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Umbruch bei der Automobilindustrie: SKF beschleunigt die Entwicklung von Elektrofahrzeugen


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SCHWEINFURT – Die Automobilindustrie unterliegt aktuell dem gravierendsten Umbruch ihrer Geschichte. Für die kommenden zwei Jahre erwarten Experten die Einführung von rund 450 neuen Batterie- und Plug-In-Hybrid-Fahrzeugen. SKF unterstützt die Branche mit Lagern, branchenspezifischen Lösungen und Know-how dabei, die Herausforderungen zu meistern und die Chancen der E-Mobilität zu nutzen.

Weltweit gewinnt E-Mobilität weiter an Fahrt. Das hat verschiedene Ursachen: Um das Pariser Klimaschutzabkommen erfüllen zu können, drängen immer mehr Länder darauf, die Produktion neuer Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren innerhalb der nächsten zwei Jahrzehnte herunterzufahren. Um die Luftqualität zu verbessern, verbannen zahlreiche Großstädte Fahrzeuge mit herkömmlicher Verbrennungstechnologie aus ihren Innenstädten oder belegen sie mit einer Maut – mit breiter Unterstützung der Öffentlichkeit. Auf mehreren wichtigen Märkten wie Deutschland und China haben die Regierungen im Rahmen ihrer Konjunkturprogramme für die Corona-Krise Kaufanreize für Elektro- und Hybridfahrzeuge erhöht oder verlängert. Bloomberg New Energy Finance prognostiziert bis 2025 einen Absatzanstieg auf 8,5 Millionen Autos mit alternativen Antrieben. Dem Branchenanalysten zufolge wird noch vor dem Jahr 2040 die 50-Million-Marke überschritten.


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Extreme Drehzahlen stellen hohe Anforderungen an die eingesetzten Wälzlager


Der Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs ist mechanisch einfacher aufgebaut als der eines konventionellen Fahrzeuges. Deren Auslegung ist für ein angenehmes Fahrerlebnis trotzdem eine große Herausforderung. „Die elektrischen Antriebe in Autos sind für einen Betrieb mit sehr hohen Drehzahlen ausgelegt“, erläutert Hugh Zhu, Manager Product Development Rillenkugelrollenlager (DGBB) bei SKF. „Die eingesetzten Motoren laufen aktuell mit bis zu 20.000, in Zukunft werden sie wahrscheinlich sogar 25.000 bis 30.000 Umdrehungen pro Minute schaffen.“ Die Ingenieure versuchen die Antriebsleistung zu steigern und dabei gleichzeitig Größe und Gewicht der Antriebsaggregate zu minimieren.

„Dieses Streben nach immer höheren Betriebsdrehzahlen stellt sehr hohe Anforderungen an die Wälzlager in elektrifizierten Antriebssträngen“, sagt Zhu. Auch wenn die Zahl der Lager in einer E-Achse ungefähr der eines herkömmlichen Schaltgetriebes entspricht, sind die technischen Ansprüche doch ungleich größer. „Um den hohen Zentrifugalkräften bei diesen Drehzahlen standhalten zu können und die dabei entstehende Eigenerwärmung so gering wie möglich zu halten, müssen die eingesetzten Käfige, Schmierstoffe und die innere Geometrie der Lager speziell ausgelegt werden“, erklärt er. Zudem ist für die Hersteller ein zuverlässiger Betrieb der Lager über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs ausschlaggebend. Diese liegt aktuell bei rund zehn Jahren oder 300.000 Kilometern. Künftig ist mit Laufleistungen von 500.000 Kilometern und mehr zu rechnen.

Die hohen Drehzahlen sind jedoch nicht die einzige Herausforderung. Hohe und schnell wechselnde Spannungen der Wechselrichter können Fehlströme in Komponenten des Antriebsstrangs verursachen. Durchlaufen diese herkömmliche Stahllager, sind Schäden an deren Laufflächen möglich. Eine erhöhte Reibung, stärkere Schwingungen und ein vorzeitiger Lagerausfall sind die möglichen Folgen. Hier kommen die Hybridlager von SKF ins Spiel.

Hybridlager mit Spitzenleistung

Hybrid-Rillenkugellager von SKF vereinen Wälzkörper aus Keramik mit Laufbahnen aus Wälzlagerstahl, daher der Name „Hybrid“. Wälzlager dieses Typs bieten eine optimierte Leistung bei hohen Drehzahlen und sehr gute elektrische Isolierungseigenschaften. Das macht sie zu einer hervorragenden Wahl für elektrische Hochleistungs-Antriebsstränge. Zudem entwickelt SKF derzeit maßgeschneiderte Lösungen, die die Kriechströme abschwächen oder gezielt ableiten sollen, um das gesamte elektrische Antriebsaggregat zu schützen.

Investitionen am wichtigsten Markt für Elektrofahrzeuge

Die Hersteller von Elektrofahrzeugen sind aber nicht nur auf Hochleistungsprodukte angewiesen. Sie benötigen darüber hinaus die Unterstützung mit dem notwendigen technischen Know-how und passende Lieferketten, die ihre globalen Fertigungs- und Produktentwicklungsstandorte optimal unterstützen. China hat sich zum weltweit wichtigsten Markt für Elektrofahrzeuge entwickelt – dies gilt für den Absatzmarkt genauso wie für deren Herstellung. Außerdem stellt das Land für Automobilhersteller auf der ganzen Welt die größte Bezugsquelle für Komponenten dar. Kurz gesagt: Wer als Zulieferer auf dem Elektrofahrzeugmarkt mitspielen will, muss in China Erfolg haben.

Um den chinesischen E-Auto-Markt zu erschließen, setzt SKF auf eine komplett lokale Wertschöpfungskette. Das Unternehmen investiert vor Ort unter anderem in Produktentwicklungszentren sowie Fertigungs- und Testeinrichtungen. In den vergangenen zwei Jahren hat SKF 770 Millionen Schwedische Kronen, umgerechnet circa 75 Millionen Euro, in den Ausbau seiner Rillenkugellager-Fertigungskapazitäten in Xinchang gesteckt und den Standort zum Forschungs- und Entwicklungszentrum für diesen Lagertyp ausgebaut. „Das erlaubt uns eine größere Flexibilität und Schnelligkeit bei der Entwicklung neuer Lösungen für den schnelllebigen Elektrofahrzeugmarkt“, sagt Zhu.

Anwendungsspezifische Techniklösungen

Neben der grundlegenden Produktentwicklung erarbeiten die Experten von SKF auch anwendungsspezifische Lösungen für Fahrzeughersteller. Hier ist besonders der Bereich „Noise, Vibration, Harshness“ (NVH) von großem Interesse. Die Experten erforschen, welchen Einfluss Geräusche und Vibrationen auf den Fahrkomfort des Kunden haben. „Ein E-Auto ist viel leiser als ein herkömmliches Fahrzeug. Schon kleinste Geräusche des Antriebsstrangs können sich beim Fahrer bemerkbar machen“, erklärt Zhu. „Unsere Expertenteams arbeiten gemeinsam mit großen Fahrzeugherstellern daran, die Quellen von Störgeräuschen auszumachen und Lösungen zu entwickeln, diese auf Komponenten- oder Systemebene auszuräumen oder zu reduzieren, damit sich dem Endkunden ein ungestörtes Fahrerlebnis bietet.“

Dank anwendungsspezifischer Lösungen und der engen Zusammenarbeit mit den Kunden bereits in sehr frühen Entwicklungsstadien kann SKF hocheffiziente Lagerlösungen und -anordnungen entwickeln. Damit können Fahrzeughersteller die Systemleistungsverluste reduzieren und die Reichweite der Elektrofahrzeuge vergrößern.

Auf den Fotos:
* Hybrid-Rillenkugellager von SKF bieten eine optimierte Leistung bei hohen Drehzahlen und sehr gute elektrische Isolierungseigenschaften. Das macht sie zu einer sehr guten Wahl für elektrische Hochleistungs-Antriebsstränge.
* „Dieses Streben nach immer höheren Betriebsdrehzahlen stellt sehr hohe Anforderungen an die Wälzlager in elektrifizierten Antriebssträngen“, sagt Hugh Zhu, Manager Product Development DGBB bei SKF.
Bilder: SKF


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