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Am Puls der Zeit

Der Megatrend des umweltgerechten Antriebs rückt alternative Technologien in der Automobilindustrie immer stärker ins Zentrum. Klassische Technologien werden schrittweise verbannt. So trägt die EU-Kommission den hohen CO2-Emissionen Rechnung und hat neue Grenzwerte für die Mobilität beschlossen. Neben strikteren Emissionsvorschriften sollen ab 2035 auch keine neuen Autos mit Verbrennungsmotor mehr zugelassen werden. Um sich auf die neuen Regelungen vorzubereiten und die eigene Modellpalette zügig umzugestalten, beschleunigen die Automobilhersteller daher die Entwicklung von alternativen Antrieben. Überzeugen Sie sich, wie ElringKlinger Kunststofftechnik dazu beiträgt, den E-Motor effizienter zu machen.

Die zunehmende Zahl von Fahrzeugen mit Elektroantrieben erfordert ein weitverzweigtes Ladenetzwerk.

Die Fertigungsinsel Automotive in Bietigheim-Bissingen. Ein Großteil der Teile für die Automobilindustrie wird hier von circa 120 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern gefertigt.

Eine Vielzahl dieser Antriebe nutzt eine sogenannte elektrische Antriebseinheit, englisch „Electric Drive Unit“ (EDU). Dabei handelt es sich um eine direkt an der Achse befestigte Elektromotor-Getriebe-Einheit. Die signifikant höheren Drehzahlen von Elektromotoren erfordern besondere Materialeigenschaften bei den dafür notwendigen Bauteilen. Die ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH hat mit dem ElroSeal™ E-Wellendichtring eine einzigartige Lösung entwickelt, die die Belastung auf das Dichtsystem am Übergang zum schmierstoffgefüllten Getriebe deutlich reduziert. Der Anteil an Fahrzeugen mit alternativen Antriebseinheiten an der globalen Fahrzeugproduktion nimmt derzeit rasant zu. Während beispielsweise in Deutschland im Jahr 2017 nur 3,4 % der Pkw-Neuzulassungen auf Fahrzeuge mit alternativen Antrieben entfielen, waren es im Jahr 2021 bis Ende Oktober bereits 41,2 %. Blickt man bei den Antriebsarten etwas genauer hin, so erkennt man, dass sogenannte „Mild-Hybride“, also Fahrzeuge, die von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden, der einen Elektromotor mit Energie versorgt, die beliebteste alternative Antriebsart sind. Dahinter folgen „Plug-in Hybrid“-Fahrzeuge, die sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen batteriebetriebenen Elektromotor haben. Die für den Betrieb des Elektromotors benötigte Elektrizität wird nicht ausschließlich vom Verbrennungsmotor erzeugt, sondern auch über eine Batterie, die extern mit einem Netzteil geladen wird. Der Verbrennungsmotor lädt die Batterie nur dann auf, wenn die Leistung nicht ausreicht. Doch die pure Lösung scheint bei alternativen Antrieben am meisten zu überzeugen: Rein batterieelektrische Fahrzeuge wiesen im Jahr 2021 mit 120 % die höchste prozentuale Absatzsteigerung auf.

„Unser Engagement zum Nutzen des Kunden basiert auf unserer Rolle als Technologiepartner in anspruchsvollen Industriebranchen. Unsere Lösungen erfüllen die härtesten Anforderungen bereits heute in der Praxis – wirtschaftlich, nachhaltig und sicher.“

Dr. Stefan Wolf, CEO der ElringKlinger AG

Der ElroSeal™ E Radialwellendichtring wird den gestiegenen Anforderungender Automobilindustrie gerecht und übersteigt die marktüblichen Anforderungen hinsichtlich Rotationsgeschwindigkeit und Gesamtlaufleistung um 50 %.

Die Produktion von Fahrzeugen mit einem batteriebetriebenen Elektromotor stellt die Fahrzeughersteller vor besondere Herausforderungen. Eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit im Motor, kombiniert mit minimaler Verlustleistung sowie Maximierung der Laufleistung, steht aktuell im Fokus der Entwicklungen. Was bedeutet das im Einzelnen? Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Verbrennungsmotor wird ein Elektromotor mit Strom angetrieben, weshalb es keiner Verbrennung von Benzin oder Diesel bedarf. Die meisten Elektrofahrzeuge werden mit Energie aus einer wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie versorgt. Diese Batterie besteht aus vielen Speicherzellen und bildet die sogenannte Traktionsbatterie – eine Zusammenschaltung einzelner Akkumulatorenzellen als Energiespeicher. Dieser Energiespeicher sendet Strom an einen Induktionsmotor, der aus zwei Teilen besteht – dem Drehstromgenerator und dem Drehzylinder. Gleichstrom wird somit in Drehstrom umgewandelt. Es entsteht ein rotierendes Magnetfeld, welches wiederum die mechanische Energie für ein Getriebe erzeugt, das die Reifen in Bewegung bringt. Üblicherweise wird oft ein Ein-Gang-Getriebe verwendet, das allein dem Zweck der Drehzahlabsenkung und der Drehzahlvervielfachung dient.

Eine weitere Komponente im Getriebe ist ein Differenzial, das der Kraftübertragung dient. Es kann zwei Räder so antreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können. Indem die Frequenz der Stromversorgung geändert wird, die im Wechselrichter – sozusagen dem Gehirn eines Elektroautos – bestimmt wird, kann die Geschwindigkeit angepasst werden. Die elektrische Antriebsachse wiederum muss mit einer Hochleistungsdichtung abgedichtet werden. Hier setzen die Hersteller an: Beispielweise wird die Anforderung gestellt, die marktüblichen Werte hinsichtlich Rotationsgeschwindigkeit und Gesamtlaufleistung um 50 % zu übersteigen. Auch wenn diese Anforderung zunächst sehr sportlich wirkt, hat die ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH diese Aufgabe gelöst: In enger Zusammenarbeit zwischen Produkt-, Material- und Prozessspezialist:innen wurde eine neue Produktfamilie PTFE-basierter Radialwellendichtringen entwickelt, die neben der beschriebenen zentralen Leistungseigenschaft noch weitere Herausforderungen meistern kann. Einsatzort von Radialwellendichtringen ist das Getriebe, in dem sich Wellen befinden. Radialwellendichtringe „sitzen“ auf einer Welle, beispielsweise vor einem Getriebegehäuse, wo eine Schmierung stattfindet. Für die E-Achse ist diese neue und leistungsfähigere Produktfamilie unter der Bezeichnung „ElroSeal™“ verfügbar.

„Der ElroSeal E ist anwendungsspezifisch, also bei unterschiedlichen Drehzahlen und Umfangsgeschwindigkeiten, auf optimale Performance getrimmt. So schafft es die ElringKlinger Kunststofftechnik die Laufleistung von E-Motoren zu erhöhen.“

Dr. Stefan Wolf, CEO der ElringKlinger AG

Basis der ElroSeal™ E-Technologie ist eine optimale Kombination aus Werkstoff, Geometrie und Funktionseigenschaften. Im Mittelpunkt steht hierbei die Dichtlippe aus einem besonders verschleißfesten PTFE-Compound. PTFE – das ist die Bezeichnung für Polytetrafluorethylen, ein unverzweigtes, linear aufgebautes und teilkristallines Polymer aus Fluor und Kohlenstoff. Die daraus hergestellten PTFE-Compounds zeichnen sich durch eine Vielzahl herausragender Eigenschaften aus, die für spezielle technische Problemstellungen genau die richtige Lösung bieten. Die hohe Dauergebrauchstemperatur sowie die nahezu universelle chemische Beständigkeit ermöglichen den Einsatz unter extremen Bedingungen. Das Gleit- und Reibeverhalten von Polytetraflon®-PTFE ist einzigartig und den herkömmlichen Werkstoffen weit überlegen.

Der Vorteil für die Automobilindustrie liegt auf der Hand: Durch die Umsetzung eines innovativen Designs und den Einsatz innovativer Materialien sowie Herstellungsverfahren kann der Kunde bis zu 50 % höhere Umfangsgeschwindigkeiten bei weiterer geringer Verlustleistung realisieren. Die Effizienz bei „E-Achsen“ kann damit weiter gesteigert und die Laufleistung verlängert werden. Mit diesen Eigenschaften trägt die ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH als einer der Technologieführer im Bereich Hochleistungskunststoffe aktiv zum Umweltgedanken in der Mobilität bei. Damit reiht sich die Tochtergesellschaft der ElringKlinger AG nahtlos in die Ausrichtung des Konzerns ein, der mit seiner breiten Produktpalette den tiefgreifenden Wandel in der Automobilindustrie mitgestaltet und seinen Kunden Lösungen für eine nachhaltige Mobilität in jeder Hinsicht anbieten kann. Bereits seit 20 Jahren forscht ElringKlinger in diesem Bereich und ist seit zehn Jahren Serienlieferant für Batteriekomponenten. Getreu dem Motto „Wir wollen nicht zuschauen, wir wollen aktiv handeln“ ist auch die erfolgreiche Entwicklung des ElroSeal™ E, eines physisch eher kleinen Produkts, ein Schritt in die gleiche Richtung – ein weiteres Produkt, um die hohen Anforderungen der neuen Mobilität zu erfüllen und für neue Herausforderungen innovative, technologisch anspruchsvolle Lösungen anzubieten.