E-Achse CG-Technologie bringt Hochdrehzahlgetriebe in Schwung

Anbieter zum Thema

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

OSWALD Elektromotoren GmbH

GWJ Technology GmbH

Bis zu 30.000 min^–1 für E-Motoren und eine Höchstgeschwindigkeit von 240 km/h stellen Ingenieure von Elektroautos vor neue technische Herausforderungen. Für die tribologische Behandlung der Zahnräder im Getriebe setzt der Entwicklungsdienstleister AVL auf die Expertise von Tribonex.

Um Elektromobilität erschwinglich zu machen, geht der Trend bei der Entwicklung von Antrieben zunehmend in Richtung E-Achse. Bei diesem System bilden Elektromotoren, Leistungselektronik und Getriebe eine kompakte Einheit, die platzsparend in die Vorder- oder Hinterachse des Fahrzeugs integriert wird.

Attraktiv für die Automobilhersteller ist, dass ein identisches Antriebsmodul ohne große Designänderungen in verschiedene Fahrzeugtypen integriert werden kann – zum Beispiel in Limousinen, SUVs oder Kleinwagen. Der Wegfall von Bauteilen und Verbindungskabeln sowie die vereinfachte Kühlung sparen Kosten im Vergleich zur herkömmlichen dezentralen Bauweise.

Bildergalerie

Kompakte Antriebspakete für die Elektromobilität

AVL, nach eigenen Angaben der weltweit größte unabhängige Technologiepartner im Automobilbereich, ist auch intensiv daran beteiligt, diese kompakten E-Mobility-Antriebspakete auf die Straße zu bringen. Dabei unterstützt der Entwicklungsdienstleister AVL die Automobilhersteller bei Entwicklungsprojekten über den gesamten Entwicklungsprozess des Moduls - von der ersten Zeichnung bis zum Produktionsstart.

Das Flaggschiff der aktuellen E-Mobilitätsprojekte ist eine Highspeed-E-Achse mit beeindruckenden technischen Daten. Angetrieben wird das Fahrzeug von zwei Elektromotoren mit einer Spitzenleistung von zusammen 400 kW. Die Antriebseinheit ist für eine Höchstgeschwindigkeit von 240 km/h ausgelegt. Mit einer Systemspannung von 850 Volt sind hohe Laderaten möglich. Trotzdem wiegt die Antriebseinheit nur 112 kg und bietet damit eine Leistungsdichte von 3,5 kg/kW.

Tesla Model 3 mit neuer E-Achse auf dem Prüfstand

Die ölgekühlten Elektromotoren erreichen eine Drehzahl von schwindelerregenden 30.000 min^–1 – der Standard für Elektroantriebe liegt derzeit bei nur rund 15.000 min^–1. Diese hohen Leistungen sollen auch über längere Strecken kontinuierlich zur Verfügung stehen. Dabei wird das Getriebe auch extremen Belastungen ausgesetzt. Zu extrem für ein herkömmliches Getriebe, wie Tests auf einem Fahrstand und in der Praxis, bei der die neue E-Achse in ein Tesla Model 3 eingebaut wurde, zeigten. Wegen zu hoher Reibung und Überhitzung reichte die konventionelle Nachbearbeitung der Getriebezahnräder nicht aus.

AVL wandte sich an die Spezialisten von Tribonex, die sich bereits mit der Tribokonditionierung, einem Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Motor- und Getriebekomponenten, einen Namen gemacht hatten.

Tribokonditionierung ist ein mechanisch-chemisches Verfahren zur Optimierung der Reibungseigenschaften von Oberflächen an mechanischen Bauteilen aus Stahl oder Gusseisen. Es kombiniert das Polieren der Bauteiloberfläche mit der Bildung eines Festschmierstofffilms (Tribofilm), der chemisch in der Oberfläche des Bauteils gebunden wird. Dadurch wird vor allem das Einlaufverhalten der behandelten Bauteile verbessert.

Elektromobilität

Ein Jahr Tesla-Werk in Deutschland – wie steht es um die Vorzeigefabrik?

Verschleiß und Lebensdauer von Motorkomponenten optimieren

Dieses Verfahren optimiert beispielsweise den Verschleiß und die Lebensdauer von Motorkomponenten. Auch Kraftstoffeinsparungen und eine geringere Geräuschentwicklung durch die verringerte Reibung im Motor eines Pkw wurden in Tests festgestellt.

Mit Triboconditioning für komplexe Geometrien – bei Tribonex Triboconditioning CG genannt – geht das schwedische Hightech-Unternehmen einen Schritt weiter. Während das herkömmliche Triboconditioning vor allem für die Behandlung typischer hochbelasteter Bauteile in Verbrennungsmotoren wie Nockenwellen, Zylinderlaufflächen, Ventile, Pleuelstangen und Zylinderbohrungen konzipiert wurde, gibt es nun auch eine Lösung für die Oberflächenbehandlung von Getriebekomponenten mit komplexen Geometrien.

Neue Tribokonditionierung-Technologie für komplizierte Geometrien

„Mit Triboconditioning CG haben wir eine neue Variante unserer bewährten Triboconditioning-Technologie erfunden, die sich besonders für die Massenbearbeitung von Bauteilen mit komplizierten Geometrien eignet, wenn der Standard-Maschinenprozess nicht eingesetzt werden kann“, erklärt Christian Kolár, CEO Tribonex, in diesem Zusammenhang.

Dadurch weisen auch die Komponenten von Getrieben und Differentialen, zum Beispiel Zahnräder, einen geringeren Verschleiß, einen ruhigeren Lauf und eine längere Lebensdauer auf.

„Im Prinzip kommen ähnliche oberflächenaktive Fluide wie beim klassischen Triboconditioning zum Einsatz, allerdings nutzen wir andere Bearbeitungsplattformen und Werkzeugkonzepte, bei denen der mechanische Kontakt zwischen vielen Werkzeugen und dem Werkstück durch Stöße und Vibrationen verstärkt wird, bei denen die tribochemische Reaktion stattfindet“, ergänzt Kolár.

Oberflächenrauheit erheblich verringert

Durch die eingebrachte Energie reagiert die Tribonex-Prozessflüssigkeit mit der Oberfläche und bildet die mit Festschmierstoffen angereicherte Oberflächenschicht. Dieser Prozess reduziert außerdem die Oberflächenrauheit erheblich, sodass die Reibungskoeffizienten der Bauteile verringert werden.

Die Tribonex-Spezialisten empfahlen Triboconditioning CG auch für die Behandlung der Verzahnung der Hochdrehzahl-E-Achse, was sich als großer Erfolg erwies.

Mit der neuen Lösung halten die Getriebe vollen Fahrzyklen und den anspruchsvollen 30.000 min^–1 stand. So ermöglicht die Tribokonditionierung zusammen mit einem angepassten Schmierkonzept eine deutliche Leistungs- und Effizienzsteigerung und macht die E-Mobilität auch für Kundengruppen, die sportliche Fahreigenschaften erwarten, ein Stück attraktiver.

Elektromobilität

Diese fünf Kleinwagen mit E-Antrieb sind bald erhältlich

(ID:49610544)