ZF präsentiert einen revolutionären Motor für Elektroautos, der bei 30.000 Umdrehungen pro Minute läuft, 3.500 Nm Drehmoment liefert und dessen Größe sowie Gewicht um 25 % reduziert werden.
Die Entwicklung der Motoren für Elektroautos nimmt eine äußerst interessante Richtung ein. Über Jahre hinweg konzentrierten sich die Hersteller darauf, die Leistung zu steigern, die Effizienz zu verbessern und den Materialverbrauch zu verringern. Doch nun beginnen sie, eine weitere Möglichkeit zu erkunden, die sowohl für das Design der Autos als auch für ihre Herstellungskosten erhebliche Auswirkungen haben kann: die Motoren bei weitaus höheren Drehzahlen laufen zu lassen.
Der deutsche Spezialist ZF arbeitet bereits seit längerer Zeit in diese Richtung und hat kürzlich neue Details zu seiner High Revolution Drive-Technologie vorgestellt. Es handelt sich dabei um eine Lösung, die darauf abzielt, einige der üblichen Grenzen der aktuellen Elektroantriebssysteme zu durchbrechen, indem ein kleinerer und leichterer Motor eingesetzt wird, der dank einer speziell entwickelten Getriebetechnologie Leistungen erbringen kann, die sonst nur viel größeren Antrieben vorbehalten sind.
Interessanterweise ist diese Technologie nicht ausschließlich für Hochleistungssportwagen oder Luxusmodelle gedacht. ZF möchte sie in Serien-Elektroautos einsetzen, wo das Reduzieren einiger Kilogramm, das Sparen von Materialien und die Freigabe von Platz einen erheblichen Vorteil darstellen können. Die ersten Ergebnisse zeigen, dass es noch viel Spielraum gibt, um Motoren weiter zu verbessern, die bereits aufgrund ihrer hohen Effizienz hervorstechen.
Ein Elektromotor mit 30.000 Umdrehungen pro Minute, der das Gewicht um 25 % verringert und nur die Hälfte an Magneten verwendet.
Die Hauptmerkmal des neuen ZF High Revolution Drive ist seine Fähigkeit, 30.000 Umdrehungen pro Minute zu erreichen – eine Geschwindigkeit, die um ein Vielfaches höher ist als die 18.000 Umdrehungen pro Minute des als Referenz verwendeten Motors des Unternehmens. Um dies zu erreichen, haben die Ingenieure ein System entwickelt, das Elektromotor, Leistungselektronik und Getriebe in einer einzigen kompakten Einheit kombiniert.
Die vorgestellte Version erreicht eine maximale Leistung von 200 kW (272 PS), doch wirklich bemerkenswert ist, dass sie im Vergleich zu einem herkömmlichen System mit äquivalenten Leistungsmerkmalen sowohl in Größe als auch im Gewicht um etwa 25 Prozent reduziert werden kann. Das ist ein erheblicher Unterschied bei einem Komponenten, der in einem Bereich installiert werden muss, in dem jeder Zentimeter zählt und der zudem direkt das Gesamtgewicht des Autos beeinflusst.
Der Schlüssel liegt in einer grundlegenden Eigenschaft von Elektromotoren: Bei derselben Leistung führt eine höhere Drehzahl dazu, dass der Motor weniger Drehmoment erzeugen muss. Dadurch lässt sich die Größe des Rotors verringern und somit weniger Material für dasselbe Ergebnis verwenden. Das Problem ist, dass die Räder nicht mit solchen Geschwindigkeiten drehen können, weshalb es unerlässlich ist, die Bewegung über eine Übertragung anzupassen.
ZF hat dieses Problem mit einem zweistufigen Reduktormotor mit Schraubenzahnrädern und einem ungefähren Übersetzungsverhältnis von 18:1 gelöst. Dadurch kann der Motor mit sehr hohen Drehzahlen laufen, während die Getriebe diese Drehzahlen reduzieren und die am Ausgang verfügbare Drehmomentleistung erhöhen. Dank dieser Konfiguration erreicht das System ein maximales Drehmoment von 3.500 Nm am Ausgang des Getriebes, das an die Räder weitergeleitet wird.
Ein weiterer Vorteil liegt im Materialverbrauch. ZF gibt an, dass der High Revolution Drive 50 Prozent weniger Magnetmasse benötigt als sein Referenzmodell mit 18.000 Umdrehungen pro Minute. Dies kann erhebliche Auswirkungen auf die Herstellungskosten sowie die Abhängigkeit von wichtigen Rohstoffen haben, insbesondere zu einer Zeit, in der europäische Hersteller versuchen, ihre Exposition gegenüber bestimmten Lieferketten zu verringern.
Sicherlich stellt das Drehen eines Motors bei solchen Geschwindigkeiten auch Herausforderungen dar. Mit zunehmenden Drehzahlen wird es schwieriger, Vibrationen, Geräusche sowie die Belastungen der Lager unter Kontrolle zu halten. Deshalb hat ZF Motor, Getriebe und mechanische Unterstützungsstrukturen gemeinsam entwickelt und dabei besondere Aufmerksamkeit auf die Zahngeometrie der Übertragung gelegt.
Laut Thomas Meiser, Leiter der Abteilung für Elektromobilität bei ZF, stellen die 30.000 Umdrehungen pro Minute derzeit das beste Gleichgewicht zwischen technischen Leistungen und Kosten für diese Lösung dar. Diese Drehzahl ermöglicht es, die Vorteile eines kompakteren Motors zu nutzen, ohne dass die Herstellungs- und Betriebsprobleme die Vorteile wieder zunichtemachen.
Es gibt noch eine weitere besonders interessante Zahl: Trotz des erhöhten Drehzahlniveaus sowie der Verwendung eines zweistufigen Getriebes bleibt die Effizienz des Gesamtsystems bei etwa 93 Prozent – praktisch identisch mit der eines herkömmlichen Vergleichsaggregats. Das bedeutet, dass ZF es geschafft hat, Größe und Gewicht zu reduzieren, ohne die gesamte Energieeffizienz des Systems zu opfern.
Die Masseverringering kann ebenfalls dazu beitragen, die Reichweite zu verbessern, obwohl ZF bisher keine konkreten Zahlen angegeben hat, wie viele zusätzliche Kilometer ein mit dieser Technologie ausgestattetes Auto erreichen könnte. Der Hauptvorteil wird vermutlich die Kombination aus geringerem Gewicht, geringerem Materialverbrauch und einer einfacheren Integration in elektrische Plattformen sein.
Der High Revolution Drive ist Teil der modularen SELECT-Architektur von ZF, die es ermöglicht, verschiedene Komponenten den Anforderungen jedes Herstellers anzupassen. Das Unternehmen konzentriert seine Entwicklung zunächst auf Systeme mit einer Leistung von 150 kW (204 PS) bis 200 kW (272 PS) – ein Leistungsbereich, der insbesondere für elektrische Limousinen und SUVs mit großem Stauraum von Interesse ist.
Zusätzlich ist die Technologie sowohl mit 400- als auch mit 800-Volt-Architekturen kompatibel, was ihre Verwendung auf verschiedenen Plattformen erleichtert, ohne dass für jede Anwendung ein völlig neues System entwickelt werden muss. Diese Flexibilität kann insbesondere für Hersteller attraktiv sein, die Komponenten zwischen verschiedenen Modellen teilen und die Entwicklungskosten senken möchten.
ZF führt bereits Gespräche mit verschiedenen Automobilherstellern, und das Ziel ist es, diese Technologie um das Jahr 2030 in die Produktion zu bringen. Es bleibt noch viel Arbeit zu erledigen, insbesondere um die Langlebigkeit zu gewährleisten, die Kosten unter Kontrolle zu halten und das System den Anforderungen der Massenfertigung anzupassen.
Aber dieser Ansatz ist insbesondere für die europäische Industrie von Interesse. Während sich ein großer Teil der Aufmerksamkeit auf Batterien, Ladezeiten und neue Elektroarchitekturen konzentriert, zeigen Unternehmen wie ZF, dass auch die Motoren selbst noch viel Entwicklungspotenzial haben. Und die gleiche Leistung mit einem um 25 Prozent kleineren und leichteren Antriebssystem zu erzielen, bei dem die Hälfte der Magnete verwendet wird, kann für die Zukunft des Elektroautos genauso wichtig sein wie die Erhöhung der Reichweite um einige Kilometer.
Quelle | ZF