Laut Statistischem Bundesamt besitzen 78 Prozent der Haushalte in Deutschland ein fahrbereites Rad - das sind 75 Millionen Fahrräder. Bei acht Prozent der Haushalte gehört dazu ein Elektrorad, wie bei Norbert Ambros, Maschinenbaumeister bei Liebherr.
Foto: Liebherr-Verzahntechnik

Maschinenelemente

Was die Zahnradtechnik im E-Bike so besonders macht

E-Bikes erfreuen sich großer Beliebtheit. In ihren Antrieben sorgt feine Zahnradtechnik für den Anzug. Dafür werden hochpräzise Bearbeitungsmaschinen benötigt.

Längst in unserem Alltag angekommen, ist ein Ende des E-Bike-Booms nicht in Sicht. Für den Fahrgenuss sorgen kraftvolle und zugleich kompakte Antriebe– eine technische Herausforderung, für die extrem hochwertige Zahnräder benötigt werden. Mit ihren Wälzfräsen und Wälzschleifmaschinen trägt die Liebherr-Verzahntechnik GmbH aus Kempten dazu bei, dass Zahnradhersteller in aller Welt diese Komponenten in hohen Stückzahlen und bestmöglicher Qualität liefern können. „Bei E-Motive-Antrieben ist ein geräuschloser und sauberer Getrieblauf besonders wichtig. Deshalb müssen die verbauten Zahnräder besonders hochwertig sein“, erläutert Norbert Ambros, Maschinenbaumeister der Liebherr-Verzahntechnik GmbH.

So funktioniert das elektrisch angetriebene Fahrrad

E-Bikes gehören zur Gattung der Mofas, da sie auf Wunsch auch ohne Pedalunterstützung benutzt werden können. Sie benötigen deshalb eines Versicherungskennzeichens und sind ab 6 km/h zulassungspflichtig. Die Motorleistung ist dabei auf 500 W beschränkt. Sobald die Pedale eingesetzt werden, ermittelt die integrierte Systemsteuerung kontinuierlich das Drehmoment, die Geschwindigkeit und die Trittfrequenz. Daraus errechnet das Motormanagement die erforderliche Tretunterstützung, die der Elektromotor zusätzlich hinzugibt, um den Fahrer zu entlasten. Der Elektromotor unterstützt folglich die Kraftübertragung, die vollkommen leise und harmonisch abläuft.

Das moderne E-Bike: Feinste Zahnradtechnik auf kleinstem Raum

Bei der Produktion der Zahnradmechanik kommen Fräs- und Schleifmaschinen zum Einsatz. Diese arbeiten mit extremer Genauigkeit im µ-Bereich, dem Mikrometerbereich. 1 µ sind umgerechnet 0,001 mm, was in etwa einem Fünfzigstel der Dicke eines menschlichen Haars (rund 0,05 mm) entspricht. Dies ermöglicht sehr hohe Oberflächengüten, maximale Genauigkeit, gute Rundlaufeigenschaften sowie perfekte Zahnflankengeometrien. Nur so kann sicher gestellt werden, dass die Zahnräder am Ende speziell auf die Eigenfrequenzen des Fahrrad-Antriebsstranges angepasst werden können und die Antriebsstrangschwingungen optimal dämpfen.

Lieber-Verzahntechnik liefert die nötigen Schleifmaschinen

Die Maschinen spielen eine Rolle in der Komponentenfertigung für Autos, Flugzeuge oder Schienenfahrzeuge sowie in der Getriebeherstellung für verschiedenste Industriezweige. Bislang wurden sie hauptsächlich an Automobilkonzerne, Lohnverzahnungsbetriebe, den Nutzfahrzeugbereich und an die Luftfahrtindustrie ausgeliefert. Nicht zuletzt profitiert Liebherr dabei auch von gruppeninternen Synergieeffekten durch die enge Zusammenarbeit mit der Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH, die solche Maschinen für die Fertigung von Flugzeugkomponenten einsetzt. Für Liebherr-Verzahntechnik bietet die E-Mobilität laut Dr. Andreas Mehr, Technologe des Unternehmens, nun noch weiteres Potenzial: „Mit der Umstellung auf E-Antriebe werden zwar künftig voraussichtlich weniger Zahnräder und damit geringere Stückzahlen benötigt. Gleichzeitig erfordern E-Antriebe von der Bearbeitung aber mikroskopische Präzision und höchste Güte – und genau hierin liegt unsere Stärke. Unter hoher Belastung entscheidet die Mikrogeometrie über das perfekte Ineinandergreifen der Zanhräder. Damit fährt auch in vielen E-Bikes ein kleines Stückchen Liebherr mit.“

Foto: Liebherr-Verzahntechnik
Diese Liebherr-Wälzschleifmaschine LGG 180 ermöglicht höchste Präzision, Prozessstabilität, Serientauglichkeit und größtmögliche Effizienz beim Schleifen von Zahnrädern für E-Bike-Getriebe.

E-Mobilität im Aufwärtstrend: Das könnte die Zukunft bringen

Im Jahr 2014 wurden weltweit bereits 31,7 Mio. Pedelecs (Lediglich Tretunterstützung; Motorenleistung max. 250 W; Höchstgeschwindigkeit 25 km/h) und E-Bikes verkauft, für 2023 prognostoziert die Branche einen Absatz von 40,3 Mio. Stück – Tendenz steigend. Allein in Deutschland wurden im Jahr 2018 fast eine Million E-Bikes verkauft (Quelle: Electric Bicycles Report).

Der Aufwärtstrend der Elektromobilität wird auch für andere Produkte erwartet – wie Schienenfahrzeuge oder das Flugzeug. Das elektrische Fliegen könnte beispielsweise ein signifikanter Technologiewandel sein. Erste Versuchsmodelle, die komplett elektrisch fliegen, sind schon abgehoben. Für solche schadstofffreien Flugzeuge sind die heutigen Batterien aber bei weitem noch nicht stark genug. Ein erster Schritt in Richtung des elektrisch angetriebenen Flugzeugs ist das Forschungsprojekt „More Electirc Aircraft“: Im Rahmen der EU-Technologie-Initiative „Clean Sky 2 / Horizon 2020“ forscht Liebherr an elektrischen Varianten von Flugsteuerungen, Betätigungs-, Fahrwerks- und Luftmanagementsystemen, die das Fliegen in Zukunft effizienter und umweltverträglicher gestalten sollen. Aber nicht nur im Verkehrssektor spielt E-Moblilität eine maßgebliche Rolle. Auch für die Bauindustrie bietet Liebherr bereits verschiedene Baumaschinenmodelle mit elektrischen Antrieben und forscht an alternativen Antriebskonzepten für die Zukunft.

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