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ZF Technologie-Tag 2015:

Von wendigen Stadtflitzern bis zum vollautomatisierten Fahren

14. Juli 2015, 15:54 Uhr | Gerhard Stelzer

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Modulare Hybrid- und Elektroantriebe

Immer strengere strengere CO2-Vorgaben führen zu einer Hybridisierung des Antriebs oder gleich zur vollständigen Elektrifizierung. ZF verfolgt dabei einen modularen Ansatz und bietet seinen Kunden sämtliche Komponenten des wirtschaftlich elektrifizierten Antriebsstrangs inklusive Steuergeräten und Leistungselektronik an, beginnend bei einzelnen Hybridmodulen über Plug-in-Hybridsysteme bis hin zu vollelektrischen Lösungen. Zu letzteren zählen ein zentral auf der Achse positioniertes, bis zu 120 kW starkes Antriebsmodul sowie der in einer Version des Smart Urban Vehicle verbaute „eTB“ (electric Twist Beam), bei dem zwei radnahe Elektromotoren in eine Verbundlenker-Hinterachse integriert sind.

Erst wenn E-Fahrzeuge mindestens so preisgünstig, wirtschaftlich, leistungsfähig, komfortabel und auch langstreckentauglich sind, wie ihre entsprechenden Pendants mit Verbrennungsmotoren oder Hybridtechnik, werden sie sich schnell und in der Breite auf den Märkten durchsetzen können. Um diese Entwicklung zu beschleunigen, hat ZF zwei Konzepte vorgestellt. Das erste verkörpert ein mittig auf der Achse positioniertes Antriebsmodul, dessen Elektromotor als hochdrehende Asynchronmaschine ausgelegt ist. Der Elektromotor, das Ein-Gang-Getriebe samt Differenzial, Gehäuse und Kühler sowie die Leistungselektronik inklusive Steuerungssoftware bilden eine integrierte, kompakte Einheit. Dadurch wiegt das gesamte Antriebsmodul insgesamt lediglich 73 kg. Aufgrund des Hochdrehzahlkonzepts mit bis zu 21.000 Umdrehungen pro Minute lassen sich bis zu 115 kW Leistung realisieren. Das eindrucksvolle Achsmoment der elektrischen Maschine von 2.500 Nm sorgt bereits aus dem Stand für ein maximales Motormoment von 200 Nm. Den aus dem Hochdrehzahlkonzept resultierenden Herausforderungen an das Geräuschverhalten wirkt das speziell konstruierte Ein-Gang-Getriebe entgegen: Dessen zweistufige Übersetzung eliminiert die auftretenden Vibrationen. Dieses Antriebssystem soll nun weiter zu einem serienreifen Modulbaukasten für verschiedene Fahrzeugklassen entwickelt werden. Eine leistungsschwächere Variante mit 90 kW beschleunigt einen Kleinwagen-Prototypen in nur rund neun Sekunden von null auf 100 km/h. Eine Alternative zum zentralen Elektroantrieb hinten ist der oben erwähnte electric Twist Beam (eTB). Dabei sitzt auf einer Verbundlenker-Hinterachse an deren linkem und rechtem Rad jeweils eine kompakte Antriebseinheit, bestehend aus Elektromotor und Getriebe in einem leichten Aluminiumgehäuse. Jede der beiden Maschinen leistet aktuell 40 kW. Das Drehmoment lässt sich per „Torque Vectoring“ direkt über die beiden Motoren radindividuell verteilen. Darüber hinaus spart das Konzept wertvollen Bauraum. Gegenüber konventionellen Systemen fallen beispielsweise der Hilfsrahmen und diverse Achskomponenten weg.

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Mit seinem Plug-in-Hybridgetriebe ermöglicht ZF Serienfahrzeugen schon jetzt rein elektrisches, lokal emissionsfreies Fahren ohne Einschränkung der Gesamtreichweite. Es basiert auf dem 8-Gang-Automatgetriebe 8HP, in dessen Gehäuse nahezu bauraumneutral anstelle des Drehmomentwandlers eine elektrische Maschine mit bis zu 90 kW Spitzen- und 45 kW Dauerleistung integriert ist. Deren zusätzliche Leistung reicht aus, um rein elektrisch Geschwindigkeiten von bis zu 120 km/h zu erzielen. Der Verbrennungsmotor schaltet sich erst bei höheren Geschwindigkeiten zu. Plug-in-Hybridfahrzeuge kommen somit im rein elektrischen Betrieb auf eine Reichweite von bis zu 50 Kilometern, abhängig vom verbauten Batteriesystem.

Für eine optimierte Antriebsleistung sorgt ein systemischer Ansatz, nach dem das Unternehmen auch die Software für das gesamte Hybridmanagement, einschließlich der Steuergeräte und Leistungselektronik, selbst entwickelt.