Kleiner, leichter, leistungsfähiger: ZF stellt neue E-Antriebe für Pkw und Nutzfahrzeuge vor

• Exzellente Leistungsdichte und Effizienz in Gesamtsystem aus E-Motor, Leistungselektronik, Getriebe und Software
• Maximale Flexibilität durch optimiertes modulares Konzept mit drei Basiskonfigurationen
• Kompakte Bauweise ermöglicht ressourcenschonenden Materialeinsatz
• ZF belegt Technologieführerschaft durch Produktinnovationen
• Branchenweit höchster Auftragsbestand für E-Antriebe im Volumen von 25 Milliarden Euro

ZF präsentiert die neueste Generation von Elektroantrieben für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge. Sie setzt Maßstäbe durch eine herausragende Leistungsdichte und Energieeffizienz. Dies erreicht ZF aufgrund zahlreicher Innovationen auf der Komponenten- wie auch der Systemebene. Dazu zählen die kompakte Bauweise der Antriebe, der so genannte „diskrete Ansatz“ bei der Leistungselektronik und ein ressourcenschonender Materialeinsatz, der auch die Produktion der Antriebe nachhaltiger macht. Mit ihrem modularen Konzept unterstützen die neuen ZF-E-Antriebe Automobilhersteller flexibel und maßgeschneidert bei der weiteren Elektrifizierung ihrer gesamten Modellpallette. Für die Endkunden bieten die neuen Technologien eine höhere Effizienz, mehr Leistung und verkürzte Ladezeiten.

ZF entwickelt und produziert Technologien für die Mobilität der Zukunft. Zwei Millionen produzierte E-Motoren und das Hochvolt-Bordnetz mit der 800-Volt-Technologie, das dieses Jahr noch in Serie geht, zeigen: ZF gibt im dynamischen Elektromobilitäts-Markt das Tempo vor und baut jetzt seine Rolle als Technologie- und Innovationsführer weiter aus. Beleg der erfolgreichen Transformation des Unternehmens sind neueste Entwicklungen, die ZF internationalen Medien am 21. November 2022 in Friedrichshafen vorgestellt hat.

Systemansatz nimmt Marktanforderungen vorweg
ZF entwickelt sein umfassendes Produktspektrum für reine E-Antriebe bereits heute mit Blick auf die von Kunden und Endkunden gewünschten Funktionen. Um die stark diversifizierte Marktnachfrage besser und schneller zu erfüllen, präsentiert der Technologiekonzern nun eine neue Generation elektrischer Antriebe, die auf einem modularen Gesamtkonzept mit E-Motor, Inverter, Getriebe und Software aufbaut. „Wir setzen auf drei Basissysteme, die die Hauptanforderungen unserer Kunden, nämlich Effizienz, Performance und Kosten schon in der Standardversion fast perfekt erfüllen“, erläutert Markus Schwabe, Produktlinienleiter Electrified Powertrain Systems. „Auf dieser Basis können wir weitere individuelle Kundenanforderungen in E-Fahrzeugen aller Segmente optimal umsetzen.“ 

„Das große Interesse der Hersteller an unseren Produkten sowohl im Pkw- als auch im Nutzfahrzeugbereich wird durch unseren hohen Auftragsbestand im Hochvoltgeschäft eindrucksvoll bestätigt. Mit der nächsten Generation von Elektroantrieben setzen wir unsere Strategie, nachhaltige und effiziente Mobilität der Zukunft zu entwickeln, konsequent weiter fort“, erklärt ZF-Vorstandsmitglied Stephan von Schuckmann, der die E-Mobilität im Konzern verantwortet.

Innovationskraft im System wie auch bei den Komponenten
ZF stellt mit der neuen Generation der E-Antriebe vollintegrierte elektrische Antriebssysteme bereit. Mit seiner hohen Schnittstellenkompetenz und dem einzigartigen Know-how für Fahrstrategien können ZF-Applikationsingenieure jede Kundenanforderung optimal erfüllen. Der Konzern wird die innovativen Komponenten jedoch auch einzeln anbieten, auf denen die eigene Systemlösung basiert. „Die neue, extrem kompakte Bauform erlaubt dank ausgefeilter interner Schnittstellen, System- oder Komponentenanpassungen mit geringem Aufwand vorzunehmen. Zudem weist die Bauform eine sehr hohe strukturelle Steifigkeit auf, die ein überlegenes Geräuschverhalten ermöglicht,“ erklärt Dr. Otmar Scharrer, Entwicklungsleiter für elektrische Antriebstechnologien.

Die neue Generation der ZF-E-Antriebe wird ab 2025 als Gesamtsystem am Markt verfügbar sein, einzelne Komponenten wird ZF bereits früher in Serie bringen. Folgende Innovationen auf Komponentenebene leisten ihren Beitrag zum fortschrittlichen Gesamtsystem:

Die Leistungselektronik schafft mit der sogenannten „Discrete-Package-Technologie“ den Spagat zwischen einem hohen Grad an Bauteilgleichheit und hoher Anpassungsfähigkeit. Die Individualisierung erfolgt dabei auf Chip-Ebene: Ein diskret aufgebauter ZF-Inverter ist mit einzelnen Leistungs-Halbleiterschaltern aufgebaut. Diese Modularität bietet eine bessere Skalierbarkeit der Leistung als dies durch komplex zusammengefasste Powermodule möglich ist. Außerdem werden bei der „Discrete-Package-Technologie“ von ZF weniger unterschiedliche Arten von Bauteilen benötigt als bei der Nutzung herkömmlicher Leistungsmodule. „Mit unserem neuen Ansatz in der Leistungselektronik können wir unterschiedliche Marktanforderungen schneller und zielgenauer bedienen“, erklärt Scharrer.

Mit einem neuen, hochintegrierten E-Motor erhöht ZF noch einmal die Leistungsdichte gegenüber aktuell im Markt verfügbarer Technik. Die entscheidende Rolle spielen dabei ein neues Kühlkonzept und eine neue Wicklungstechnologie. Durch das neue Kühlkonzept lässt ZF Öl direkt die Kupferstäbe umfließen – genau an der Stelle, an der die meiste Wärme während des Betriebs entsteht. Eine solch hocheffiziente Kühlung erhöht die Performance bei gleichem Gewicht und Einbauraum deutlich. Die Dauerleistung des E-Motors wird dabei auf 85 Prozent der Spitzenleistung gebracht. So kann außerdem weitgehend auf den Einsatz schwerer Seltener Erden verzichtet, der E-Motor somit nachhaltiger produziert werden. Die von ZF entwickelte Braided-Winding-Wicklungstechnologie, eine Weiterentwicklung der sogenannten „Hairpin“-Stabwicklung, ermöglicht einen insgesamt 10 Prozent geringeren Bauraum. Allein der Wickelkopf wird dabei rund 50 Prozent kleiner als bei herkömmlichen Ansätzen. Damit wird rund 10 Prozent weniger Rohmaterial verarbeitet. 

Mit seinem neuen koaxialen Reduziergetriebe überträgt ZF sein weltweit führendes Know-how bei Planetengetrieben auf die nächste Generation elektrischer Antriebe. Zwei ineinander integrierte Planetengetriebe erzeugen nicht nur die gewünschte Achsübersetzung, sondern beinhalten auch die voll integrierte Differentialfunktion. Im Vergleich zu gängigen Offset-Konzepten sinken bei der neuen Lösung Gewicht und Bauraumbedarf, ohne bei Effizienz, Geräusch- und Vibrationsentwicklung Kompromisse zu machen.

Hochvolt-Konverter (DC-DC Converter) spielen eine zentrale Rolle bei Brennstoffzellen-betriebenen elektrischen Antrieben. Sie gleichen die niedrige Ausgangsspannung und den starken Spannungseinbruch bei Hochbelastung der Brennstoffzellen aus. Der neue Hochvolt-Konverter aus der ZF-Leistungselektronikplattform, der für Pkw- und Nutzfahrzeuganwendungen entwickelt wurde, weist in puncto Wirkungsgrad einen Topwert von 99,6 Prozent auf.