Keilwellen – Antrieb für die Zukunft: Schlüsselanwendungen in Fahrzeugen mit alternativer Antriebstechnologie

Mit dem beschleunigten globalen Wandel hin zu sauberer Mobilität rücken Fahrzeuge mit alternativen Antrieben (NEVs), darunter Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybride und Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge, in den Mittelpunkt. Während Batterietechnologie, Elektromotoren und Ladeinfrastruktur oft die Schlagzeilen beherrschen, wird die Bedeutung mechanischer Kernkomponenten wie Keilwellen oft übersehen. Dabei spielen diese scheinbar einfachen Komponenten eine entscheidende Rolle für die Leistung, Effizienz und Sicherheit von NEVs.

Eine Keilwelle ist ein mechanisches Antriebselement, das Drehmoment überträgt und gleichzeitig axiale Bewegung ermöglicht. Ihre präzise gefertigten Rippen, auch „Keilwellen“ genannt, greifen in entsprechende Nuten eines Gegenstücks, wie beispielsweise eines Zahnrads oder einer Kupplung, ein. Diese Konstruktion gewährleistet effiziente Kraftübertragung, hohe Ausrichtungspräzision und hohe Tragfähigkeit.

Wo werden Keilwellen in Fahrzeugen mit neuer Energie verwendet?

In Elektrofahrzeugen (NEVs) werden Keilwellen häufig in drei Hauptbereichen eingesetzt: im elektrischen Antriebssystem, im Lenksystem und in Brems- bzw. Regenerationssystemen.

1. Elektrische Antriebssysteme
Eine der wichtigsten Anwendungen von Keilwellen ist die E-Achse bzw. elektrische Antriebseinheit, die Elektromotor, Untersetzungsgetriebe und Differenzial in einem kompakten Modul vereint. Keilwellen verbinden den Motorrotor mit dem Getriebeeingang und ermöglichen so eine reibungslose Drehmomentübertragung auf die Räder. Dies gewährleistet eine hohe Drehmomentdichte, reduzierte Vibrationen und eine optimale Leistungsabgabe.

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

2. Lenksysteme
Elektrofahrzeuge (NEVs) verfügen zunehmend über elektrische Servolenkungen (EPS), die herkömmliche hydraulische Lenkungen ersetzen. Bei diesen Systemen verbinden Keilwellen die Lenksäule mit Zwischenwellen oder Kreuzgelenken und sorgen so für ein sanftes und reaktionsschnelles Fahrverhalten.

Mit dem Aufkommen autonomer Fahrtechnologien wird die Präzision der Keilwelleneingriffe noch wichtiger. Moderne Drive-by-Wire-Lenksysteme sind in hohem Maße auf eine hochpräzise Drehmomentrückmeldung angewiesen, die Keilwellen mit minimalem Spiel und engen Fertigungstoleranzen erfordert.

3. Regenerative Brems- und Getriebesysteme
Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich sind regenerative Bremssysteme. Dabei wird die beim Bremsen erzeugte kinetische Energie zurück in elektrische Energie umgewandelt, um die Batterie aufzuladen. Keilwellen verbinden die Motor-Generator-Einheit mit dem Antriebsstrang und ermöglichen so einen nahtlosen Übergang zwischen Antriebs- und Regenerationsmodus.

Darüber hinaus werden in Plug-in-Hybridsystemen oder Elektrofahrzeugen mit Mehrganggetrieben Keilwellen zum Ein- und Auskuppeln von Planetengetrieben oder Kupplungspaketen verwendet, um die Leistung unter verschiedenen Fahrbedingungen zu optimieren.

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

Präzision und Gewichtsreduzierung sind für einen Ingenieur im Bereich Fahrzeugantriebe oberste Priorität. Moderne Keilwellen übertragen nicht nur Kraft, sie tragen auch zur Energieeffizienz bei und reduzieren den Wartungsaufwand über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs.

Keilwellen sorgen zwar nicht so für Schlagzeilen wie Batterien oder autonome Sensoren, bleiben aber dennoch ein stiller Eckpfeiler der Elektromobilität. Von Hochgeschwindigkeitsmotoren bis hin zur präzisen Lenksteuerung ist ihre Rolle bei der Gewährleistung mechanischer Zuverlässigkeit und Effizienz unbestreitbar.

Shanghai Belon Machinery Co., Ltd. konzentriert sich auf hochpräzise OEM-Zahnräder, Wellen und Lösungen für weltweite Anwender in verschiedenen Branchen: Landwirtschaft, Automobilindustrie, Bergbau, Luftfahrt, Bauwesen, Robotik, Automatisierung und Bewegungssteuerung usw. Unsere OEM-Zahnräder umfassen unter anderem gerade Kegelräder, Spiralkegelräder, Zylinderräder, Schneckenräder und Keilwellen.

Im Zuge der Weiterentwicklung der Branche werden durch die Integration intelligenter Materialien, Oberflächenbehandlungen und Leichtmetalllegierungen die Leistungsfähigkeit von Keilwellen weiter verbessert und ihr Platz in der nächsten Mobilitätsgeneration gefestigt.