Keilwellen als Antrieb der Zukunft: Wichtige Anwendungen in Fahrzeugen mit alternativen Antrieben

Mit der zunehmenden globalen Transformation hin zu sauberer Mobilität rücken neue Energiefahrzeuge (NEVs), darunter Elektrofahrzeuge (EVs), Plug-in-Hybride und Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge, immer stärker in den Fokus. Während Batterietechnologie, Elektromotoren und Ladeinfrastruktur häufig die Schlagzeilen beherrschen, wird die Bedeutung grundlegender mechanischer Komponenten wie Keilwellen oft übersehen. Dabei spielen diese scheinbar einfachen Bauteile eine entscheidende Rolle für Leistung, Effizienz und Sicherheit von NEVs.

Eine Keilwelle ist ein mechanisches Antriebselement, das Drehmoment überträgt und gleichzeitig axiale Bewegungen ermöglicht. Ihre präzise gefertigten Verzahnungen greifen in entsprechende Nuten eines Gegenstücks, wie beispielsweise eines Zahnrads oder einer Kupplung, ein. Diese Konstruktion gewährleistet eine effiziente Kraftübertragung, hohe Ausrichtungsgenauigkeit und hohe Belastbarkeit.

Wo werden Keilwellen in Fahrzeugen mit alternativen Antrieben eingesetzt?

Bei NEVs werden Keilwellen vor allem in drei Bereichen eingesetzt: im elektrischen Antriebssystem, im Lenksystem und im Brems- bzw. Rekuperationssystem.

1. Elektrische Antriebssysteme
Eine der wichtigsten Anwendungen von Keilwellen findet sich in der E-Achse bzw. im elektrischen Antriebsaggregat, das Elektromotor, Untersetzungsgetriebe und Differenzial in einem kompakten Modul vereint. Keilwellen verbinden den Motorrotor mit dem Getriebeeingang und ermöglichen so eine gleichmäßige Übertragung des Drehmoments auf die Räder. Dies gewährleistet eine hohe Drehmomentdichte, reduzierte Vibrationen und eine optimale Kraftübertragung.

Darüber hinaus ermöglichen Keilwellen bei Elektrofahrzeugen mit zwei Motoren oder Allradantrieb eine präzise Synchronisierung zwischen Vorder- und Hinterachsantrieb. In diesen Konfigurationen spielen Keilwellen eine entscheidende Rolle bei der Drehmomentverteilung und der dynamischen Stabilitätskontrolle.

2. Lenksysteme
Elektrofahrzeuge werden zunehmend mit elektrischen Servolenkungen (EPS) anstelle herkömmlicher hydraulischer Lenkungen ausgestattet. Bei diesen Systemen verbinden Keilwellen die Lenksäule mit Zwischenwellen oder Kreuzgelenken und gewährleisten so ein sanftes und reaktionsschnelles Fahrverhalten.

Mit dem Aufkommen autonomer Fahrtechnologien gewinnt die Präzision des Eingriffs von Keilwellen noch mehr an Bedeutung. Moderne Drive-by-Wire-Lenksysteme sind stark auf eine hochpräzise Drehmomentrückmeldung angewiesen, was Keilwellen mit minimalem Spiel und engen Fertigungstoleranzen erfordert.

3. Regenerative Brems- und Getriebesysteme
Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet sind regenerative Bremssysteme, bei denen die beim Bremsen entstehende kinetische Energie zurückgewonnen und in elektrische Energie umgewandelt wird, um die Batterie aufzuladen. Keilwellen verbinden die Motor-Generator-Einheit mit dem Antriebsstrang und ermöglichen so nahtlose Übergänge zwischen Antriebs- und Rekuperationsmodus.

Darüber hinaus werden bei Plug-in-Hybridsystemen oder Elektrofahrzeugen mit Mehrganggetrieben Keilwellen verwendet, um Planetenräder oder Kupplungspakete ein- und auszukuppeln und so die Leistung unter verschiedenen Fahrbedingungen zu optimieren.

Der Aufstieg des benutzerdefinierten Spline-Designs
Da Elektrofahrzeuge immer kompakter und softwaredefiniert werden, steigt die Nachfrage nach kundenspezifischen Keilwellenkonstruktionen. Ingenieure optimieren daher Keilwellenprofile wie Evolventen-, geradseitige oder gezahnte Keilwellen, um kleinere Bauformen zu realisieren, Geräusche und Vibrationen (NVH) zu reduzieren und die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern.

„Präzision und Gewichtsreduzierung sind für einen Antriebsingenieur im Automobilbereich von zentraler Bedeutung. „Moderne Keilwellen übertragen nicht nur Kraft, sondern tragen auch zur Energieeffizienz bei und reduzieren den Wartungsaufwand über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs.“

Keilwellen mögen nicht so viel Aufmerksamkeit erregen wie Batterien oder autonome Sensoren, doch sie bleiben ein stiller Eckpfeiler der Elektromobilität. Von Hochgeschwindigkeitsmotorantrieben bis hin zur präzisen Lenkungssteuerung – ihre Rolle für mechanische Zuverlässigkeit und Effizienz ist unbestreitbar.

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Da sich die Branche ständig weiterentwickelt, werden durch die Integration intelligenter Materialien, Oberflächenbehandlungen und Leichtbaulegierungen die Leistungsfähigkeit von Keilwellen weiter gesteigert und ihr Platz in der nächsten Generation der Mobilität gefestigt.