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E-Antrieb & Mechanik: eine perfekte Symbiose

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Frank Thoma, 29. April 2021
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Frank Thoma arbeitet seit dem Jahr 2011 als Corporate Editor bei ZF. Der Diplom-Journalist plant, produziert und redigiert Beiträge für alle internen und externen Medien des Konzerns.
Bei den Mobilitätslösungen der nächsten Generation profitiert ZF auch von seiner in vielen Jahrzehnten gewachsenen Erfahrung in der Mechanik. Am Beispiel des Reduziergetriebes zeigen wir, welche herausragende Bedeutung mechanische Komponenten für Elektrofahrzeuge haben.

Wer die Berichterstattung zur Mobilität von morgen verfolgt, gewinnt leicht den Eindruck, bei Elektroautos käme es nur auf die Antriebskomponenten E-Motor, Leistungselektronik und intelligente Software-Steuerung an. Irrtum. Damit E-Fahrzeuge ihre Leistung möglichst verlustfrei und leise auf die Straße bringen können, sind sie auch im Antriebsstrang natürlich auf hochpräzise Mechanik angewiesen. Dieses spezielle Mechanik-Wissen hat sich ZF in den vergangenen mehr als 100 Jahren erarbeitet und dabei immer weiter perfektioniert. Selbst Wettbewerber für elektrische Antriebsstränge schätzen dieses Know-how und lassen sich deshalb von ZF beispielsweise mit Komponenten wie Reduziergetrieben beliefern.

Die Anforderungen an diese mechanische Komponente für die Elektromobilität sind vielfältig. „Wie bei jedem anderen Getriebe stehen auch beim Reduziergetriebe ein hoher Wirkungsgrad sowie geringe Schleppverluste im Pflichtenheft. Dazu muss es bei einem möglichst geringen Eigengewicht die gewünschte Übersetzung in Verbindung mit einer hohen Drehmomentübertragungsfähigkeit darstellen – und das bei erstklassigem Akustikverhalten“, erklärt Robert Peter, bei ZF verantwortlich für die Entwicklung der Produktlinie Achsgetriebe. Nicht zu vergessen: Das Ganze muss zu wettbewerbsfähigen Preisen erfolgen.
Ansicht des geöffneten Reduziergetriebegehäuses samt integrierter Parksperre, wie es ZF in elektrischen Antriebssträngen einsetzt.

Perfekte Mechanik für mehr Reichweite

Perfekte Mechanik für mehr Reichweite
Wozu ist ein Reduziergetriebe im E-Antriebsstrang überhaupt notwendig? Es steigert dessen Effizienz. Bei der Integration in den Antrieb stehen Ingenieuren zwei Wege offen. Sie können es als Komponentensatz – bestehend aus Zahnrädern und Differenzial – ins Gehäuse des elektrischen Antriebs integrieren. Ebenso möglich ist jedoch eine Stand-Alone-Lösung. Hierbei ist die Technik als Reduziergetriebesystem in einem eigenen Gehäuse untergebracht. In beiden Fällen sind die Lösungen skalierbar; sie lassen sich in achsparalleler oder in koaxialer Konfiguration darstellen.
Erst wenn alle Bauteile optimal aufeinander abgestimmt sind, sorgt dies für eine hohe Leistungsdichte des Antriebs. Für einen hohen Wirkungsgrad des Reduziergetriebes wichtig sind neben einer wirkungsgradoptimierten Verzahnung der Einsatz von Leichtlauflagern sowie ein hinsichtlich Ölplanschverlusten optimiertes Gesamtdesign. Dazu gehört nicht zuletzt auch die Auswahl des optimalen Getriebeöls. Beim Reduziergetriebe erfolgt die Auslegung und Auswahl der Komponenten entsprechend den Anforderungen der individuellen Kundenanwendung. Dabei greift ZF natürlich, wo immer möglich, auf bewährte Baukastenkomponenten zurück.

Optimieren auf Systemebene

Optimieren auf Systemebene
Ein exzellentes Reduziergetriebe allein sorgt jedoch noch nicht für einen erstklassigen E-Antrieb. Der entsteht erst, wenn alle Komponenten im System miteinander bestens harmonieren. So muss beispielsweise die Übersetzung des Getriebes auf die Charakteristik von E-Motor und Leistungselektronik abgestimmt sein. Nur dann schafft das System die Anforderungen an die Fahrleistung und erreicht die Ziele beim Gesamtwirkungsgrad.

Eine wichtige Rolle spielt auch das Akustikverhalten. Störende Geräusche sind bei einem ZF-System seit jeher tabu. Dies gilt erst recht bei den leisen Elektroautos. „Alle Komponenten und Subsysteme beeinflussen sich gegenseitig und müssen daher bereits in einem frühen Entwicklungsstadium optimal aufeinander abgestimmt werden“, sagt Robert Peter. Manche Akustikphänomene machen sich jedoch erst bemerkbar, wenn der komplette Antriebsstrang im Versuchsfahrzeug verbaut ist und bei bestimmten Geschwindigkeiten oder Belastungen gefahren wird. Bei der Optimierung des Akustikverhaltens spielt die Verzahnung innerhalb des Reduziergetriebes eine wesentliche Rolle. Den Antrieb auch akustisch perfekt ins Fahrzeug zu integrieren, ist eine wichtige Voraussetzung, um einen in allen Betriebsbereichen akustisch unauffälligen E-Antrieb zu gewährleisten.
„Alle Komponenten und Subsysteme beeinflussen sich gegenseitig und müssen daher bereits in einem frühen Entwicklungsstadium optimal aufeinander abgestimmt werden.“
— ZF-Entwicklungsingenieur Robert Peter

Individuelle Konfigurationen des Antriebsstranges möglich

Individuelle Konfigurationen des Antriebsstranges möglich
Für Kunden ist die ZF-Systementwicklungskompetenz ein handfester Vorteil. Dadurch lässt sich der elektrische Antriebsstrang individuell für jedes Fahrzeug konfigurieren. Darüber hinaus bietet ZF die Option, weitere Funktionalitäten zu ergänzen – etwa eine Parksperre („Handbremse“) im Getriebe. Ebenfalls auf Wunsch erhältlich sind eine 2-Gang-Getriebelösung sowie das Entkopplungssystem eConnect. Beides dient dazu, den Stromverbrauch zu senken. Dies erhöht die Reichweite oder gestattet den Einbau einer kleineren Batterie.

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