Auf lautloser Achse mit Rad­naben­moto­ren

Das deutsche Unternehmen Ziehl-Abegg Automotive hat eine Antriebsachse für Nutzfahrzeuge entwickelt, die dank getriebelosem elektrischem Direktantrieb mit Rad­naben­moto­ren besonders effizient ist. Nach ersten damit ausgestatteten Fahrzeugen, die in den Niederlanden und etwas später auch in Deutschland auf die Strasse kamen, könnte die nun global einsetzende Elektromobilitätswelle für frischen Auftrieb und grössere Verbreitung sorgen. Diplomingenieur Sascha Klett von Ziehl-Abegg Automotive erwartet in den nächsten Jahren als Folge des beträchtlichen Tauschbedarfs bei Stadtbussen einen schnell wachsenden Geschäftsgang. «Neben Deutschland werden besonders auch Grossbritannien und Frankreich in vielen Agglomerationen auf Fahrzeuge mit Elektroantrieb umstellen», hielt er beim Wiener Symposium fest.

Mit Rad­naben­moto­ren 
Der elektrische Zentralantrieb arbeitet mit der Batterie als Speicher und mit einer Leistungselek­tronik, die aus dem Gleichstrom der Batterie Drehstrom für den Motorbetrieb erzeugt und zudem die Steuerung von Drehzahl und Leistung übernimmt; ausserdem regelt sie beim Rekuperieren die in die Batterie zurückgespeiste Energie. Die Energieabgabe durch den Elektromotor erfolgt meistens über ein Standard-Achssystem wie beim Verbrenner.

Gegenüber dem Zentralantrieb – durch Verbrennungs- oder durch Elektromotor – bringt der Radnabenantrieb eine zusätzliche Reduktion der Komplexität. Und weil der Elek­tromotor bei dieser Antriebsart die Felge des Rades direkt antreibt, entfallen Momentenwandler wie Übersetzungs- und Differenzialgetriebe – und so auch die mit ihnen verbundenen Wirkungsgradverluste.

Die 250-kW-Elektroantriebsachse wird bei Ziehl-Abegg ZAwheel genannt. Sie arbeitet mit permanent erregten Synchronmaschinen in Aussenläuferversion. Der fest mit der Felge verbundene Rotor ermöglicht einen Direktantrieb ohne Getriebestufen. Die Leistungselektronik wurde ins Innere des Motors integriert. Das bringt einige Vorteile mit sich: Zum einen lässt sich Bauraum sparen, zum andern treten weniger Probleme hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) auf.

Ungefederte Massen 
Bei Antriebskonzepten mit Rad­naben­moto­ren werden die wesentlich grösseren ungefederten Massen grundsätzlich als kritisch erachtet. Im Rahmen eines aufwendigen Vergleichs zwischen Radnabenantrieb und Zentralantrieb, der beim Hersteller durchgeführt wurde, zeigten die Testergebnisse, dass die ungefederten Massen in der untersuchten Anwendung für Nutzfahrzeuge als unkritisch zu bewerten sind. Betrachtet wurden die Fahrstabilität, der Komfort und die Betriebsfestigkeit.

Mit der speziell entwickelten Niederflurachse sind die Rad­naben­moto­ren einfach ins Fahrzeug integrierbar. Zur Achse gehören mechanische Scheibenbremsen mit einem EBS-System mit Blending-Funktion. Blending bedeutet dabei, dass das Steuergerät beim mechanischen Bremsen ein zusätzliches Bremsmoment durch Rekuperation addieren kann.

In der Standardausführung wurden ein breiter zulässiger Betriebsspannungsbereich von 400 bis 750 Volt sowie eine zulässige maximale Achslast von 13 Tonnen realisiert. Die Plattformstrategie im Baukastenprinzip erlaubt verschiedene Leistungs- und Drehmomentstufen für unterschiedliche Anwendungen und Topografien.

Als Bereifung ist für die ZAwheel-Achse eine Standard-Zwillingsbereifung oder wahlweise ein Super-Sin­gle-­Reifen möglich.

Einbau und Service 
Von zentraler Bedeutung für eine erfolgreiche Markteinführung der Elektroachs-Antriebseinheit ist ein perfektes Service- und Reparaturkonzept. Hersteller Ziehl-Abegg führt Schulungskurse für die Arbeiten am Hochvoltsystem durch und bietet telefonischen Support für schnelle Service- und Reparaturarbeiten an.

Für den Umbau bestehender Dieselbusse auf Elektrobusse mit ZAwheel-Antrieb sind übrigens ebenfalls schon Lösungen verfügbar.