Komponenten und Systeme für Elektromobilität E-Mobility forciert Technologieentwicklung

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Weltweit rollen immer mehr E-Autos auf den Strassen. Ist die Schweiz einer der Vorreiter, werden mittlerweile auch in unserem Nachbarland Deutschland im Juli 2023 jeder fünfte Neuwagen mit batterieelektrischem Antrieb verkauft. Dennoch ist und bleibt die Reichweite von E-Fahrzeugen ein Thema.

«Schaeffler entwickelt Mittel gegen die Reichweitenangst», sagt Matthias Zink, Vorstand Automotive Technologies der Schaeffler AG. «Mit smarten technischen Lösungen und einer besonders grossen Bandbreite von Komponenten und Systemen für vollelektrifizierte Antriebe machen wir die E-Mobilität noch alltagstauglicher und reduzieren den Stromverbrauch, damit die Reichweite steigt.» Autofahrer müssen so zudem seltener laden. Je nach Auslegung der Fahrzeugapplikation können Fahrzeugbauer die Energieeinsparung aber auch dazu nutzen, die Batterie kleiner und Fahrzeuge damit kostengünstiger zu machen.

Hocheffiziente Lagerlösungen

Kein Auto fährt ohne Lager – auch kein E-Auto. Die Zauberformel für mehr Reichweite lautet hier: Reibungsverluste reduzieren. Denn durch Reibung in den Lagerstellen geht Energie verloren und steht so nicht für den Antrieb zur Verfügung. Ein Satz hocheffizienter Getriebelager mit geringerer Reibung von Schaeffler spart im Vergleich zu einer konventionellen Lagerlösung rund 50 Watt Leistung ein. Das bedeutet automatisch mehr Reichweite. Alternativ lassen sich mit 40 bzw. 50 Watt im Winter die Aussenspiegel oder das Lenkrad beheizen*, ohne dass die Reichweite leidet.

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Die Getriebelager für E-Autos von Schaeffler sind obendrein speziell an die hohen Drehzahlen an der Getriebeeingangswelle des elektrischen Antriebs angepasst und sorgen für eine optimale Kraftaufnahme.

Radlager: bei 180 000 km rund 100 Millionen Umdrehungen

Noch mehr Reichweite bringen «Trifinity-Radlager» von Schaeffler. Radlager sind Teil des Fahrwerks eines E-Autos und führen die Antriebswellen und Achsen. Sie sorgen dafür, dass sich die Räder auch bei grosser mechanischer Belastung mit geringem Widerstand drehen. Auf Radlager wirken im Fahrbetrieb enorme Kräfte. Zudem drehen sie sich über eine Distanz von 180 000 Kilometern rund 100 Millionen Mal. Mit dem Radlager «Trifinity» ist es Schaeffler gelungen, die sonst bei Radlagern üblichen Verluste um satte 67 Prozent zu reduzieren.

67 Prozent weniger Reibung: 200 Watt, 20 km mehr Reichweite

Das bedeutet eine Einsparung von mehr als 200 Watt und damit rund 20 Kilometer mehr Reichweite bei einem vollgeladenen Elektro-SUV mit 120 Kilowattstunden Batterieleistung. Mit dieser Leistung lassen sich im Winter alternativ die Sitzheizungen von Fahrer und Beifahrer betreiben* – ohne Reichweitenverlust.

Diese verbrauchen in der intensiven Aufheizphase rund 100 Watt pro Sitz, wohingegen das «Trifinity-Radlager» seine Einsparung sogar dauerhaft liefert. Hinzu kommt, dass das dreireihige «Trifinity-­Radlager» im Vergleich zu einem Standardlager mit zwei Kugelreihen rund 10 Prozent leichter ist und zudem länger hält, bei gleichen Lagerabmessungen. Durch seine über 20 Prozent höhere Steifigkeit kann mit dem Lager zudem mehr Achslast übertragen werden, was speziell bei schwereren E-Fahrzeugen Vorteile bietet.

Reichweiten-Champion: Thermomanagement

Besonders grosses Reichweitenpotenzial steckt im Thermomanagement, das Schaeff­ler seit rund 15 Jahren entwickelt und seit 2011 serienmässig an Fahrzeughersteller liefert. «Gerade bei E-Autos hat das Thermomanagement entscheidenden Einfluss auf viele kundenrelevante Eigenschaften wie Reichweite und Komfort und wird für die Automobilhersteller mehr und mehr zum wettbewerbsdifferenzierenden Faktor», sagt Dr. Jochen Schröder, Leiter des Unternehmensbereichs E-Mobilität bei Schaeffler. Der Zulieferer bietet integrierte Thermomanagementlösungen an – von flexibel einsetzbaren Komponenten über hochintegrierte Thermomanagementsysteme bis hin zur 4in1-E-Achse.

Antrieb, Leistungselektronik als kompakte Einheit

Hier werden Motor, Getriebe, Leistungselektronik und das thermische System als Einheit optimiert. Dabei entfallen die zusätzlichen Schläuche und Kabel eines dezentralen Thermomanagements und es geht weniger Energie verloren. Zudem bedeuten weniger Teile auch weniger Gewicht und eine einfachere Montage für den Fahrzeughersteller.

Durch diese Integration steigen Reichweite und Schnellladezeit weiter, weil Antrieb inklusive Batterie in der richtigen Temperatur gehalten werden. Zudem wird der benötigte Klimakomfort für die Insassen bereitgestellt. Allein durch das optimale Zusammenspiel der vier Teilsysteme spart ein E-Auto der Kompaktklasse mit einer Batteriekapazität von 75 Kilowattstunden rund eine Kilowattstunde Energie pro 100 Kilometer ein. Das bedeutet rund sieben Prozent mehr Reichweite, also gut 36 Kilometer.

Wärmepumpe, die Wärmeenergie aus der Umgebungsluft gewinnt

Sowohl für die 4in1-E-Achse, als auch als separat verfügbare Komponente, entwickelt Schaeffler eine neue Wärmepumpe, die Wärmeenergie aus der Umgebungsluft gewinnt und die Abwärme von Motor, Leistungselektronik und Batterie nutzbar macht. So sparen Autofahrer die gerade im Winter knappere Akkuleistung ein. Verglichen mit einem Kompaktklassefahrzeug mit 75-kWh-Batterie und dezentralem Thermomanagement verbraucht ein Fahrzeug mit 4in1-E-Achse und Wärmepumpensystem rund vier Kilowattstunden Energie auf 100 Kilometer weniger (gemessen im WLTC, Aussentemperatur –7 °C). Übersetzt in Reichweite bedeutet das, 17 Prozent weiter fahren bzw. 48 Kilometer. Alternativ können es sich Fahrer und Beifahrer mit ihren Sitzheizungen und der Lenkradheizung gemütlich machen, während beheizbare Aussenspiegel und eine eisfreie Heckscheibe für mehr Sicherheit sorgen (zusammen rund 410 Watt Stromverbrauch*). Ein weiterer Pluspunkt des Wärmepumpensystems: Es arbeitet mit dem natürlichen Kältemittel Kohlendioxid (R744), das die Umwelt deutlich weniger belastet als konventionelle Kältemittel (Rf1234yf). R744 ist nicht brennbar, hat ein niedriges Treibhauspotenzial und schädigt die Ozonschicht nicht. Damit setzen Automobilhersteller und Autofahrer auf Zukunftssicherheit und Klimaschutz. (böh) SMM

* Referenzwerte des Stromverbrauchs
von Fahrzeugfunktionen (Quelle: ADAC)

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