E-Mobilität ZF zeigt neue E-Antriebe für Pkw und Nutzfahrzeuge

Von Claus-Peter Köth

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ZF erneuert sein Portfolio für reine E-Antriebe. Im Mittelpunkt der Entwicklung stehen kompakte Bauweisen, weniger Gewicht sowie eine hohe Leistungsdichte und Effizienz.

ZF entwickelt E-Motoren mit neuen Kühlkonzepten und neuer Wicklungstechnologie. Im Bild der E-Motor-Stator mit neuer Wicklung.
ZF entwickelt E-Motoren mit neuen Kühlkonzepten und neuer Wicklungstechnologie. Im Bild der E-Motor-Stator mit neuer Wicklung.
(Bild: ZF Group)

Um die stark diversifizierte Marktnachfrage besser und schneller erfüllen zu können, arbeitet ZF an einer neuen 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 nahezu perfekt erfüllen“, erklärte Markus Schwabe, Produktlinienleiter Electrified Powertrain Systems, am 21. November im Rahmen eines internationalen Medienworkshops.

„Das große Interesse der Hersteller an unseren Produkten in Pkws und Nutzfahrzeugen wird durch unseren hohen Auftragsbestand im Hochvoltgeschäft eindrucksvoll bestätigt“, sagte ZF-Vorstand Stephan von Schuckmann, verantwortlich für die Division Electrified Powertrain Technology. ZF verzeichne einen Auftragsbestand für E-Antriebe im Volumen von 25 Milliarden Euro.

Ab 2025 als Gesamtsystem verfügbar

Mit der neuen Generation der E-Antriebe stellt ZF nach eigenen Angaben vollintegrierte elektrische Antriebssysteme bereit. Dank der hohen Schnittstellenkompetenz und dem breiten Know-how für Fahrstrategien könne man jede Kundenanforderung optimal erfüllen. Der Zulieferer will die neuen Komponenten jedoch auch einzeln anbieten. Systeme oder Komponenten könnten mit geringem Aufwand vorgenommen werden, betonte Otmar Scharrer, Entwicklungsleiter für elektrische Antriebstechnologien. „Zudem weist die Bauform eine sehr hohe strukturelle Steifigkeit auf, die ein sehr gutes Geräuschverhalten ermöglicht.“

Die neuen E-Antriebe sollen ab 2025 als Gesamtsystem am Markt verfügbar sein, einzelne Komponenten will ZF bereits früher in Serie bringen. Folgende Innovationen auf Komponentenebene sollen ihren Beitrag zu einem fortschrittlichen Gesamtsystem leisten:

Die Leistungselektronik schaffe mit der sogenannten „Discrete-Package-Technologie“ den Spagat zwischen einem hohen Grad an Bauteilgleichheit und hoher Anpassungsfähigkeit. Die Individualisierung erfolgt auf Chip-Ebene: Ein diskret aufgebauter Inverter ist mit einzelnen Leistungs-Halbleiterschaltern ausgestattet. Diese Modularität bietet laut ZF eine bessere Skalierbarkeit der Leistung als dies durch komplex zusammengefasste Powermodule möglich sei. Außerdem würden 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“, erklärte Scharrer.

Mit einem neuen, hochintegrierten Elektromotor will ZF die Leistungsdichte gegenüber aktuell im Markt verfügbarer Technik erhöhen. Die entscheidende Rolle spiele dabei ein neues Kühlkonzept und eine neue Wicklungstechnik. Beim Kühlkonzept lässt ZF Öl direkt die Kupferstäbe umfließen – genau an der Stelle, an der die meiste Wärme während des Betriebs entsteht. Das erhöhe die Leistung bei gleichem Gewicht und Einbauraum. Die Dauerleistung des E-Motors etwa wird auf 85 Prozent der Spitzenleistung gebracht. Außerdem könne man so weitgehend auf den Einsatz von Seltenen Erden verzichten.

Die von ZF entwickelte Braided-Winding-Wicklungstechnik, eine Weiterentwicklung der sogenannten „Hairpin“-Stabwicklung, verbrauche laut Mitteilung bis zu zehn Prozent weniger Bauraum und Rohmaterial. Allein der Wickelkopf sei 50 Prozent kleiner als bei herkömmlichen Ansätzen.

99,6 Prozent Wirkungsgrad

Mit dem neuen koaxialen Reduziergetriebe will ZF sein großes Know-how bei Planetengetrieben auf die nächste Generation elektrischer Antriebe übertragen. Zwei ineinander integrierte Planetengetriebe erzeugen die gewünschte Achsübersetzung und beinhalten die voll integrierte Differenzialfunktion. Im Vergleich zu gängigen Offset-Konzepten ließen sich so das Gewicht und der Bauraumbedarf senken, ohne bei Effizienz, Geräusch- und Vibrationsentwicklung Kompromisse machen zu müssen.

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Zu guter Letzt wurde ein Hochvolt-Konverter vorgestellt. Diese spielen eine zentrale Rolle bei Brennstoffzellen-betriebenen elektrischen Antrieben, indem sie die niedrige Ausgangsspannung und den starken Spannungseinbruch bei Hochbelastung der Brennstoffzellen ausgleichen. Der DC-DC-Konverter soll in puncto Wirkungsgrad einen Wert von 99,6 Prozent erreichen.

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