ZF elektrifiziert alle Fahrzeugarten

8.11.2018 Friedrichshafen. ZF treibt die Elektrifizierung von Fahrzeugen konsequent voran und gilt mit seinen integrierten Systemlösungen inzwischen als Weltmeister der Vielfalt: Der Technologiekonzern bietet bereits heute unterschiedlichste Hybrid- und rein elektrische Antriebslösungen für nahezu jedes Fahrzeugsegment in Serie. Als einer der Pioniere in Sachen E-Mobilität weiß ZF dabei, worauf es ankommt, damit Strom zu effizientem und dynamischem Vortrieb wird.

Im Jahr 2008 fertigte ZF als erstes Unternehmen in Europa Hybridmodule in Serie – eine Technologie, die heute den CO2-Ausstoß gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor um bis zu 70 Prozent senkt. Das 8-Gang Plug-in-Hybridgetriebe (8P) für Pkw mit Längs-Antrieb verbauen mittlerweile mehrere Hersteller in unterschiedlichen Fahrzeugmodellen. Ein nahezu bauraumneutral im Automatgetriebe integriertes Hybridmodul steuert hier 90 kW und 250 Nm Drehmoment bei. Damit beschleunigen Hybridfahrzeuge rein elektrisch auf bis zu 120 km/h Höchstgeschwindigkeit und – je nach Batteriekapazität – gut 50 km weit. Zur Effizienz trägt die schleppmomentreduzierte Trennkupplung bei, die den Verbrennungsmotor im E-Modus vollständig abkoppelt. Dank seines optimierten Drehschwingungsdämpfers harmoniert das 8P auch mit Downsizing-Dreizylinder-Turbomotoren.

Noch dynamischer schaltet das 8-Gang-Doppelkupplungsgetriebe (8DT), das insbesondere für Sportfahrzeuge mit Längs- oder Allradantrieb konzipiert ist. ZF entwickelte es zusammen mit Porsche als optionales Plug-in-Hybridsystem, das rein elektrisch 100 kW und 400 Nm bereitstellt. Damit sind ohne Verbrenner bis zu 140 km/h möglich. Torsionsdämpfer, Trennkupplung samt Aktuatorik und elektrische Maschine bringt ZF beim 8DT direkt in der Kupplungsglocke unter. In der AWD-Variante des Hybridgetriebes ist zudem der Allradverteiler integriert, der das Drehmoment bedarfsgeregelt an die Vorderachse leitet.

Hybrid für Kompakt- und Nutzfahrzeuge

Das elektrische Achsantriebssystem von ZF dagegen wirkt nicht im Getriebe, sondern ist direkt mittig auf der Achse positioniert. Gemäß dem „Plug-and-Drive“-Prinzip fasst es entscheidende Systemkomponenten in einem kompakten Modul zusammen: konkret eine elektrische Maschine, ein zweistufiges Ein-Gang-Stirnradgetriebe samt Differenzial, eine Parksperre, das Gehäuse, den Kühler sowie die Leistungselektronik inklusive Steuerungssoftware. Die Systemintegration von Getriebe, E-Maschine und Leistungselektronik stellt eine Schlüsselkompetenz dar, die ZF seinen Kunden aus einer Hand bieten kann. Dabei bringt der elektrische Achsantrieb bis zu 150 Kilowatt und 3.500 Newtonmetern Achsdrehmoment mit. Verbaut im Fahrzeugheck, beispielsweise im modularen ZF-Hinterachssystem „mSTARS“ (für „modular Semi-Trailing Arm Rear Suspension“), verwandelt er verbrennungsmotorische Pkw mit Frontantrieb in Achs-Hybride und E-Allradler. Im ZF-Konzept „eAMT“ (für „electrified Automated Manual Transmission“) kompensiert es außerdem jene Vortriebspausen, die bei Gangwechseln mit automatisiertem Schaltgetriebe auftreten. Das Ergebnis ist eine ruckfreie, druckvolle Beschleunigung, die es bislang nur bei deutlich aufwändigeren Hybridkonfigurationen gab.

Auch Nutzfahrzeuge profitieren dank ZF von der Elektrifizierung. Das automatische Getriebesystem TraXon Hybrid beispielsweise macht 40-Tonnen-Lkw und Reisebusse um bis zu sieben Prozent sparsamer: Eine elektrische Maschine samt integrierter Übersetzungsstufe – positioniert zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe – unterstützt mit maximal 130 kW und 1.200 Nm Abtriebsmoment. Während TraXon Hybrid auf der Fernstrecke parallel zum Dieselantrieb arbeitet, kann es in der Innenstadt sowie beim Rangieren auf Betriebshöfen auch als alleiniger, lokal emissionsfreier und leiser Antrieb dienen. Im Generatorbetrieb lässt sich das Hybridmodul in die Stromversorgung weiterer Aggregate einbinden – etwa bei Kühltransporten. ZF wird TraXon Hybrid schon 2019 an DAF liefern. Die hier beschriebenen Hybridsysteme eint nicht nur der rein elektrische Betriebsmodus: Sie alle ermöglichen auch weitere wesentliche Hybridfunktionen wie Rekuperieren, Boosten und Start-Stopp.

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100-prozentig elektrisch

Ebenso breit und systemisch wie bei den Hybriden ist ZF bei den rein elektrischen Antrieben aufgestellt. Kleinstfahrzeuge deckt ZF im neuen Joint Venture Sachs Micro Mobility GmbH ab: Der kompakte Motor Sachs RS für Pedelecs und E-Bikes zum Beispiel lässt sich flexibel in verschiedene Rahmenformen integrieren. Bis zu 700 Watt und 110 Nm liefern kräftigen Rückenwind. Das hohe Drehmoment stellt er schon bei der niedrigen Trittfrequenz von 60 Umdrehungen pro Minute bereit – und das dauerhaft dank intelligenter Kühlung. Wird der E-Motor nicht genutzt, sorgen zwei Freilaufkupplungen dafür, dass er keinen Widerstand erzeugt.

Am anderen Ende der Temposkala, in der Formel E, liefert ZF ab der Saison 2018/19 den kompletten elektrischen Antrieb für die bis zu 280 km/h schnellen Rennwagen des Venturi Teams. Das umfasst die 200 kW starke E-Maschine (Leistung per Reglement limitiert) inklusive Leistungselektronik, ein neues Renndifferenzial sowie ein leichtes, sehr effizient verzahntes und gelagertes Motorsportgetriebe. Letzteres basiert erstmals auf einem Ein-Gang-Konzept und ist durch den Einsatz neuer Materialien rund 40% leichter als das Getriebe der vergangenen Saison. Das Gesamtsystem ist der erste elektrische Achsantrieb von ZF, der rein für einen Einsatz im Motorsport entwickelt wurde.

Vollelektrische Vielfalt im Heck

Das zuvor beschriebene elektrische Achsantriebsmodul mit seinen maximal 150 kW und 3.500 Nm Achsdrehmoment wird 2019 bei einem europäischen Automobilhersteller in Serie gehen. Das System eignet sich als rein elektrischer Antrieb für batteriebetriebene, Brennstoffzellen- oder Hybridfahrzeuge. Der Antrieb kann sowohl für die Vorder- als auch für die Hinterachse eingesetzt werden. In der Praxis bereits bewährt hat es sich zum Beispiel im ZF Vision Zero Vehicle sowie im zukunftweisenden Shuttle e.GO Mover, das 2019 in Serie geht.

Anhand des Advanced Urban Vehicle zeigt ZF einen weiteren vollelektrischen Antrieb für Kleinwagen: Vortrieb liefert hier die electric Twist Beam (eTB), eine Verbundlenker-Hinterachse, an deren linkem und rechtem Rad eine kompakte Antriebseinheit mit je 40 kW integriert ist. An der Umsetzung extremer Vorderachs-Einschlagwinkel bis zu 75 Grad hat eTB beim Advanced Urban Vehicle einen großen Anteil: Der Antrieb unterstützt dann die Lenkbewegung und ermöglicht das Anfahren mittels individueller Kraftverteilung auf die beiden Hinterräder (Torque-Vectoring).

Saubere Optionen für urbanen Transport

Auf das Konzept des integrierten radnahen Antriebs setzt ZF auch bei der tausendfach serienbewährten Elektroportalachse AxTrax AVE für Niederflur-Stadtbusse. Die beiden flüssigkeitsgekühlten Asynchronmotoren liefern 2 x 125 kW und 2 x 11.000 Nm, womit sich sehr anspruchsvolle urbane Topologien meistern lassen. Für bestmögliche Effizienz und hohe Elektro-Reichweiten bietet ZF die AxTrax AVE im Systemverbund mit Wechselrichtern und Fahrsteuerung aus einer Hand an. Die Elektroportalachse deckt serielle Hybride ebenso ab wie rein elektrische Antriebe, ob gespeist per Batterie, Brennstoffzelle oder aus der Oberleitung.

Zusätzlich bietet ZF für Niederflur- wie auch für Hochbodenbusse den elektrischen Zentralantrieb CeTrax an. Mit bis zu 300 kW und 4.400 Nm ist er auf fordernde Anwendungen ausgelegt. Darüber hinaus überzeugt er bei Gewicht und Wirkungsgrad. Dank des „Plug-and-Drive“-Ansatzes lässt sich CeTrax in bestehende Fahrzeugplattformen integrieren, ohne dafür größere Änderungen an Fahrwerk, Achsen, Statik oder Differenzial vornehmen zu müssen. Strombetriebene Versionen von ursprünglich verbrennungsmotorischen Busplattformen lassen sich so relativ einfach verwirklichen. Fahrsteuerung und Wechselrichter sind ebenfalls Teil des Lieferumfangs, so dass Hersteller ein optimal abgestimmtes Gesamtsystem in puncto Leitungsfähigkeit, Effizienz und Lebensdauer erhalten.

CeTrax lite ist die kompaktere Systemvariante für Vans und leichte Nutzfahrzeuge bis 7,5 Tonnen. Bei 150 kW und 380 Nm bringt diese nur 120 Kilo auf die Waage – inklusive Ein-Gang-Übersetzung. Für Nutzfahrzeuge bis 19 Tonnen ist CeTrax mid bestimmt: Hier stellen zwei elektrische Asynchronmaschinen in Parallelbauweise 300 kW und 760 Nm bereit, die ein zweistufiges Lastschaltgetriebe überträgt.

E-Traktion aus dem Anhänger

In Off-Highway-Anwendungen, sprich Land- und Baumaschinen, punktet ZF mit dem elektrischen eTRAC-Radkopf. Dieses System setzt sich zusammen aus einem flüssigkeitsgekühlten 3-Phasen Asynchronmotor mit hoher Leistungsdichte, einem nachfolgenden, zweistufigen Getriebe sowie einer integrierten Bremse – elektrisch angetriebene Achssysteme für Anhänger oder elektrisch angetriebene Stützräder für diverse Anbaugeräte sind Beispiele für mögliche Einsatzzwecke. Die Aufteilung der Antriebsleistung auf zusätzliche Räder bietet in der Praxis diverse Vorteile: So wird durch eine geregelte Traktionsunterstützung etwa das Arbeiten unter erschwerten Bedingungen erleichtert und es steht ein größeres Zeitfenster für die Bewirtschaftung auch bei widrigen Witterungsverhältnissen oder aufgeweichten Böden zur Verfügung. Der elektrische Traktionsantrieb erfordert außerdem einen geringeren Zugkraftbedarf auf Seiten des Traktors – dadurch können entweder leistungsstärkere Anbaugeräte bewegt (und damit die Produktivität gesteigert) oder aber die Größe der Zugmaschinen verringert (und damit der Kraftstoffverbrauch und Bodenverdichtung reduziert) werden.

Aus dem Baukastensystem lassen sich viele weitere Fahrzeuge bedienen: Das schließt effiziente, leise und einfach zu verbauende All-in-One-Lösung für Gabelstapler ein. Darüber hinaus bietet ZF auch Hybrid- oder reine Elektrolösungen im Bereich der Schifffahrt, dem Schienenverkehr und weiteren Bereichen der Industrieanwendungen.

Forschungs- und Entwicklungszentrum ZF Friedrichshafen AG

Forschungs- und Entwicklungszentrum ZF Friedrichshafen AG (Foto: ZF)

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