Gelenkwellen in Elektro-Fahrzeugen: Neue Anforderungen an die Kraftübertragung

Im Komponentenbereich arbeiten Hersteller und Zulieferer fortwährend an Anpassungen, die frühzeitig auch in den Ersatzteilmarkt übertragen werden. Die Welte Group orientiert sich als Aftersales-Spezialist nach eigenen Angaben an OEM-Spezifikationen. „Wir folgen immer der Serie", so Robert Sanchez, technischer Leiter der Welte Group. Ziel sei eine schnelle Verfügbarkeit neuer Varianten bei Modellwechseln. „Wir wollen am Puls bleiben, mitbekommen, was neu entwickelt wird, und dies frühzeitig in unser Portfolio aufnehmen."

Die Welte Group hat sich im Bereich der Antriebstechnik auf Gelenkwellen spezialisiert und betreibt 16 Standorte in sieben Ländern. Am Hauptstandort in Neu-Ulm liegen über 20.000 unterschiedliche Einzelkomponenten und mehr als 5.000 einbaufertige Gelenkwellen auf Lager. Da die Komponenten gerne 50 Kilogramm oder mehr auf die Waage bringen und inklusive weiterer Bauteile wie Zwischenlager sowie Kreuzgelenken von Abtriebs- zu Antriebsflansch mehrere Meter lang sein können, ist die Logistik durchaus aufwendig.

Aftermarkt-Spezialisten wie Welte vertreiben Komponenten der Gelenkwellen-Marken EDS und EDS PLUS u. a. durch Re-Engineering und schaffen es, die Anfälligkeit von Serienteilen hinter sich zu lassen. In der elektromobilen Anwendung sind die Komponenten mit Herausforderungen konfrontiert: Hohe Sofortdrehmomente und das Mehrgewicht durch Traktionsbatterien belasten die Kraftübertragung. „Beim Verbrennungsmotor erhalte ich mein Drehmoment über die Getriebeschaltstufen. Beim Elektromotor kommt das Drehmoment, je nach Verschaltung und je nachdem, welches Getriebe mitentwickelt wurde, sofort an die Welle. Das stellt ein Problem dar, weil viele Wellen dafür nicht ausgelegt sind", so Sanchez.

Weniger Teile, doch die Gelenkwelle ist gesetzt

Mit dem Wegfall von Verbrennungsmotor und mehrstufigem Getriebe entfallen beim Umstieg auf die Elektromobilität zahlreiche Komponenten. Branchenangaben zufolge sinkt die Zahl der Bauteile um das Siebenfache. Zu den nicht mehr benötigten Teilen zählen unter anderem Nockenwelle, Kolben, Kupplung, Turbolader, Kraftstofftank und Abgasanlage. Gleichzeitig verändern sich Bauteile wie Getriebe, Antriebswellen und Differenzial in Auslegung und Funktion. Auch das elektrisch angetriebene Software-Defined-Vehicle im Heavy-Duty-Segment benötigt noch kraftvolle Komponenten und so gehört auch die Gelenkwelle noch lange nicht zum alten Eisen.

„Im Bereich der Elektromobilität sehen wir eine große Bandbreite an Konzepten der Nutzfahrzeughersteller. Entscheidend für uns als Aftermarket-Lieferant ist, welches Konzept der jeweilige Hersteller verfolgt: Setzt er auf eine Gelenkwelle, wo platziert er sein Getriebe? Bei elektrischen Antrieben wird dies deutlich flexibler gehandhabt", so Sanchez. Manche Anwendungen kommen auch ohne Gelenkwelle aus, weil achsnahe Aggregate oder gar Radnabenmotoren eingesetzt würden, weiß der Experte. Sanchez arbeitet fast sein gesamtes Berufsleben mit und für das Bauteil, zuerst nur im industriellen Kontext und seit einigen Jahren bei Welte auch in der mobilen Anwendung. Er führt aus, dass auch Fahrzeuge mit Elektroantrieb ohne Gelenkwelle zumeist für den Nebenantrieb noch auf das Bauteil setzen. So benötigten auch Saugwagen, Kehrmaschinen, Silofahrzeuge oder ähnliche Kommunalfahrzeuge Gelenkwellen zur Kraftübertragung für Pumpen und andere Anbaugeräte.

Mehr Belastung – kompaktere Bauweise

Bei Elektro-Lkw und E-Bussen wirken Drehmomentspitzen direkter auf die Antriebswellen, da der Puffer einer Kupplung entfällt. Die Kraftübertragung erfolgt ohne Schaltunterbrechung, bei höheren Drehmomenten und häufig höherem Fahrzeuggewicht. Hinzu kommen negative Drehmomente durch Rekuperation beim Bremsen, die die Bauteile ebenfalls belasten. Diese Rahmenbedingungen erhöhen die Anforderungen an die Gelenkwelle.

Und auch die Kunden werden anspruchsvoller: Effiziente und fehlerfreie Kraftübertragung leistet einen positiven Beitrag zur Senkung der „Total Cost of Ownership", wirkt also im Sinne der Fuhrunternehmer und Verkehrsgesellschaften dämpfend auf die Betriebskosten. „Der Erwartungshaltung begegnen wir, indem wir ein reichhaltiges Sortiment haben und den Anforderungen verschiedener Kundenkreise gerecht werden. Wir müssen immer das richtige Produkt für den richtigen Zweck anbieten", so Sanchez.

Für eine längere Lebensdauer sind also robustere Auslegungen und stabilere Produktdesigns gefordert. Teilespezialisten verweisen darauf, dass Gelenkwellen aufgrund ihrer Konstruktion weiterhin hohe Kräfte übertragen und so zur Effizienz und Langlebigkeit des elektrischen Antriebsstrangs beitragen. Die Welte Group betont Performance, Qualität, hohe Einsatzbereitschaft sowie den umfassenden Kundensupport. Ein Beleg ist der individuelle Lösungsansatz, der die Zusammenarbeit besonders macht. Als Beispiel geben die Schwaben Fahrzeughersteller an, die neu auf den europäischen Markt kommen. Hier seien die Gelenkwellen teils nach anderen Standards gefertigt und hielten nicht so lang. Der Anspruch von Welte: Man muss dem Kunden aus Spedition oder ÖPNV-Gesellschaft hier etwas Besseres geben. Wenn darüber hinaus noch ohne elektronischen Ersatzteilkatalog (EPC) gearbeitet wird und sich Teilenummern nicht auf herkömmlichem Weg ableiten lassen, dann entwickelt Welte eigenen Angaben zufolge anhand von Mustergelenkwellen individuelle Sonderlösungen für die Flottenbetreiber.