Kleiner, leichter und leistungsfähiger

ZF präsentiert neueste Generation von E-Antrieben

22. November 2022, 7:47 Uhr | Irina Hübner
ZF stellt neue E-Antriebe für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge vor: Innovative Komponenten fügen sich zu einer flexiblen Plattform für E-Antriebe zusammen.
© ZF Friedrichshafen

ZF stellt neue Elektroantriebe für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge vor, die sich durch eine herausragende Leistungsdichte und Energieeffizienz auszeichnen. Dies wird durch diverse Innovationen auf Komponenten- und Systemebene möglich.

Zu den Neuerungen auf Komponenten- und Systemebene zählen die kompakte Bauweise der Antriebe, der so genannte »diskrete Ansatz« bei der Leistungselektronik und ein ressourcenschonender Materialeinsatz, der auch die Produktion der Antriebe nachhaltiger macht. Mit einem modularen Konzept können die neuen E-Antriebe von Automobilhersteller flexibel und maßgeschneidert bei der weiteren Elektrifizierung ihrer Modellpallette unterstützen. Für Endkunden ergeben sich durch die neuen Technologien eine höhere Effizienz, mehr Leistung sowie verkürzte Ladezeiten.

Systemansatz nimmt Marktanforderungen vorweg

ZF entwickelt sein umfassendes Produktspektrum für reine E-Antriebe bereits heute mit Blick auf die von Kunden und Endkunden gewünschten Funktionen. Um die stark diversifizierte Marktnachfrage besser und schneller erfüllen zu können, beruht die neue Generation elektrischer Antriebe des Automobilzulieferers auf einem modularen Gesamtkonzept mit E-Motor, Inverter, Getriebe und Software.

»Wir setzen auf drei Basissysteme, die die Hauptanforderungen unserer Kunden, nämlich Effizienz, Performance und Kosten schon in der Standardversion fast perfekt erfüllen«, erläutert Markus Schwabe, Produktlinienleiter Electrified Powertrain Systems. »Auf dieser Basis können wir weitere individuelle Kundenanforderungen in E-Fahrzeugen aller Segmente optimal umsetzen.«

»Das große Interesse der Hersteller an unseren Produkten sowohl im Pkw- als auch im Nutzfahrzeugbereich wird durch unseren hohen Auftragsbestand im Hochvoltgeschäft eindrucksvoll bestätigt«, erklärt ZF-Vorstandsmitglied Stephan von Schuckmann, der die E-Mobilität im Konzern verantwortet.

Die neue E-Antriebs-Generation von ZF

ZF stellt neue E-Antriebe für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge vor: Innovative Komponenten fügen sich zu einer flexiblen Plattform für E-Antriebe zusammen.
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ZF entwickelt E-Motoren mit neuen Kühlkonzepten und neuer Wicklungstechnologie. Das Bild zeigt den Stator mit der neuen Wicklung.
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Eine durchdachte Schnittstellentechnik sorgt bei der neuen Bauform des elektrischen Antriebs für die bestmögliche Skalierbarkeit.
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Ab 2025 als Gesamtsystem am Markt

Mit der neuen Generation der E-Antriebe stellt vollintegrierte elektrische Antriebssysteme bereit. Jedoch werden die Komponenten, auf denen die Systemlösung beruht, auch einzeln erhältlich sein. »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«, sagt Dr. Otmar Scharrer, Entwicklungsleiter für elektrische Antriebstechnologien.

Die neue Generation der ZF-E-Antriebe soll ab 2025 als Gesamtsystem am Markt verfügbar sein, einzelne Komponenten will ZF bereits früher in Serie bringen.

Die Innovationen auf Komponentenebene

Die Leistungselektronik

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.

Der hochintegrierte E-Motor

Mit einem neuen, hochintegrierten E-Motor erhöht ZF nochmals die Leistungsdichte gegenüber aktuell im Markt verfügbarer Technik. Die entscheidende Rolle spielen dabei ein neues Kühlkonzept und eine neue Wicklungstechnologie. Bei dem neuen Kühlkonzept umfließt Öl direkt die Kupferstäbe – genau an der Stelle, an der die meiste Wärme während des Betriebs entsteht. Eine solch hocheffiziente Kühlung erhöht die Performance bei gleichem Gewicht und Einbauraum deutlich.

Die Dauerleistung des E-Motors wird dabei auf 85 Prozent der Spitzenleistung gebracht. So kann 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, ermöglicht einen insgesamt 10 Prozent geringeren Bauraum. Allein der Wickelkopf wird dabei rund 50 Prozent kleiner als bei herkömmlichen Ansätzen. Damit wird rund 10 Prozent weniger Rohmaterial verarbeitet.

Koaxiales Reduziergetriebe

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

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 einen Topwert von 99,6 Prozent auf.

Erst kürzlich hat ZF die Produktion seines 2-millionsten E-Motors gemeldet.


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