Modularer Hybridantrieb ZF treibt die Elektrifizierung des Antriebsstrangs voran

Redakteur: Jens Scheiner

Der Automobil-Zulieferer ZF bietet für die Elektrifizierung des Antriebsstrangs verschiedene Lösungen: Das Portfolio reicht von der elektrischen Maschine über Hybridmodule, Steuergeräte und Leistungselektronik bis hin zu kompletten, Plug-in-fähigen Hybridgetrieben.

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ZF investiert jährlich rund 5 Prozent des Umsatzes in Forschung und Entwicklung, immer wieder markieren innovative Produkte von ZF den aktuellen Stand der Technik. Hier das Entwicklungszentrum in Schweinfurt, einer von sechs Hauptentwicklungsstandorten von ZF.
ZF investiert jährlich rund 5 Prozent des Umsatzes in Forschung und Entwicklung, immer wieder markieren innovative Produkte von ZF den aktuellen Stand der Technik. Hier das Entwicklungszentrum in Schweinfurt, einer von sechs Hauptentwicklungsstandorten von ZF.
(Foto: ZF)

Die Elektrifizierung des Fahrzeug-Antriebsstrangs ist für ZF kein Selbstzweck“, betont Michael Hankel, Mitglied des Vorstands der ZF Friedrichshafen AG und verantwortlich für die Divisionen Pkw-Antriebstechnik und Pkw-Fahrwerktechnik. „Wesentliches Ziel ist es, damit den direkten und indirekten Verbrauch fossiler Kraftstoffe zu senken und so den CO2-Ausstoß zu minimieren. Auf dieses Ziel richten wir unsere Entwicklungsstrategie bei elektrischen Antrieben aus.“

Mit der neuen Generation der Hybridgetriebe auf Basis des 8-Gang-Automatgetriebes zielt ZF auf die Plug-in-Funktionalität. Der Schwerpunkt bei der Entwicklung lag daher auf dem rein elektrischen Fahren. Hierzu muss das Schleppmoment der Trennkupplung zum Verbrennungsmotor so gering wie möglich ausfallen.

Komfortabler und robuster

Zusätzlich wird dem Downsizing- und Downspeeding-Gedanken durch eine stark verbesserte Drehschwingungsentkopplung Rechnung getragen. Die Funktionalität des Anfahrelementes konnte verbessert und dessen Komfort erhöht werden: Um die Drehschwingungen des Verbrennungsmotors zu reduzieren, sind zwei Dämpfer installiert, wobei einer als drehzahladaptiver Dämpfer ausgeführt ist. Damit lassen sich alle gängigen Verbrennungsmotoren bereits ab Leerlaufdrehzahl ohne lästige Geräusche und Vibrationen mit hoher Last fahren. Die E-Maschine, welche als permanent erregte Synchronmaschine (PSM) ausgeführt wird, ist komplett in das Getriebegehäuse integriert und wird durch Ölnebel gekühlt. Die Spitzenleistung des E-Antriebs liegt bei 90 kW, die Dauerleistung bei 45 kW. Das integrierte Anfahrelement ist in der Lage, 550 Nm Anfahrmoment zu übertragen. Durch eine Vielzahl von Maßnahmen, die sich auf die Bereiche Mechanik, Hydraulik, Funktionalität und Fertigung beziehen, stiegen der Komfort und die Robustheit gegenüber der Vorgängergeneration.

Modularer Hybridbaukasten

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten eröffnet der Hybridbaukasten von ZF: Auf der Basis hybridfähiger Grundgetriebe lassen sich individuell maßgeschneiderte Lösungen verwirklichen. Die dabei eingesetzten Hybridkomponenten stammen aus dem ZF-Produktportfolio. Eine Kernkomponente ist die elektrische Maschine. Je nach Hybridklasse ist sie in unterschiedlichen Leistungsvarianten erhältlich.

Für Vollhybrid-Anwendungen liefert ZF zudem Hybridmodule mit integrierter Trennkupplung – eine technische Vorbedingung für rein elektrisches Fahren. Ebenso wichtig ist ein effizientes Hybridmanagement: Denn nur damit kann die Hybridhardware perfekt mit der Steuerungselektronik, Software und Leistungselektronik zusammenspielen. ZF-Kunden profitieren davon, dass der Technologiekonzern alle Komponenten selbst entwickelt.

ZF treibt die Elektrifizierung im Pkw-Antriebsstrang voran – mit der Hybridversion des 8-Gang-Automatgetriebes.
ZF treibt die Elektrifizierung im Pkw-Antriebsstrang voran – mit der Hybridversion des 8-Gang-Automatgetriebes.
(Foto: ZF)

Diese umfassenden Systemkompetenzen erleichtern die Integration zu einem kosteneffizienten und vielseitigen Gesamtsystem: Mild-, Voll- und Plug-in-Hybridanwendungen lassen sich mit einem hohen Prozentsatz an Gleichteilen und somit großen Synergieeffekten verwirklichen. Die Hybridgetriebe und Hybridkomponenten von ZF überzeugen in zahlreichen aktuellen Serienfahrzeugen – unter anderem ist die Hybridvariante des 8-Gang-Automatgetriebes im BMW Active Hybrid 7 und im Audi Q5 hybrid quattro verfügbar. Das ZF-Hybridmodul wird unter anderem im Volkswagen Jetta Hybrid verbaut.

Vielseitige Leistungselektronik

Vervollständigt wird das Hybridsystem durch die ZF-Leistungselektronik. Diese spielt eine wichtige Rolle bei der Energiewandlung im Hybridsystem. Zum einen wandelt sie die Energie der Batterie von einer Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung für den Motor. Zum anderen wird bei der Energierückgewinnung die generatorisch vom Motor gewonnene Energie zurück in Gleichspannung zum Laden der Batterie gewandelt, beispielsweise beim Bremsen.

Weiterhin fungiert die Leistungselektronik als Steuergerät für den elektrischen Antrieb. Sie übernimmt die Aufgabe der Regelung des elektrischen Motors und sorgt dafür, dass die vom Fahrer gewünschte elektrische Beschleunigung am Antriebsstrang ohne Zugunterbrechung und ohne Schwankungen bereitgestellt wird. Außerdem ist sie ein zentraler Knotenpunkt im Netzwerk der Steuergeräte des Antriebsstrangs. Nicht zuletzt ist auch der DC/DC-Bordnetzwandler eine weitere wichtige Komponente, die in die Leistungselektronik integriert ist. Er wandelt die Energie der Hochvoltbatterie für das 12-Volt-Bordnetz des Fahrzeugs.

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