ZF Funktionsprüfstand für E-Antriebe

Mit dem vermehrten Einsatz der Elektromobilität in Pkw werden auch neue Prüfstände für E-Antriebe benötigt. Diese unterscheiden sich von herkömmlichen Motor- und Getriebeprüfständen vor allem durch die hohen Drehzahlen bis zu 23.000 U/min sowie die geometrischen Besonderheiten der E-Achsen. Der auf der Hannover Messe (HMI) vorgestellte E-Mobility EOL-Prüfstand der 3. Generation (Bild 1) von ZF erfüllt sämtliche Anforderungen, die durch den Wandel hin zur Elektromobilität entstehen. Kernkomponenten sind der Batteriesimulator zur Versorgung des Antriebsmotors sowie zwei leistungsfähige Abtriebsmodule mit bis zu 200 kW Nennleistung und einem Achsmoment von bis zu 10.000 Nm. Die Abtriebseinheit besteht im Wesentlichen aus einem wassergekühlten Asynchronmotor, welcher über eine Kupplung und eine Abtriebspinole mit Zahnwelle zum Prüfling hin verbunden ist. Geprüft werden u.a. Akustik (Körper- und Luftschall), Wirkungsgrad, maximale Betriebspunkte und Funktionen wie Parksperre oder Ölpumpe. Außerdem werden eine Wirkungsgrad (WLTP)- und Hochvolt-Prüfung durchgeführt.

ZF bietet Funktionsprüfstände für E-Antriebe sowohl für den Prototypenbau, als auch für High-Volume Anwendungen an. Hier können Taktzeiten ab 90 Sekunden realisiert werden.

Datenanalytik

Eine effektive Datenauswertung während eines Produktlebenszyklus ermöglicht es, Prozesskosten zu senken und die Qualität des aktuellen Produktes zu verbessern sowie die Eigenschaften des Nachfolgers zu optimieren. Hierfür ist eine Verknüpfung der Daten aus den Bereichen EOL-Prüfung, Produktion, R+D sowie die Auswertung der Betriebsdaten notwendig (Bild 2).

ZF Test Systems führt bereits Datenanalytik für die Bereiche EOL-Prüfung und Produktion durch. Eine wichtige Grundlage hierfür ist die Kombination aus verschiedenen Know-how-Bereichen aus dem ZF Konzern:

• Produktionsprozess-Know-how aus Getriebeproduktion seit über 100 Jahren
• Produkt-Know-how durch unzählige Anwendungen in den Bereichen Pkw, Lkw und der Industrietechnik
• Prüf-Know-how aus über 1.300 gelieferten Prüfständen im R+D und Produktionsbereich
• Angewandtes Datenanalytik-Know-how aus Themenfeldern wie Autonomous Operation, z.B. Mustererkennung

ZF hat somit die Kompetenz, übergeordnete Datenanalyseverfahren und -modelle zu entwerfen, um kurzfristige Ergebnisse für den Kunden zu ermöglichen.

Datenanalytik 1

Bei der End-of-Line-Prüfung wird eine Vielzahl von Daten bzgl. des Prüflings und des Prüfstandes generiert. Durch die Auswertung dieser Prüfdaten mittels Big-Data-Analytik und Mustererkennung kann die Qualität des Produktes gesteigert und der Prüfprozess beschleunigt werden. Konkret bedeutet das:

• Deutliche Reduzierung der Fehlerrate beim Produkt
• Zeitersparnis durch Vermeidung von Prüfredundanzen im mehrstufigen Herstellungsprozess
• Komplexität von Produkt und Prozess kann durch automatisierte Bestimmung aussagefähiger Prüfgrenzen besser kontrolliert und laufend optimiert werden

Datenanalytik 2

Durch die Verknüpfung von Daten der EOL-Prüfung mit denen, die während der Produktion eines Produktes entstehen, kann dies zur Optimierung des Produktionsprozesses und somit zur Senkung der Produktkosten beitragen. Konkret:

• Identifikation von Einflussgrößen optimieren Produktionsprozess
• Erhöhung der Lieferfähigkeit durch Reduktion der internen Rückläuferquote
• Zeitersparnis und Materialeinsparung durch gezielte Verbesserungsmaßnahmen

Datenanalytik 3

Hier werden die Daten der EOL-Prüfung, der Produktion und der Entwicklung zusammengeführt und bieten Potenzial für weitere Optimierungsmöglichkeiten am Produkt und am Endwicklungsprozess, z.B. unter Nutzung von Digital Twins:

• Ableitung der Leistungsfähigkeit ermöglicht Definition neuer Varianten ohne Notwendigkeit von 100 %-Feldtests
• Realisierung von Zeit- und Kostenersparnis
• Mehrwert für Produkt-Qualität und Prozesse

Datenanalytik 4

Im letzten Schritt werden die Daten aus der Betriebsphase des Produktes integriert und haben somit einen positiven Einfluss auf die folgenden Produktgenerationen und die Optimierung von Prozessschritten.

• Geänderte bzw. optimierte Auslegungsanforderungen für Entwicklung der nächsten Produktgeneration
• Angepasste Serviceintervalle (Beispiel: ZF TraXon Predictive Maintenance) durch Ermittlung von realen Lastkollektiven
• Gezielte Validierungsanpassung durch Nutzung dieser Betriebsdaten

ZF Test Systems

ZF Test Systems entwickelt und fertigt Prüfsysteme für die Mobilität auf und abseits der Straße. Als Spezialist für Validierungs- und Entwicklungsprüfanlagen erhöht die Business Unit der ZF Friedrichshafen AG die Qualität von Antriebsstrang, aktivem Fahrwerk, Reifen und Rädern sowie Bremsen und trägt so zu mehr Sicherheit und Komfort für den Fahrer bei.