Die Puzzles für beste Elektromotoren gelöst

Die Puzzles für beste Elektromotoren gelöst

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Für Fahrzeuge gibt es E-Motoren mit neuester Technik, höchster Effizienz, Top-Perfomance oder gutem Preis-Leistungsverhältnis. Und solche, die schnell in unterschiedlichen Mengen produziert sind. Elektromotoren „made by ZF“ bieten alles in einem.
Achim Neuwirth,
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Achim Neuwirth ist seit 2011 als Autor für ZF tätig. Der Publizistiker schreibt bereits seit rund 20 Jahren über Mobilitätsthemen in allen Facetten.
Die E-Mobilität boomt. Damit wächst weltweit die Zahl derer, die sich ein Stück vom Kuchen sichern wollen: Viele neue Hersteller wagen sich an den Elektromotor, das vermeintlich simple Produkt. Doch dieses erweist sich schnell als komplex, wenn es auf die Anforderungen automobiler Kunden trifft: Es gilt, Produktionsbedarfe auf verschiedenen Kontinenten zu stemmen, ebenso schwankende Abrufzahlen. Vor allem aber muss der Motor selbst präzise die jeweiligen OEM-Spezifikationen erfüllen, in jeglicher Hinsicht. Idealerweise übertrifft er diese sogar. Elektrische Motoren von ZF gehören zu jenen, die herausragen.

Woran man das festmachen kann? Beim E-Motor dreht es sich zum Beispiel um die Leistungs- und Drehmomentdichte sowie um Effizienz und Qualität. Und darum, dass die Maschine dauerhaft gut performt, nicht nur punktuell. „Elektromotoren von ZF können jeweils die Benchmark in den entscheidenden Kriterien setzen“, sagt Alexander Gehring, ZF-Entwicklungsleiter für E-Motoren. „Die Unterschiede sind mehr als nur technisches Zahlenwerk, das spüren auch die Fahrer in den Autos.“ Damit bezieht er sich unter anderem auf die ZF-Maschine, die im Heck des neuen Mercedes-Benz EQA debütierte.
„Elektromotoren von ZF können jeweils die Benchmark in den entscheidenden Kriterien setzen.“
Alexander Gehring, ZF-Entwicklungsleiter für E-Motoren

Motorenkompetenz trifft Systemwissen

Motorenkompetenz trifft Systemwissen
Als Motorenlieferant ist ZF aktuell in circa 50 verschiedenen Projekten für rund ein Dutzend Automobilhersteller aktiv, darunter Premium- und Volumenhersteller. Die E-Motoren sind außerdem Teil des „ZF Modular eDrive Kit“, eines Systembaukastens für alles, was E-Antriebe insgesamt ausmacht, Leistungselektronik und Getriebe inklusive. Diese Systemkompetenz ist über Jahrzehnte gewachsen. Dank ihr hat ZF bei einzelnen Komponentenentwicklungen und -aufträgen weiterhin das große Ganze im Blick. Fahrzeughersteller nutzen das: „Auch in Projekten, bei denen wir ausschließlich den E-Motor als Antriebskomponente bereitstellen, sind wir meistens mehr als Lieferant. Die Kunden schätzen unser Beratungs-Know-how zum Beispiel bei der Frage, wie sich eine Maschine optimal auf das Fahrzeugsystem auslegen lässt“, so Gehring.

Power-Baukasten bedient jeden E-Motoren-Bedarf

Power-Baukasten bedient jeden E-Motoren-Bedarf
Wichtig dabei: Es gibt nicht den einen ZF-Elektromotor, der alles kann. Vielmehr kann ZF nahezu jeden automobilen Elektromotor. Das beginnt beim Typ PSM, dem permanenterregten Synchron-Motor, der sich an der Hauptantriebsachse von Stromern durchsetzt. Ebenso beherrscht ZF den Typ ASM, also den Asynchronmotor, der vorwiegend an der zweiten Achse für Zusatzschub über eine Allradfunktion sorgt. Der aktuell seltenere Typ FSM ist genauso gut möglich: ein fremderregter Synchronmotor, der sich für besonders preissensible Segmente empfiehlt. Bis hin zur Liefersicherheit für bestimmte Rohstoffe zeigt sich ZF damit sehr gut präpariert.
Leistungsmäßig startet die Motorenpalette bei 50 kW für Basis-Stromer. Am oberen Ende der Skala powern 400 kW starke E-Maschinen (in alter Währung knapp 544 PS) für Premiumsportler. Dasselbe Leistungsniveau haben die ZF-Elektromotoren für schwere Lkw. Sämtliche Aggregate basieren auf einem Baukasten. Dieser eröffnet, neben 400- und 800-Volt-Varianten, jeder Maschine verschiedene Performance-Optionen: „Kunden können zwischen einer Wasser-, Öl- oder Slot-Kühlung wählen. Über diesen Stellhebel lassen sich die Dauerleistung und die Produktkosten zusätzlich beeinflussen“, sagt Roland Hintringer, Leiter der ZF-Produktlinie Elektromotoren.

Die „Haarnadel“ wird zur Schlüsselstelle

Die „Haarnadel“ wird zur Schlüsselstelle
Innermotorisch setzt sich die sogenannte Hairpin-Wicklung als neuer Technologiestandard durch: Dabei formen Fertigungsanlagen die Kupferdrahtstücke für den späteren Stator zunächst so vor, dass diese optisch einer Haarnadel ähneln. Anschließend werden diese maschinell eingesetzt, ineinander verdreht und individuell verbunden. Das steigert die motorische Effizienz stark, birgt aber Herausforderungen für die Produktion. Die Prozessautomatisierung ist teuer und dauerhafte Präzision anspruchsvoll. „ZF hat als einer der ersten schon vor etwa vier Jahren stark in diese Technologie investiert. Deshalb gehören wir jetzt zu den Wenigen, die das aufwändige Hairpin-Verfahren zuverlässig im Griff haben“, erläutert Gehring.
„Für gute elektrische Maschinen müssen Entwicklung und Produktion ganz eng verzahnt sein, idealerweise an ein und demselben Standort“, verdeutlicht Hintringer. Dieses wichtige Ziel erreicht ZF unter anderem mit Pilotlinien. „Wir können damit die Prozesse und Anlagen so perfektionieren, dass am Ende ein Top-Hairpin-E-Motor steht, der sich in hoher Taktzahl fertigen lässt“. Die an solchen Pilotlinien etablierten, gesicherten Prozesse überträgt ZF auf Produktionsstandorte weltweit. „Gerade auch dank Baukasten und Pilotanlagen können wir heute die Zeitspanne vom Entwicklungsbeginn bis zur Markteinführung für einen E-Motor halbieren,“ erläutert der Produktlinienleiter.
„Dank Baukasten und Pilotanlagen können wir heute die Zeitspanne vom Entwicklungsbeginn bis zur Markteinführung für einen E-Motor halbieren.“
Roland Hintringer, Leiter der Produktlinie E-Motoren
Bei der sogenannten Hairpin-Wicklung formen Fertigungsanlagen die Kupferdrahtstücke für den späteren Stator zunächst so vor, dass diese optisch einer Haarnadel ähneln.

Flexibilität macht E-Motoren doppelt so schnell marktreif

Flexibilität macht E-Motoren doppelt so schnell marktreif
Die Märkte sind volatil. Stückzahlen, die Kunden heute planen oder abrufen, können quasi schon morgen obsolet sein. Für plötzliche Einbrüche und – wie bei ZF-Elektromotoren weit wahrscheinlicher – einen Boom der Nachfrage muss man jederzeit gewappnet sein. Der Konzern setzt daher auf modulare und standardisierte Produktionslinien. Die sorgen für die geforderte Flexibilität: Über ein Band können verschiedene E-Motorentypen zugleich laufen – oder auch höhere Volumina, denn die Anlagen sind schnell erweitert. „Solche hoch anpassungsfähigen Fertigungskonzepte zählen zu den wichtigsten Themen der aktuellen Branchentransformation“, so Hintringer.

Guter Elektroantrieb muss preislich mithalten können

Guter Elektroantrieb muss preislich mithalten können
Bei der Eigenschaftswertung bewegt sich ZF von Produkt bis Produktion im Spitzenfeld. Wie aber sieht es im Kostenkapitel aus? Hier sammeln ZF-Motoren weitere Punkte, wie die E-Maschine für den Mercedes-Benz EQA zeigt: Pro Euro liefert diese die meisten Kilowatt (Dauerleistung). Zugleich gibt es derzeit nirgendwo im Wettbewerb mehr Newtonmeter fürs Geld.
So könnte ZF schon sehr bald der Sprung unter die größten globalen E-Motorenhersteller gelingen. Die kommenden drei Jahre entscheiden darüber – genauer gesagt die E-Motoren, die ZF jetzt entwicklungstechnisch für den Serienstart 2024 feinschleift. „Das sind unsere Rohdiamanten“, betont Hintringer.
„Die E-Motoren, die ZF jetzt entwicklungstechnisch für den Serienstart 2024 feinschleift, sind unsere Rohdiamanten.“
Roland Hintringer, Leiter der Produktlinie E-Motoren