Elektroantriebe stellen völlig neue Anforderungen an die Komponenten des Antriebsstrangs und somit auch an die Wellenkupplung, der Schnittstelle von E-Motor und Getriebe. Ausgleich von Fluchtungsfehlern, elektrische Isolierung und hohe Drehzahlen sind hier die Anforderungen. Die hier vorgestellte Bogenzahnkupplung übernimmt die Verbindung zwischen Elektromotor und Stirnradgetriebe.
Nach einer Studie der Unternehmensberatung Bain & Co. wird 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 Hybrid. Allein in Deutschland – so die Prognose des Verkehrsministeriums – sollen zu diesem Zeitpunkt eine Million E-Autos unterwegs sein.
Auch wenn diese Zahlen von anderen Experten als zu optimistisch angesehen werden, besteht kein Zweifel, dass der Markt für E-Autos rasch wächst. Dafür sorgen schon die stetig steigenden Preise der knapper werdenden fossilen Kraftstoffe und die immer strenger werdenden Emissionsvorschriften.
In der Bain-Studie heißt es deshalb: „Die Elektrifizierung der Autos ist zwingend, alternativlos und unumkehrbar“. Einige Automobilisten sind frühzeitig auf diese Entwicklung eingestiegen. Diverse Elektrofahrzeuge wurden entwickelt und sind bereits auf den Straßen Europas und der USA unterwegs. Unter den nahezu unveränderten Karosserien wurde ein vollelektrischer Antrieb installiert.
Fahrspaß ohne Emissionen
Der Motor überträgt seine Kraft nahezu lautlos und emissionsfrei meistens über ein einstufiges Stirnradgetriebe an die Vorderräder. Als Energiespeicher dienen in der Regel Lithium-Ionen-Akkuzellen, die dank einer hohen Kapazität eine Reichweite von mehr als 250 km ermöglichen. 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 2,5 h vollständig aufladen.
Der vollelektrische Antrieb stellt auch neue Anforderungen an die Verbindung von Motor und Getriebe. Die Wellenkupplung soll hier nicht nur Fluchtungstoleranzen ausgleichen, sondern auch die elektrische Isolation des Motors gegenüber den anderen Komponenten des Antriebsstrangs gewährleisten. Eine sorgfältige Abdichtung gehört ebenso zu den Forderungen wie Wartungsfreiheit und eine spielfreie Drehmomentübertragung.
Entscheidung für die Bogenzahn-Kupplung
Die Bogenzahnkupplung in Elektrofahrzeugen ist bereits weltweit in mehreren Metropolen unterwegs. Die „Bowex“ von KTR übernimmt hierbei die Verbindung zwischen Elektromotor und Stirnradgetriebe. Ihr Grundprinzip hat der Kupplungsspezialist bereits vor 50 Jahren entwickelt: Die flexiblen Wellenverbindungen ermöglichen eine formschlüssige Drehmomentübertragung und eignen sich für den Ausgleich axialer, radialer und winkeliger Wellenverlagerungen. Die Werkstoffpaarung Kunststoff (Hülse)/Stahl (Naben) erlaubt einen wartungsfreien Betrieb. Eine Klemmverbindung der Kupplungsnaben gewährleistet die spielfreie Verbindung von An- und Abtrieb.
Diese Kupplungsbaureihe hat sich im gesamten Fahrzeug- und Maschinenbau bewährt. KTR bietet inzwischen zahlreiche Varianten der Bowex an, zum Beispiel eine Ausführung mit elektrisch leitfähiger Kunststoffhülse für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen.
Beim Elektrofahrzeug ist genau die gegenteilige Eigenschaft gefordert: die vollständige elektrische Isolierung des Motors gegenüber dem kompletten Antriebsstrang. Dies lässt sich mit der Bowex gut erreichen, indem man ein glasfaserverstärktes Polyamid als Werkstoff für die Kupplungshülse verwendet und einen zusätzlichen Freiraum zwischen den Kupplungsnaben vorsieht.
Ein spielfreier Kupplungsbetrieb ist bei diesem Einsatz selbstverständlich. Der wartungsfreie Betrieb ist gegeben, weil die Gleitpaarung Polyamid/Stahl ohne jegliche Schmierung und Wartung dauerhaft funktionstüchtig ist. Sicherstellen muss man allerdings, dass in die Kontaktflächen der Bowex keine Fremdkörper wie Schmutz und Wasser eindringen können. Dieses wird durch hochwertige Abdichtringe aus Polyurethan gewährleistet.
Kompetenz in Mobilbereich und Elektroantrieben
Bei der Unterstützung von Ingenieuren der Automobilindustrie während der Kupplungsauswahl und -auslegung konnte KTR auf umfassende Erfahrungen in der mobilen, verbrennungsmotorischen Antriebstechnik zurückgreifen, schließlich ist die Bogenzahnkupplung als Flanschkupplung „Bowex FLE-PA“ in zahlreichen mobilen Anwendungen, wie in Bau- und Landmaschinen, im Einsatz. Andererseits ist aber auch umfassende Expertise in der elektrischen Antriebstechnik vorhanden: Wellenkupplungen von KTR sind im gesamten Maschinen- und Anlagenbau weit verbreitet. Auch beim Spezialthema der elektrischen Isolierung kann KTR Kompetenz vorweisen: In den Großkupplungen der Windkraftanlagen muss elektrische Isolierung gewährleistet sein, und zwar in ganz anderen Dimensionen und Stromstärken.
Im E-Auto über die Nordschleife
Die elektrobetriebenen Fahrzeuge, die mit der Bowex-Kupplung ausgestattet wurden, sind bei Bedarf flott unterwegs, das zeigen schon die technischen Daten. Im Stadtverkehr überzeugen die Fahrzeuge durch ein hohes Drehmoment, das anders als beim Verbrennungsmotor aus dem Stand heraus zur Verfügung steht. Auch bei Renntempo ist der Elektroantrieb durchaus wettbewerbsfähig, wie diverse Fahrten demonstrieren.
KTR; Telefon: 05971/798 429
E-Mail: j.schuerhoerster@ktr.com
Teilen:
