Speed4E - Hyper-Hochdrehzahl für den elektrifizierten automobilen Antriebsstrang zur Erzielung maximaler Reichweiten. Teilvorhaben: Elektrische Antriebskomponenten und schaltbarer Antriebsstrang

Speed4E ist das Folgevorhaben des erfolgreich abgeschlossenen Forschungsprojekts Speed2E. Das Gesamtziel von Speed2E war die Entwicklung, Optimierung und der Aufbau eines Hochdrehzahl- Antriebsstrangs sowie dessen Untersuchung für die Anwendung in elektrifizierten Automobilen. Eine Steigerung der Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine bietet das Potenzial, die Leistungsdichte der E-Maschine (EM) und die Gesamteffizienz des Fahrzeugs erheblich zu steigern. Heutige Serien-Elektrofahrzeuge werden durch Elektro-Maschinen mit maximaler Drehzahl im Bereich von ca. 10.000 min^-1 bis ca. 15.000 min^-1 angetrieben. Durch die Steigerung der Motordrehzahl auf 30.000 min^-1 gegenüber dem heutigen Standard konnten das Motorvolumen und die Motormasse sowie die Motorkosten um ca. 30% gesenkt und somit Leistungsdichte, Effizienz und Wirtschaftlichkeit elektrifizierter automobiler Antriebsstränge deutlich gesteigert werden. Die Projektziele für Speed2E wurden erreicht: Beide Teilantriebsstränge wurden mit 30.000 min^-1 betrieben, Zyklusfahrten konnten durchgeführt werden.

Nun sollen höhere Drehzahlbereiche erzielt und erforscht werden. Insbesondere ist es bei dem Verbundprojekt Speed4E angedacht, eine Peak-Antriebsdrehzahl von bis zu 50.000 min^-1 zu realisieren, wobei die Drehzahl der E-Maschine bei Dauerbetrieb bei ca. 30.000 min^-1 angestrebt wird. Schon im Rahmen des Projekts Speed2E mussten besondere Maßnahmen umgesetzt werden, um den Wirkungsgrad sowie das dynamische und akustische Verhalten des Getriebes bei bis zu 30.000 min^-1 anforderungsgerecht zu optimieren.

Um das Ziel einer Hyper-Hochdrehzahl zu erreichen sind besondere Herausforderungen zu bewältigen:

• Identifizierung eines geeigneten Dichtkonzepts, da Stand-der-Technik-Lösungen bei solchen Drehzahlen nicht verwendbar sind
• Auslegung der Lager und deren Funktionalität mit dem Schmierstoff
• Verluste in den Halbleitern der Leistungselektronik und in der Luftströmung
• Durchfahren von einer erhöhten Anzahl an Resonanzfrequenzen der Zahnradstufen
• Generierung eines hochintegrierten und skalierbaren Antriebsstrangs
• Gestaltung eines hoch effizienten Schmierstoffs und eines integrierten Thermomanagement-Systems
• Entwicklung eines innovativen Getriebemanagements mit entsprechenden Regelungsstrategien
• Umsetzung, Einbau und praktische Erprobung in einem Fahrzeug
  
  

Die Projektziele der Entwicklung und Erprobung des Hyper-Hochdrehzahl Antriebsstrangs sind insbesondere:

• Dank der Hyper-Hochdrehzahl soll ein neuer, maßgeblicher Beitrag zu Reichweitenerhöhung und Reduzierung des Energiebedarfs geleistet werden. Eine aussagekräftige Validierung der Ergebnisse ist dank der Umsetzung in einem in Serie verwendeten Demonstratorfahrzeug möglich.
• Neben Wirkungsgradverbesserung und -optimierung sollen intelligente Betriebsstrategien am Gesamtsystem entwickelt werden, die die Synergien eines hochintegrierten Ansatzes effizient nutzen.
• Gestaltung eines Leichtbau-Antriebsstrangs zur weiteren Optimierung des Gesamtwirkungsgrad
• Erstmalige Fahrzeugintegration und -erprobung eines Hyper-Hochdrehzahl Antriebsstrangs
• Konzipierung eines innovativen Fluides zur gemeinsamen Schmierung und Kühlung aller Komponenten und Aufbau eines intelligenten Thermomanagement-Systems.
• Erzielung eines hochintegrierten und skalierbaren Antriebsstrangs

Ansprechpartner Leibniz Universität Hannover

Prof. Dr.-Ing. Gehard Poll, Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie (IMKT)

Prof. Dr.-Ing. Axel Mertens, Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik (IAL) 

Projekt Koordinator

Marco Mileti, Lehrstuhl für Maschinenelemente Technische Universität München (FZG TUM) 

Konsortium

Partner der Leibniz Universität Hannover

• Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie (IMKT)
• Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik (IAL)
  
  

Weitere Partner

• Technische Universität Darmstadt (TU Darmstadt)
• Technische Universität München (TU München)
• Getrag B.V. & Co. KG (Magna Powertrain)
• Lenze SE
• Bayrische Motoren Werke Aktiengesellschaft (BMW)
• Antriebstechnik und Entwicklungs GmbH & Co. KG. (ate)
• Anstalt für Verbrennungskraftmaschinen List (AVL)
• Fuchs Schmierstoffe (Fuchs)
• Schaeffler Technologies AG & Co. KG. (Schaeffler)