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Antrieb Vier Antriebslösungen für die Fahrzeugtechnik

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Wir zeigen, wie sich das Gelenk einer Seitenwelle mit der Radnabe ohne Zapfenverzahnung verbinden lässt, und drei weitere Antriebslösungen, die für den Einsatz in der Fahrzeugtechnik entwickelt wurden.

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Verbindung Face Spline mit Radnabe: Deutlich ist die Verzahnung am Gelenk und die vordere Befestigungsschraube erkennbar, die die Verbindung sichert und im Zusammenspiel mit dem Konus gleichzeitig zentriert.
Verbindung Face Spline mit Radnabe: Deutlich ist die Verzahnung am Gelenk und die vordere Befestigungsschraube erkennbar, die die Verbindung sichert und im Zusammenspiel mit dem Konus gleichzeitig zentriert.
(Bild: GKN)

Face-Spline-Gelenk ohne Zapfenverzahnung

In einer Antriebslösung wird üblicherweise das Gelenk einer Seitenwelle über eine Zapfenverzahnung mit der Radnabe verbunden. Diese Zapfenverzahnung ersetzt GKN Automotive durch eine Verzahnung auf der Stirnseite des Gelenkes – daher leitet sich auch der Name Face Spline ab. Die Frontverzahnung des Gelenks und der Radnabe greifen ineinander und werden durch den Konus des Face-Spline-Gelenks zentriert. Eine Befestigungsschraube sichert die Bauteile und verbindet sie kraftschlüssig. Im Hinblick auf Emissionsziele, Downsizing und drehmomentstarke Turbo- und Elektroantriebe und daraus resultierende gewichts- und funktionsoptimierte Bauteildesigns, machen immer mehr Fahrzeughersteller von diesem patentierten Konzept Gebrauch.

Die Vorteile zusammengefasst: Das Bauteil ist weniger komplex als das bisherige Design und so die Bauweise kompakter und leichter. Die Frontverzahnung stellt eine breitere Fläche zur Verfügung als eine Langzapfenlösung und erlaubt so die Übertragung höherer Drehmomente. Erstmontage und Wartung werden einfacher und eine spielfreie Verbindung zur Radnabe wird sichergestellt Neuer, raumsparender Membranfaltenbalg erlaubt Beugewinkel von bis zu 25°.

In axialer Richtung kompaktes Antriebssystem

Für Anwender, die komplette Antriebssysteme benötigen, deren einzelne Komponenten aufeinander abgestimmt sind, bietet Faulhaber viele Lösungen – jetzt auch, wenn der Einbauplatz knapp bemessen ist und drehmomentstarke Antriebe gefordert sind, die aufgrund der Einbausituation in axialer Richtung möglichst kurz bauen. Denn Faulhaber hat die BXT-Flachmotorenbaureihe um darauf abgestimmte Getriebe sowie integrierte Encoder und Speed Controller erweitert, die ebenfalls in axialer Richtung sehr kurz sind. Typische Anwendungen für die kompakten Antriebssysteme gibt es beispielsweise bei der Ausstattung von Flugzeugkabinen, in der Robotik, bei Gelenken von Prothesen, in der Laborautomation, bei Pumpen und in der Medizintechnik.

Werden durchmesserkonforme magnetische Encoder oder Speed Controller in die gehäusten Motorvarianten integriert, verlängert sich der Antrieb lediglich um 6,2 mm.
Werden durchmesserkonforme magnetische Encoder oder Speed Controller in die gehäusten Motorvarianten integriert, verlängert sich der Antrieb lediglich um 6,2 mm.
(Bild: Faulhaber)

Dank spezieller Wickeltechnik und optimierter Auslegung sind die Motoren selbst nur 14 mm, 16 mm und 21 mm lang, liefern aber Drehmomente bis 134 mNm bei einem Durchmesser von 22 mm, 32 mm bzw. 42 mm. Zur exakten Drehzahlregelung oder bei hohen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit werden durchmesserkonforme magnetische Encoder oder Speed Controller vollständig in die gehäusten Motorvarianten integriert, wodurch sich der Antrieb lediglich um 6,2 mm verlängert. Die passenden Metall-Planetengetriebe der Baureihe GPT zeichnen sich ebenfalls durch kurze Bauweise, hohes Drehmoment und feinste Abstufungen der zahlreichen Untersetzungsverhältnisse aus.

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Kosteneffizientes Hybridgetriebe für E-Antriebe

Vitesco Technologies, die Antriebssparte von Continental, hat eine kosteneffiziente und kompakte Hybridgetriebelösung mit integrierten Elektromotoren (Dedicated Hybrid Transmission, DHT) entwickelt, die z.B. für Plug-In-Hybridfahrzeuge (PHEV) eingesetzt werden kann.

Die Entwicklung ist eine besondere Herausforderung, weil ein Hybrid zwei Antriebe hat – den Verbrennungsmotor und die E-Maschine samt Leistungselektronik und Batterie. Diese zusätzliche technische Infrastruktur kann die Kosten für einen Hochvolthybrid mit voller elektrischer Fahrtauglichkeit für eine wirkliche Marktdurchdringung zu hoch machen. Entscheidend war es laut Hersteller, sich von gewohnten Betrachtungsweisen des Antriebsstranges zu lösen und bisherige Funktionen des Getriebes neu zu verteilen.

Die kompakte Hybridgetriebelösung mit integrierten Elektromotoren wurde vor allem für den Einsatz in Plug-In-Hybridfahrzeuge (PHEV) entwickelt.
Die kompakte Hybridgetriebelösung mit integrierten Elektromotoren wurde vor allem für den Einsatz in Plug-In-Hybridfahrzeuge (PHEV) entwickelt.
(Bild: Vitesco Technologies)

Den Schlüssel dazu bietet die E-Maschine, vorausgesetzt man nutzt sie viel umfassender als bisher und nicht nur als Quelle für Antriebskraft und Rekuperation. „Plug-In-Hybridfahrzeuge und Vollhybride können bisher im Markt nicht ihren vollen Beitrag zur CO2-Minderung leisten, weil ihr Antriebsstrang die Fahrzeuge für viele Käufer zu teuer macht“, sagt Stephan Rebhan, Leiter Technology & Innovation bei Vitesco Technologies. „Aus unserer Sicht liegt hier bisher ungenutztes Potenzial, das wir mit der DHT-Technologie für kosteneffiziente PHEV erschließen möchten. Diese Form der elektrifizierten Mobilität verdient im Interesse der CO2-Bilanz viel mehr Erfolg.“

Elektrische Aktuatoren für Turbolader

Die Pierburg GmbH hat eine neue Generation von rotatorischen und linearen Turboaktuatoren entwickelt. Sie sind geeignet für Turbolader mit Wastegate oder variabler Turbinen Geometrie (VTG). Ein modularer Ansatz soll dabei erlauben, individuelle Kundenbedürfnisse z.B. hinsichtlich der Steckerposition oder des Steckerdesigns kostengünstig und mit geringem Aufwand umzusetzen. Die Aktuatoren bringen die notwendigen Kraft- und Drehmomentvorgaben sowie verbesserte Stellzeiten, eine höhere Zyklenzahl und ein reduziertes Gewicht mit sich.

Die dafür eingesetzten zwei- und dreistufigen Getriebe zeichnen sich dem Unternehmen zufolge durch eine geringe Geräuschentwicklung und eine hohe Schaltzyklenanzahl aus. Sie bieten bis zu 360 Winkelgrad und bis zu 15 mm Hub am Abtrieb.

Die neuen linearen Turboaktuatoren eignen sich für Turbolader mit Wastegate oder variabler Turbinen Geometrie (VTG).
Die neuen linearen Turboaktuatoren eignen sich für Turbolader mit Wastegate oder variabler Turbinen Geometrie (VTG).
(Bild: Rheinmetall Automotive)

Die Auswahl der elektrischen Motoren und das gewählte Design erlauben selbst bei einer Umgebungstemperatur von mehr als 160 °C eine konstante Qualität der Betriebstätigkeit. Zudem kann ein Rückstellmechanismus, z.B. eine Drehfeder, verwendet werden. Eine entsprechende Sensorik ermöglicht dann eine vollvariable Regelung des Aktuators über den gesamten Verstellbereich. Ebenso können die Sensoren die aktuell gängigen Positionssignale in analoger oder digitaler Form an das Motorsteuergerät senden.

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