E-Mobilität

Mara Hofacker,

Schaeffler präsentiert serienreife E-Motoren

Schaeffler steigt mit einer modularen und hochintegrierten Technologieplattform in die Fertigung von Elektromotoren ein. Das Anwendungsspektrum der auf Effizienz getrimmten E-Motoren-Familie reicht von Hybridmodulen über dedizierte Hybridgetriebe (DHT) bis hin zu E-Motoren für elektrische Achsantriebe.

Anwendungsspektrum von 20 bis über 300 kW: E-Motoren von Schaeffler für Hybridmodule, Hybridgetriebe und rein elektrische Achsantriebe. © Schaeffler

Dabei sind Spannungslagen zwischen 48 und 800 V und Leistungsklassen von 15 bis über 300 kW möglich. Ab 2021 soll die Serienproduktion für verschiedene Kundenprojekte weltweit anlaufen. Für Aufbau und Betrieb der Fertigungslinien wird das weltweite Schaeffler-Netzwerk von Produktionswerken, Sondermaschinen- und Werkzeugbau genutzt. Auf der IAA stellt Schaeffler die selbst entwickelten, serienreifen E-Motoren als Komplettsysteme erstmals der Öffentlichkeit vor.

Industrialisierung lückenlos

Nachdem die letzte Technologielücke bei der Herstellung von Statoren durch den Zukauf von Elmotec-Statomat Ende 2018 geschlossen wurde, lässt sich nun die gesamte Industrialisierung von E-Motoren lückenlos im Unternehmen abbilden. Umfassende Kompetenzen hinsichtlich mechanischer Komponenten, Fertigungsprozesse und Wickeltechnologien aber auch das ausgeprägte Systemverständnis für das Gesamtfahrzeug garantieren nach Unternehmensangaben kurze Entwicklungszeiten und stellen reibungslose Abläufe bei der Produktion technologisch anspruchsvoller E-Maschinen sicher. „Getriebe, E-Motor und Leistungselektronik zu verstehen und zu beherrschen, ist eine Kunst für sich“, sagt Dr. Jochen Schröder, Leiter Unternehmensbereich E-Mobilität bei Schaeffler. „Das Ganze zu einem funktionierenden Gesamtsystem und Antriebsstrang zu kombinieren ist eine andere. Wir beherrschen beides.“

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Schaeffler startet mit der Fertigung von effizienten E-Motoren als Komponenten und Teile von Komplettsystemen. © Schaeffler

Lösungen sowohl für Hybridantriebe als auch elektrische Achsantriebe

E-Motoren für P2-Hybridmodule unterliegen besonderen Anforderungen, da diese prinzipbedingt mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors laufen. Minimale axiale Länge und viel Freiraum innerhalb des Rotors zur Integration von Kupplung und Ausrücksystem garantieren die nötige hohe Packungsdichte für diese Anwendung. Für axial extrem kurze Bauräume wird die Einzelzahnwicklung vorgehalten. Es können 48-V- und Hochvoltmotoren mit Leistungen von 15 bis 120 kW angeboten werden. Ist das Hybridmodul als trockenes System ausgeführt, wird der Stator über einen Kühlmantel aktiv gekühlt. Bei Systemen mit einer Nasskupplung kann das verfügbare Öl auch für die Entwärmung des E-Motors genutzt werden, was zu einer deutlich besseren Wärmeabfuhr und damit höheren Dauerleistungen führt. Die beste Verlustleistung ist allerdings die, die gar nicht erst entsteht. Die Motoren sind deshalb auf hohe Effizienz in einem weiten Kennfeldbereich optimiert.

Je nach Bauraumbedingungen kann das Gleiche für E-Motoren in dedizierten Hybridgetrieben gelten. Meistens werden diese Getriebe so ausgelegt, dass die E-Maschinen etwas mehr axialen Bauraum bekommen und die E-Maschinen schneller drehen. Üblich sind Leistungen zwischen 80 kW und 140 kW. Je nach Betriebsmodus des Getriebes bzw. des Antriebsstranges, arbeiten diese Motoren in Kombination mit dem Verbrennungsmotor generatorisch oder motorisch und werden in ihrem Wirkungsgradverhalten entsprechend dem Nutzungsprofil optimiert. Durch die rein elektrischen Fahrmodi bei Plug-In-Hybriden tritt das akustische Verhalten deutlich in den Vordergrund. In vielen Fällen ist die Verwendung einer verteilten Wicklung zielführend. Schaeffler hat sich dafür eine zweite Standardwicklung definiert, für die in-house auch die Fertigungsmaschinen entwickelt werden. Es handelt sich dabei um den Ansatz der Stabwellentechnologie, die durch Elmotec-Statomat in Karben konsequent vorangetrieben wird. Für eine konkrete Anwendung wurde eine Traktionsmaschine entwickelt, die bei einer axialen Gesamtlänge von 137 mm eine Leistung von 125 kW und ein Drehmoment von 310 Nm liefert.

Abgerundet wird das Portfolio durch eine Baureihe von E-Motoren für den Antrieb elektrischer Achsen. Hierbei werden die Spannungslagen Hochvolt 2 (400 V) und Hochvolt 3 (800 V) abgedeckt. Der Leistungsbereich erstreckt sich von 100 kW bis über 300 kW. Wenn es das Systemdesign erlaubt, werden diese Motoren auf hohe Enddrehzahlen (bis zu 20.000 rpm) ausgelegt. Dadurch lassen sich die Vorteile der Stabwellenwicklung optimal nutzen. Viele Statornuten führen zu einer guten Entwärmung und zu einem Drehfeld mit wenigen Oberwellen. Hohe Leistungsdichte und exzellenter Wirkungsgrad sind die resultierenden Vorteile.

„Durch den Ausbau von Kompetenzen in Entwicklung und Fertigung eigener E-Motoren erweitern wir nicht nur unser Portfolio, sondern verfolgen auch unsere E-Mobilitätsstrategie konsequent weiter. Dank umfangreichem Systemwissen und den davon richtig abgeleiteten Lösungen stehen wir unseren Kunden als anerkannter und vertrauensvoller System- und Komponentenhersteller zur Seite, der je nach Kundenanforderungen und Mobilitätsbedürfnis die idealen Produkte liefert“, sagt Matthias Zink, Vorstand Automotive OEM bei Schaeffler.

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