Elektrofahrzeuge legen einen hohen Gang ein

Wenn Sie an ein Elektrofahrzeug denken, kommt Ihnen wahrscheinlich nicht sofort das Getriebe in den Sinn. Für die Hersteller von Elektrofahrzeugen ist es jedoch ein entscheidender Faktor, um die Motorgröße gering zu halten und gleichzeitig die Leistung zu optimieren. Ein Sandvik Schälwerkzeug ist für diesen Prozess unerlässlich.

Elektrofahrzeuge (EVs) sind heutzutage allgegenwärtig, da die Verbraucher auf den lauten und die Umwelt verschmutzenden Verbrennungsmotor verzichten. Die Hersteller von Elektrofahrzeugen stehen in einem harten Wettbewerb, um die besten Lösungen in Bezug auf Design, Effizienz, Reichweite, Komfort und Herstellbarkeit zu finden.

"Es ist wie in den Anfängen des Smartphones", sagt Mats Wennmo, Global Automotive Transmission Manager bei Sandvik Coromant, "alle wichtigen Akteure durchforsten die Welt, um die besten und billigsten Fertigungstechniken zu finden. Alle alten Methoden sind vom Fenster weg."

Thomas Åberg and Mats Wennmo, Sandvik Coromant, know how to kick into high gear

Elektroautos haben ein modifiziertes Chassis, um die Batterien und einen speziellen Antriebsstrang unterzubringen. Der Verbrennungsmotor wird durch (in der Regel zwei) Elektromotoren, einen großen Stapel von Batterien, Leistungselektronik und ein Getriebe ersetzt. Elektroautos wiegen oft mehr als normale Autos, so dass das Gewicht der Komponenten ein großes Hindernis für die Serienproduktion darstellt. Bei einem Elektroauto ähnelt der Antriebsstrang dem Innenleben einer Schweizer Uhr.

Elektrofahrzeugmotoren sind klein

Bei Standardfahrzeugen ist das Getriebe ein hochbelastbares, ölgefülltes Schaltgetriebe mit mehreren Gängen und einem Kupplungsmechanismus, der die Motordrehzahl (oder Umdrehungen pro Minute, ein Maß dafür, wie oft die Kurbelwelle eines Motors eine volle Umdrehung in einer Minute macht) in die Kraft umwandelt, die erforderlich ist, um das Auto zu bewegen und zu beschleunigen.

Bei den meisten E-Fahrzeugen ist dieser Prozess auf einen integrierten Elektromotor, einen Wechselrichter und eine Antriebseinheit für das Getriebe reduziert, die normalerweise an jedem Paar Vorder- und Hinterräder angebracht sind. Obwohl E-Fahrzeuge höhere, konstante Drehzahlen haben, muss das Getriebe ein ausgewogenes Übersetzungsverhältnis finden, das eine angemessene Beschleunigung und Geschwindigkeit ermöglicht. Das EV-Getriebe muss klein, kompakt und leise sein.

"Das Getriebe ist wahrscheinlich das bestgehütete Geheimnis eines E-Fahrzeugs", sagt Wennmo: "Es ist die einzige Möglichkeit, die Größe des Motors gering zu halten und gleichzeitig das Drehmoment und die Drehzahl zu optimieren. Und jeder Hersteller hält sich sehr bedeckt, wie er das macht."

Das Sandvik Schälwerkzeug

Wennmo erklärt, dass die besonderen technischen Herausforderungen der Massenproduktion von E-Fahrzeugen - Kosten, Geschwindigkeit, Kompaktheit - sich bis hinunter zum eigentlichen Herstellungsprozess der einzelnen Zahnräder in einem E-Fahrzeug-Getriebe auswirken.

Heutzutage ist die beste Methode zur Herstellung eines Zahnrads das so genannte Schälen", ein Bearbeitungsverfahren, bei dem hochsynchronisierte Spindeln und Werkzeuge eingesetzt werden, um die Zähne des Zahnrads bei unglaublich hohen Geschwindigkeiten mit Toleranzen im Mikrometerbereich zu schneiden. Das 1910 patentierte Schälen wurde erst 2007 für die Herstellung von Innenverzahnungen, z. B. in Kraftfahrzeuggetrieben, praktikabel, was auf Fortschritte bei der Entwicklung von Werkzeugmaschinen und Software zurückzuführen ist. Das Schälen wird oft mit einer Kombination aus Wälzfräsen und Stoßen verglichen, zwei Verfahren, die in der Welt des Fräsens zur Herstellung von Zahnrädern verwendet werden. Im Gegensatz zum reinen Wälzfräsen, bei dem im Grunde ein Schneidwerkzeug auf eine statische Metalloberfläche angewendet wird, führen das Wälzfräsen und das fortschrittlichere Schälverfahren dieses Schneidmoment zwischen dem Wälzfräser und dem Zahnradrohling aus, während sie sich kontinuierlich ineinander verschlungen drehen, was etwas verwirrend wie zwei ineinander greifende Zahnräder aussieht.

Elias Häggström, Director of Leax Group, says electric vehicles' transmissions increase performance and decrease costs.

"Wir sprechen oft von Mikrogeometrien, wenn es um die Werkzeuge geht, die wir für die Bearbeitung von Zahnrädern und Getrieben verwenden", sagt Elias Häggström, Direktor für Verzahnungstechnologien bei der Leax Group in Köping, Schweden, einem Hersteller von fortschrittlichen Komponenten und mechanischen Lösungen für die Schwerindustrie, einschließlich Elektrofahrzeuge. Sein Unternehmen betreibt zehn Schälmaschinen in seinen neun Werken weltweit.

Häggström: "Die Zahnradkonfigurationen von Getrieben sind bekannte Parameter bei der Konstruktion von Automobilen. Bei Elektroautos ist das anders: Die Toleranzen und beweglichen Teile müssen so fein abgestimmt werden, dass das Gesamtgewicht reduziert, die Leistung erhöht und die Kosten gesenkt werden.

"Aber das eigentliche Problem im Alltag sind Geräusche, Vibrationen und Frequenzen", fährt er fort: "Ein Elektroauto ist absolut leise. Bei einem Benzinfahrzeug werden alle zusätzlichen Geräusche von Komponenten wie dem Getriebe und den knirschenden Zahnrädern durch das Motorgeräusch überdeckt, so dass Lärm kaum ein Thema ist. Man will wirklich nicht, dass die Zahnräder wie bei einem normalen Auto heulen."

Eine einzige Bearbeitungseinrichtung

Hier kommen das Fachwissen und das Sandvik-Schärfwerkzeug ins Spiel - eine einzige Bearbeitungseinrichtung mit einem CoroMill® 178 für die Herstellung von Hohlrädern, Wellen, Innen- und Außenverzahnungen und Verzahnungen im Vergleich zu den traditionelleren Methoden, dem Räumen und Schärfen, um Zahnräder zu schneiden. Die Vorteile liegen in der Geschwindigkeit, den Kosten und der Qualität für die Elektroautohersteller, ihre Zulieferer und den Endverbraucher.

"Wir sind immer auf der Jagd nach den letzten paar Mikrometern", sagt Häggström.