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Elektrische Fahrzeugantriebe 30.000 U/min sollen E-Antrieb kompakter machen

Von Dipl.-Ing. (FH) Michael Richter 2 min Lesedauer

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ZF Friedrichshafen AG

Mit höherer Motordrehzahl will ZF den Platz- und Materialbedarf elektrischer Pkw-Antriebe senken. Der High Revolution Drive soll gegenüber einer vergleichbaren Ausführung der eigenen SELECT-Plattform rund ein Viertel leichter sein.

E-Maschine, Inverter und Getriebe in einem System: Der High Revolution Drive von ZF verbindet einen hochdrehenden Elektromotor mit einem zweistufigen Getriebe. (Bild: ZF Group)
E-Maschine, Inverter und Getriebe in einem System: Der High Revolution Drive von ZF verbindet einen hochdrehenden Elektromotor mit einem zweistufigen Getriebe.
(Bild: ZF Group)

Für die gleiche mechanische Leistung benötigt ein schneller drehender Elektromotor weniger Drehmoment. Das eröffnet Spielraum, die Maschine kleiner auszulegen. Diesen Zusammenhang nutzt ZF beim High Revolution Drive: Der Antrieb erreicht bis zu 30.000 U/min und kombiniert E-Maschine, Inverter und Getriebe in einer Einheit. Die vorgestellte Auslegung liefert 200 kW Spitzenleistung und ein Spitzendrehmoment am Rad von 3.500 Nm.

Um die hohe Motordrehzahl an den Radantrieb anzupassen, setzt ZF ein zweistufiges Stirnradgetriebe mit einer Übersetzung von etwa 18:1 ein. Gegenüber einem Select-Antrieb mit gleichen Leistungsdaten und 18.000 U/min benötigt die neue Variante laut Hersteller knapp 25 Prozent weniger Bauraum. Das Gewicht sinke um 25 Prozent, die Magnetmasse um die Hälfte. Die Effizienz soll auf dem Niveau des Vergleichsantriebs liegen.

Mehr Drehzahl, kompakterer Motor: Der High Revolution Drive von ZF ist ein neuer E-Antrieb mit Motordrehzahlen von bis zu 30.000 U/min. Daraus ergeben sich Vorteile bei Bauraum, Gewicht und Magnetmasse.(Bild: ZF Group)
Mehr Drehzahl, kompakterer Motor: Der High Revolution Drive von ZF ist ein neuer E-Antrieb mit Motordrehzahlen von bis zu 30.000 U/min. Daraus ergeben sich Vorteile bei Bauraum, Gewicht und Magnetmasse.
(Bild: ZF Group)

Eine Herausforderung des Konzepts sind Geräusche und Schwingungen bei hohen Drehzahlen. ZF hat deshalb nach eigenen Angaben E-Maschine, Verzahnung und Lagerung gemeinsam ausgelegt. Konkrete Messwerte zum Geräuschverhalten nennt das Unternehmen jedoch ebenso wenig wie absolute Gewichtsangaben oder Wirkungsgrade.

Der technische Nutzen liegt vor allem darin, eine gegebene Antriebsleistung mit weniger Bauraum und Material bereitzustellen. Die geringere Magnetmasse könnte zudem den Bedarf an den dafür eingesetzten Rohstoffen reduzieren. Wie groß die Vorteile im Fahrzeug tatsächlich ausfallen, lässt sich anhand der veröffentlichten Daten noch nicht beziffern. Insbesondere bleiben mögliche Reichweitengewinne und Kosteneinsparungen offen.

ZF zielt mit dem Konzept vor allem auf Pkw-Antriebe zwischen 150 und 200 kW. Die Architektur basiert auf dem modularen SELECT-Baukasten und soll sich für unterschiedliche Leistungsstufen sowie 400- und 800-Volt-Systeme anpassen lassen. Das Unternehmen führt nach eigenen Angaben Gespräche mit Automobilherstellern und strebt einen Serienstart bis 2030 an.

Höhere Drehzahl bedeutet nicht automatisch mehr Effizienz

Eine höhere Motordrehzahl steigert zunächst die Leistungsdichte: Die E-Maschine kann dieselbe Leistung bei geringerem Drehmoment und damit kompakter bereitstellen. Ein höherer Wirkungsgrad folgt daraus jedoch nicht automatisch. Bei hohen Drehzahlen können unter anderem Eisenverluste sowie Reibungs- und Luftwiderstandsverluste zunehmen. Entscheidend ist deshalb, wie effizient Motor, Inverter und Getriebe über die im Fahrbetrieb genutzten Last- und Drehzahlbereiche zusammenarbeiten. ZF spricht beim neuen Antrieb von einer Effizienz auf dem Niveau des Vergleichssystems. Der ausgewiesene Fortschritt liegt somit vor allem im geringeren Gewichts-, Bauraum- und Materialbedarf. (mr)

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