Technologievorhaben

CoolGear

Grafik: CoolGear

Gesamtziel:

Entwicklung einer ultraeffizienten Leichtbau-Verzahnungsstufe mit innenliegender Kühlung

Partner:

Laufzeit: 01.07.2019 - 30.06.2021

Ziel

 

Ziel dieses Vorhabens ist die prototypische Erarbeitung einer, mittels LBM- bzw. FDM-Fertigung, innovativen und funktionsintegrierten Verzahnungsstufe für Elektrofahrzeuge der nächsten Generation. Dabei steht der Aspekt der Senkung der Umweltbelastung im Fokus. Wichtige Kriterien dieses neuen ganzheitlichen Ansatzes sind der ölfreie und somit nahezu wartungsfreie Betrieb, die Reichweitenerhöhung durch extremen Leichtbau sowie die Dämpfung in der Schallweiterleitung ausgehend vom Zahneingriff aufgrund einer optimalen Radkörpergeometriegestaltung mit Labyrinthstrukturen.
Zur Bearbeitung des Projektes ist eine enge Verknüpfung der Kompetenzen in den Bereichen additiv-generative Fertigung und Getriebetechnik (Fraunhofer IWU), Beschichtungskompetenz (Fraunhofer IWS) sowie FDM-Fertigung von verstärkten Kunststoffradkörperstrukturen (3DPrintpetrol) und Verzahnungsfinish (CZF) erforderlich.

Einordnung in der AGENT-3D-Landschaft

 

Das geplante Technologievorhaben CoolGear adressiert einen grundlegenden Schlüsselfaktor für die erfolgreiche industrielle Anwendung additiv-generativer Antriebsstrangkomponenten. Der innovative Kern besteht darin, Bauteile durch fräs- und gießtechnisch nicht herstellbare Bereiche, z. B. komplexe Strukturen, konturfolgend fluidführende Elemente mittels additiv-generativer Fertigung zu erweitern und somit einen deutlichen Mehrwert gegenüber dem Stand der Technik zu schaffen. Die sehr hohe Bauteilkomplexität und Integration zusätzlicher Funktionen additiv-generativ gefertigter Bauteile soll auf diese Weise wirtschaftlich sinnvoll mit dem Verzahnungsschleifen und finalen Beschichten für maximal hohen Wirkungsgrad im Trockenlauf kombiniert werden. Zugleich ist im Radkörper der Spagat zwischen notwendiger Festigkeit, Labyrinthstruktur zur Akustikbedämpfung (Körperschalltransferpfad ausgehend vom Zahneingriff bis zur Nabe) und Leichtbau ohne wesentliche Fertigungsrestriktionen ideal umsetzbar. Die wesentlichen Forschungs- und Marktziele des AGENT-3D-Gesamtkonsortiums, die in der Erreichung der industriellen Anwendungsreife additiv-generativer Fertigungsverfahren und in deren nachhaltig wirtschaftlich erfolgreicher Marktimplementierung bestehen, werden damit unmittelbar unterstützt.

Vorgehensweise und technische Zieldefinition

Projekschema CoolGear

 

 

Als Hauptziel im Projekt ist die prototypische Umsetzung einer voll lauffähigen ersten Verzahnungsstufe eines e-Getriebes zu nennen, welche vorab nach fahrzeugtechnischen Validierungsvorschriften bewertet wird.

 

Die finale Verzahnungsstufe unterscheidet sich zum Stand der Forschung durch folgende Punkte:

• schmiermittelfreier Betrieb
• optimierte Kraftfluss-angepasste 3D-Druckstrukturen für maximalen Leichtbau
• verringerte Schallemission innerhalb und außerhalb der E-Fahrzeuge (Radkörperakustik, spezielle Verzahnung)
• innovative und ressourceneffiziente Herstellprozesse: effizienter Materialeinsatz an den Leichtbauradkörpern und Wellenstummeln

 

Als technischen Zielparameter der final überarbeiteten, additiv gefertigten und beschichteten Variante sind dabei folgende aufzulisten:

• Reduktion der Schallabstrahlung/Körperschalleintrag um mind. 3 dB
• Gewichtsreduktion der Verzahnungsstufe inkl. Ölmenge um 25 %
• Abweichung von Wirkungsgrad und Festigkeit trotz ölfreien Zahneingriffes im Vergleich zu ölgeschmierten Serienstufe von kleiner als 5 %

 

Im Kontext knapper werdender Ressourcen und des wachsenden Bewusstseins für Klimaschutz gewinnt die Elektromobilität zunehmend an Bedeutung. Ein signifikanter Durchbruch der Elektromobilität wird zwischen 2020 und 2030 erwartet.

 

Ziel des Vorhabens ist die prototypische Erarbeitung einer, gefertigt mittels LBM- bzw. FDM-Verfahren, innovativen und funktionsintegrierten Verzahnungsstufe für Elektrofahrzeuge der nächsten Generation. Dabei steht der Aspekt der Senkung der Umweltbelastung im Fokus. Wichtige Kriterien dieses neuen ganzheitlichen Ansatzes sind der ölfreie und somit nahezu wartungsfreie Betrieb, die Reichweitenerhöhung durch extremen Leichtbau sowie die Dämpfung in der Schallweiterleitung ausgehend vom Zahneingriff aufgrund einer optimalen Radkörpergeometriegestaltung mit Labyrinth-Strukturen.

 

Im Verbund wird dieses Vorhaben somit einen wesentlichen Beitrag zur Erfüllung des strategischen Ziels des AGENT-3D-Gesamtvorhabens, additiv-generative Fertigungsverfahren in breite industrielle Anwendung insbesondere vor dem Hintergrund neuartiger und innovativer Elektroantriebe, sicherstellen. Interdisziplinäre Verknüpfungen mit weiteren Technologievorhaben werden gezielt hergestellt.