebe. ZF setzt auf eine achsparallele Eingang-Übersetzung im Verhältnis 16:1, die das Drehzahlniveau in zwei aufeinanderfolgenden Stufen absenkt: Im ersten Schritt ist ein Planetenradsatz verbaut – er überträgt das Drehmoment dank symmetrisch um die Antriebswelle angeordneter Zahnräder besonders gleichmäßig. Diese Konstruktion minimiert hochfrequente Getriebegeräusche effektiv. Erst im zweiten Schritt, bei bereits deutlich geringerem Drehzahlniveau, setzt ZF ein Stirnradpaar ein. Neben der wirkungsvollen Geräuschsenkung zeichnet sich das Getriebe durch seinen hohen Wirkungsgrad aus: Er beträgt in weiten Bereichen mehr als 97 Prozent.

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