Neuer Anspruch

Spezial

Antriebstechnik – Elektroantriebe stellen neue Anforderungen an die Komponenten des Antriebsstrangs. Die Verbindung von Elektromotor und Stirnradgetriebe übernimmt dabei eine Bogenzahn-Kupplung.von Josef Schürhörster, Produktmanager, KTR Kupplungstechnik GmbH, Rheine

16. Februar 2012

Einer der wichtigsten Techniktrends der kommenden Jahre ist die Entwicklung von elektrisch getriebenen Fahrzeugen für den Individualverkehr. So wird nach einer Studie der internationalen Unternehmensberatung Bain & Company in zehn Jahren die Hälfte aller neu zugelassenen Autos mit einem Elektroantrieb ausgestattet sein – sei es als rein batteriebetriebenes Fahrzeug, als Range Extender mit Stromgenerator oder als Hybridfahrzeug.

Allein in Deutschland sollen zu diesem Zeitpunkt nach einer Prognose des Bundesverkehrsministeriums eine Million E-Autos unterwegs sein. In der Studie heißt es weiter: »Die Elektrifizierung der Autos ist zwingend, alternativlos und unumkehrbar.«Einige Automobilhersteller sind frühzeitig auf diese Entwicklung eingestiegen und haben diverse Elektrofahrzeuge entwickelt, die bereits auf den Straßen Europas und den USA unterwegs sind.

Dazu wurden unter den nahezu unveränderten Karosserien vollelektrische Antriebe installiert. Der Motor überträgt dabei seine Kraft nahezu lautlos und emissionsfrei meistens über ein einstufiges Stirnradgetriebe auf die Vorderräder. Als Energiespeicher dienen in der Regel Lithium-Ionen-Akkuzellen, deren hohe Kapazität eine Reichweite von mehr als 250 Kilometern ermöglicht.

Das Wiederaufladen der Energiespeicher ist an jeder konventionellen Netzstrom-Steckdose möglich. Wenn man stattdessen so genannte »Wallboxes« mit erhöhter Stromstärke nutzt, lassen sich die Akkus in nur zweieinhalb Stunden vollständig aufladen. Wenn Fahrzeuge – und das gilt für Pkw und Lkw ebenso wie für mobile Arbeitsmaschinen – mit reinen Elektroantrieben ausgerüstet sind, gelten jedoch grundsätzlich andere Bedingungen bei der Auslegung der Komponenten des Antriebsstrangs.

In besonderem Maße gilt dies für die Kupplungen und somit auch für die Wellenkupplung, die als Schnittstelle von Elektromotor und Getriebe zum Einsatz kommt: Sie soll hier nicht nur Fluchtungstoleranzen ausgleichen, sondern zugleich auch die elektrische Isolation des Motors gegenüber den anderen Komponenten des Antriebsstrangs gewährleisten.

Eine sorgfältige Abdichtung gehört außerdem ebenso zu den Anforderungen wie Wartungsfreiheit und eine spielfreie Drehmomentübertragung. Zudem entfallen zwar die Schwingungen des Verbrennungsmotors, die folglich auch nicht gedämpft werden müssen, jedoch sind dafür die Drehzahlen teilweise deutlich höher als die von Verbrennungsmotoren.

Flexible Verbindung

Bereits weit verbreitet bei den Elektrofahrzeug-Pionieren auf den Straßen der internationalen Metropolen ist die sogenannte Bogenzahn-Kupplung der Baureihe BoWex des Kupplungstechnikspezialisten KTR aus Rheine , die die Verbindung zwischen Elektromotor und Stirnradgetriebe übernimmt.

Diese doppelkardanische flexible Wellenverbindung, deren Grundprinzip die Westfalen bereits vor 50 Jahren entwickelt haben, ermöglicht eine formschlüssige Drehmomentübertragung und eignet sich für den Ausgleich axialer, radialer und winkeliger Wellenverlagerungen. Eine Klemmverbindung der Kupplungsnaben gewährleistet dabei die spielfreie Verbindung von An- und Abtrieb.

Isolationswirkung inklusive

In dem Pilotprojekt »Mini E«, das der Autohersteller BMW zusammen mit dem Stromkonzern Vattenfall derzeit in Berlin umsetzt, kommt zum Beispiel eine speziell auf den Anwendungsfall zugeschnittene Bogenzahn-Kupplung vom Typ BoWex45 zum Einsatz, die direkt zwischen Elektromotor und Stirnradgetriebe eingebaut ist.

Ein wichtiges Auswahlkriterium ist dabei – wie bei allen Fahrzeug-Elektroantrieben – auch die vollständige elektrische Isolierung des Motors gegenüber dem Antriebsstrang, um zu vermeiden, dass Kriechströme Wälzlager und Getriebe angreifen.

Hier gewährleistet die Werkstoffpaarung von Polyamidkunststoff für die Nabenhülse und Stahl für die Naben die Isolationswirkung. Zugleich erlaubt diese Bauweise einen wartungsfreien dauerhaften Betrieb ohne jegliche Schmierung. Hochwertige Abdichtringe aus Polyurethan gewährleisten dabei, dass in die Kontaktflächen keine Fremdkörper wie Schmutz und Wasser eindringen können.

Erschienen in Ausgabe: 01/2012