Im Zeitalter der Innovation bei Elektrofahrzeugen sind die Miniaturisierung und Integration von Antriebssystemen von größter Bedeutung. Während radiale Abmessungen oft durch Leistungsdichte und Materialfestigkeit eingeschränkt sind, bietet der axiale (Y-Richtung) Raum einen entscheidenden Weg zur Optimierung. Durch fortschrittliches Strukturdesign, Prozessinnovationen und integrierte Lösungen kann eine signifikante Reduzierung des axialen Raums erreicht werden, ohne die Getriebeeffizienz und -zuverlässigkeit zu beeinträchtigen – und oft sogar zu verbessern. Dieses Wissensdokument skizziert wichtige Strategien zur Reduzierung des axialen Footprints von E-Antriebswellen-Systemen.

1. Integration von Eingangswelle und Motorwelle

Eine primäre Methode zur axialen Platzersparnis beinhaltet die Integration der Motorwelle mit der Getriebeeingangswelle, wodurch Schnittstellen und Komponenten entfallen.

• Zahnradhülse auf Motorwelle: Das Zahnrad wird direkt über eine Feinpassungs-Verzahnung (typischerweise H/h) auf der Motorwelle montiert. Ein zusätzlicher glatter Lagerabschnitt auf der Welle mit minimalem Spiel (~0,05 mm) bietet zusätzliche Unterstützung. Eine Sicherungsmutter wird gegenüber einem Sicherungsring zur endgültigen Fixierung bevorzugt, um axiales Spiel (das bei einem Sicherungsring 0,1–0,2 mm betragen kann) bei Kraftumkehrungen zu verhindern.

• Einteiliges Wellendesign: Dieser fortschrittliche Ansatz integriert Motor- und Eingangswelle vollständig. Er eliminiert die Kupplungsverzahnung und kann den Bedarf an mindestens einem Lager reduzieren, wodurch erheblich axiale Länge eingespart wird. Designs können zwei oder drei Lageranordnungen verwenden. Entscheidend ist, dass einem Lager Spielraum gegeben werden muss um statische Überbestimmtheit aufzulösen. Eine sorgfältige Validierung ist erforderlich, wenn Kugel- und Zylinderrollenlager kombiniert werden, um potenzielle Seitenfrequenzprobleme zu beurteilen. Für die Herstellung wird das Zahnradhonen verwendet, wobei der Abstand von der Zahnradfläche zur Spannposition für die Prozessstabilität nicht mehr als 140 mm betragen sollte.

2. Reduzierung des Bauraums der Zwischenwellenbaugruppe

Die Optimierung der Zwischenwelle und der zugehörigen Zahnräder bietet eine weitere große Möglichkeit zur Kompaktheit.

• Presspassung mit optionalem Sicherungsring: Traditionelle Presspassungsbaugruppen erfordern eine bestimmte axiale Länge für die Stabilität. Die Presskraft wird typischerweise unter 20 kN für das Heißpressen geregelt. Eine äußere Verzahnungsfase unterstützt die Montage. Ein Sicherungsring kann zur Sicherung gegen Lösen hinzugefügt werden, wenn die axialen Kräfte auf dem Zwischenwellenrad und dem ersten Untersetzungsrad in entgegengesetzte Richtungen wirken.

• Kegelrollenlager auf Zahnrad montiert: Durch die Integration des Lagersitzes direkt auf dem Zahnrad kann das Gehäuse vertieft werden. Dadurch kann die Lagerbreite um etwa die Hälfte reduziert werden, wodurch etwa 10 mm eingespart werden. Die Lagerposition auf dem ersten Untersetzungsrad muss mit hoher Präzision fertiggedreht werden.

• Integriertes Schmieden von großem Zahnrad und Welle: Das Schmieden des großen Zahnrads und der Welle als ein einziges Teil ist eine hochintegrierte Lösung. Das kleinere Zahnrad wird dann pressgefügt. Dieser Prozess basiert auf der hohen Präzision der Verzahnung (erfordert einen Rundlauf von 0,04 mm), um die endgültige Zahnradausrichtung sicherzustellen und das Honen nach der Montage zu eliminieren.

• Zahnradherstellungsverfahren mit zwei Zahnrädern: Dies beinhaltet die Bearbeitung des großen und des kleinen Zahnrads als integrierte Einheit. Vor der Wärmebehandlung wird das große Zahnrad gefräst und das kleine Zahnrad geformt (z. B. durch Schrägfräsen). Nach der Wärmebehandlung wird das große Zahnrad geschliffen und das kleine Zahnrad gehont. Der axiale Abstand zwischen den beiden Zahnrädern wird präzise berechnet, typischerweise zwischen 9–12 mm. Ein wichtiger Aspekt ist die Steuerung des Unterschieds in der Aufkohlungstiefe zwischen den Zahnrädern unterschiedlicher Module während der Wärmebehandlung.

3. Zusammenfassung und Branchenanwendung

Die strategische Reduzierung des axialen Raums ist ein Eckpfeiler der modernen E-Antriebsentwicklung mit hoher Leistungsdichte. Die skizzierten Techniken – von der Wellenintegration und Lageroptimierung bis hin zu fortschrittlichem Schmieden und Bearbeiten – demonstrieren einen systematischen Ansatz zur Einsparung jedes Millimeters. Die Umsetzung dieser Strategien ermöglicht es Ingenieuren, kompaktere, effizientere und robustere elektrische Antriebssysteme zu entwickeln, was direkt zu einer verbesserten Fahrzeugverpackung, Gewichtsreduzierung und Leistung beiträgt. Die Beherrschung dieser Optimierungsprinzipien ist unerlässlich, um an der Spitze der Elektrifizierungstechnologie zu bleiben.