Die Kombination von Elektromotor, Getriebe und Leistungselektronik in der E-Achse ist ein vielversprechendes Konzept für Fahrzeuge mit Elektroantrieb. MANN+HUMMEL entwickelt hierfür spezielle Getriebeölfilter mit neuen MULTIGRADE eM-CO Filtermedien.

Fahrspaß ohne Emissionen steht derzeit hoch im Kurs. Angesichts voller Städte, hoher Luftverschmutzung und verschärfter gesetzlicher Vorgaben arbeiten Entwickler mit Hochdruck an zukunftsfähigen Lösungen. Und die Fahrzeugkäufer ziehen mit: Nicht nur in Deutschland, sondern europaweit sind immer mehr Fahrzeuge mit alternativen Antrieben unterwegs. Im Fokus der Entwickler steht die Elektrifizierung des Antriebsstrangs. Die hochintegrierte E-Achse ist dabei ein besonders vielversprechendes Konzept. Sie kombiniert den Elektromotor, das Getriebe und die Leistungselektronik zu einem System. Das spart Bauraum, Bauteile und Verkabelungen, denn die E-Achse ist direkt in die Antriebsachse integriert. 20 Prozent weniger Gewicht und fünf bis zehn Prozent mehr Effizienz sind laut den Systemlieferanten dadurch möglich. Zum Einsatz kann sie übrigens vom Kleinwagen über Sportwagen bis hin zu Nutzfahrzeugen kommen, denn sie ist einfach zu skalieren.

Schmieren und Kühlen mit einem Öl

Da alle Antriebskomponenten in eine E-Achse integriert werden, genügt für die Kühlung und Schmierung ein gemeinsamer Ölkreislauf. Ein Vorteil, der allerdings einen Haken hat: Da das Öl mit Mechanik- und Elektronikkomponenten in Berührung kommt, können Metallpartikel und Späne aus dem Getriebe in die Leistungselektronik und den E-Motor gelangen und diese beschädigen. Die E-Achse funktioniert also nur, wenn diese Partikel effizient, schnell und dauerhaft aus dem System entfernt werden. Dabei steht wie bei vielen herkömmlichen Getrieben die Partikelabscheidung im Fokus. Hierfür wird ein Filter saugseitig vor der Pumpe direkt im Ölsumpf integriert. Dadurch kann ein zuverlässiger Systemschutz von der Pumpe bis zum Rücklauf in den Sumpf gewährleistet werden.

Reduzierter Differenzdruck

Das hat sich MANN+HUMMEL zur Aufgabe gemacht und entwickelt hierfür passende Getriebeölfilter, die mit den neuen MULTIGRADE eM-CO Filtermedien ausgestattet werden. Die Filtermedien sind speziell auf die Anforderungen des Öls zur Schmierung und Kühlung von E-Achsen zugeschnitten. Dabei kann MANN+HUMMEL die Vorteile der vollsynthetischen Filtermedien aus anderen Ölfilterapplikationen übertragen: Das vollsynthetische, glasfaserfreie Filtermedium zeichnet sich durch eine hohe chemische Beständigkeit und einen deutlich reduzierten Differenzdruck im Vergleich zu saugseitig angeordneten, konventionellen Getriebeölfiltern aus. MANN+HUMMEL setzt auf ununterbrochene Filterlagen ohne unkontrollierten Medienbypass, welcher bei herkömmlichen Produkten aufgrund des hohen Differenzdruckverlusts erforderlich ist. Fahrzeugbesitzer können sich somit auf eine zuverlässige Partikelabscheidung verlassen. Durch den Einsatz eines Tiefenfiltermediums werden in der 3D-Fasermatrix die abgeschiedenen Partikel sicher eingeschlossen. Dadurch wird ein Wiedereinbringen von Partikeln oder länglichen Spänen in das System verhindert. Eine Gefahr, die bei herkömmlichen Systemen besteht. Die permanente Versorgung mit sauberem Öl kann so auch ohne unkontrollierten Medienbypass sichergestellt werden. Das erhöht die Systemsicherheit.

Geringer Platzbedarf, maximale Filterfläche

Die MULTIGRADE eM-CO Filtermedien nehmen wenig Platz in Anspruch, denn die Entwickler bei MANN+HUMMEL können auf die bewährte Falttechnologie zurückgreifen. Bereits 20 Millimeter verfügbare Bauraumhöhe genügen für die Faltung. Dadurch lässt sich selbst auf kleinstem Bauraum viel Filtermedium unterbringen. Das Ergebnis ist eine enorme Steigerung der Filterfläche, und damit auch der Staubaufnahmekapazität, um nahezu das Sechsfache. Ein Vorteil, der insbesondere bei der kompakten Bauweise der E-Achsen, aber auch bei den klassischen Automatikgetrieben zum Tragen kommt. So kann ein deutliches Plus an Einsatzzeit und somit Lebensdauer der Filter ohne signifikanten Differenzdruckanstieg erreicht werden. Betrachtet man den im saugseitigen Betrieb sehr wichtigen Differenzdruck, liegen die Vorteile einer gefalteten Lösung auf der Hand: Der per se niedrige Differenzdruck sinkt nochmals signifikant. Im Vergleich zu einem flachen Filtermedium ist bei der gefalteten Variante schon bei 20 Millimeter Bauraumhöhe zusätzlich ein um 75 Prozent geringerer Differenzdruck möglich. Dies ermöglicht dem Kunden somit weitere Freiheitsgrade hinsichtlich einer höheren Filterfeinheit oder der Pumpendimensionierung.

Das Filtermedium bleibt dabei immer in Form – auch wenn es etwa durch Kälte hohen Differenzdrücken ausgesetzt ist. Für die Stabilität sorgen Drainage-Gitter oder auch Leimraupen, die die Falten auf dem optimalen Abstand zueinander halten. So lässt sich das Mehr an Filterfläche dauerhaft nutzen.

Gehäuse mit optimalen Strömungseigenschaften

Robust ist auch das Kunststoffgehäuse der Getriebeölfilter. Die langjährige Kunststoffkompetenz von MANN+HUMMEL sowie der Einsatz moderner Simulationsmethoden wie FEM (Finite Elemente Methode) und Formfüllsimulationen bei der Entwicklung sorgen dafür, dass alle Komponenten höchsten mechanischen Anforderungen standhalten. Die Möglichkeiten der CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) nutzten die Entwickler zudem für eine optimale Strömungsführung, um das Filtergehäuse besonders auch in engen Bauräumen differenzdruckoptimiert zu gestalten. Alle eingesetzten Materialien weisen eine hohe chemische und thermische Beständigkeit auf. Sind zusätzliche Funktionen gefragt, lassen sie sich einfach und kostengünstig in das Kunststoffgehäuse integrieren. Wie etwa Magnete, die magnetisierbare Partikel zusätzlich abscheiden und so die Standzeit der Filterelemente verlängern.

Für die neuen Anforderungen, die die Elektromobilität mit Blick auf die Ölfiltration mit sich bringt, hat MANN+HUMMEL bereits heute ein breites Spektrum an passenden Lösungen und einen entscheidenden Vorteil: Die Ludwigsburger Spezialisten können auf ihr langjähriges Filtrations-Know-how und ihre Systemkompetenz zurückgreifen. Das gilt auch für den Einsatz geeigneter Filtermedien für die Kühlmittelfiltration. Diese stellt einen weiteren Schwerpunkt der Entwicklungsaktivitäten dar. Mehr dazu erfahren Sie in der nächsten Ausgabe der Automotive News.