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Auch für leichte Nutzfahrzeuge: Neue E-Antriebe von ZF ab 2025
Der Automobilzulieferer ZF hat eine neue Generation von Elektroantrieben für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge vorgestellt. Innovationen auf Komponenten- und Systemebene sollen die neuen Antriebe leistungsfähiger und energieeffizienter machen.
„Wir setzen auf drei Basissysteme, die die Hauptanforderungen unserer Kunden, nämlich Effizienz, Performance und Kosten schon in der Standardversion fast perfekt erfüllen“, so Markus Schwabe, Produktlinienleiter Electrified Powertrain Systems bei ZF. „Auf dieser Basis können wir weitere individuelle Kundenanforderungen in E-Fahrzeugen aller Segmente optimal umsetzen.“
Mit dieser nächsten Generation von Elektroantrieben setzte man die Strategie fort, nachhaltige und effiziente Mobilität der Zukunft zu entwickeln. Mit hoher Schnittstellenkompetenz und dem Know-how für Fahrstrategien könnten ZF-Applikationsingenieure jede Kundenanforderung erfüllen, heißt es bei dem Konzern. Man werde die Komponenten jedoch auch einzeln anbieten.
„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,“ so Dr. Otmar Scharrer, Entwicklungsleiter für elektrische Antriebstechnologien bei ZF.
Die neue Generation der ZF-E-Antriebe soll ab 2025 als Gesamtsystem am Markt verfügbar sein. Einzelne Komponenten will der Hersteller bereits früher in Serie bringen.
Folgende Innovationen auf Komponentenebene leisten ihren Beitrag zum Gesamtsystem:
- Die Leistungselektronik schafft mit der sogenannten „Discrete-Package-Technologie“ den Spagat zwischen einem hohen Grad an Bauteilgleichheit und hoher Anpassungsfähigkeit. Die Individualisierung erfolgt 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.
- Ein neuer, hochintegrierten E-Motor erhöht die Leistungsdichte gegenüber aktuell im Markt verfügbarer Technik. Eine entscheidende Rolle spielen dabei ein neues Kühlkonzept und eine neue Wicklungstechnologie. Durch das neue Kühlkonzept umfließt Öl direkt die Kupferstäbe und damit genau an der Stelle, an der die meiste Wärme während des Betriebs entsteht. Diese Art der Kühlung erhöht die Performance bei gleichem Gewicht und Einbauraum. Die Dauerleistung des E-Motors wird dabei auf 85 Prozent der Spitzenleistung gebracht. So könne außerdem weitgehend auf den Einsatz schwerer Seltener Erden verzichtet, der E-Motor somit nachhaltiger produziert werden.
- Die von ZF entwickelte Braided-Winding-Wicklungstechnologie, eine Weiterentwicklung der sogenannten „Hairpin“-Stabwicklung, ermögliche einen insgesamt zehn Prozent geringeren Bauraum. Allein der Wickelkopf werde dabei rund 50 Prozent kleiner als bei herkömmlichen Ansätzen. Damit werde rund zehn Prozent weniger Rohmaterial verarbeitet.
- Mit seinem neuen koaxialen Reduziergetriebe überträgt ZF sein 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.
- 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 laut Hersteller einen Wert von 99,6 Prozent auf.
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