Polymer-Getriebe im elektrifizierten Antriebsstrang: Veränderte Dynamik auf dem Transportmarkt

Victrex
Da immer mehr E-Fahrzeuge entwickelt werden, kommt den Polymer- und Verbundwerkstoff-Zahnrädern eine wichtige Rolle bei der Bewältigung einiger großer Herausforderungen in einer zunehmend mobilen Gesellschaft zu.

"The squeaky wheel gets the grease", aber in Wirklichkeit könnte das quietschende Zahnrad einen Spritzer Innovation gebrauchen. Als einfache Konstruktion nutzen Zahnräder Rotationskräfte, um die Welt zu bewegen.

Historisch gesehen wurden die ersten dokumentierten Zahnräder als astronomische Messgeräte oder als Uhren zur Zeitmessung verwendet. Zu den verschiedenen heute gebräuchlichen Konstruktionen gehören Planeten- und Sonnenräder, Stirnrad-, Koaxial-, Kegelrad- und Schneckengetriebe. Im Laufe der Jahre sind verschiedene Größen von Zahnrädern aus unterschiedlichen Materialien hinzugekommen und wieder verschwunden, doch geblieben ist unser Wunsch, Zahnräder zu nutzen, um unsere immer mobiler werdende Gesellschaft zu ermöglichen. Aus diesem Grund ist zu erwarten, dass Polymerzahnräder eine bedeutende Rolle bei der Bewältigung der Mobilitätslösungen von morgen spielen werden.

Die Welle neuer Produkte, die dem Wunsch der Verbraucher und der Gesetzgeber nach Reisen mit geringerem CO2-Fußabdruck gerecht werden sollen, rollt schnell an.Die Welle neuer Produkte, die dem Wunsch der Verbraucher und der Gesetzgeber nach Reisen mit geringerem CO2-Fußabdruck gerecht werden sollen, rollt schnell an.1 Mobilere und umweltbewusstere Kunden in Kombination mit dem Einfluss staatlicher Regulatoren haben die Dynamik des Transportmarkts verändert. Das Ergebnis ist eine Welle von OEM-Fahrzeugeinführungen bei E-Bikes2, E-Scootern3, Elektrobussen4, eVTOL5, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEV) und batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEV)6. Allein bei den Elektrofahrrädern wird ein Wachstum von über 6 % CAGR erwartet, wobei das größte Wachstum in Asien zu verzeichnen ist. Andere E-Mobilitätslösungen, die mit UBER vergleichbar sind, wie z. B. die Revel-Elektromopeds7, verzeichnen einen Nachfragezuwachs und kommen schneller als erwartet in die Städte. Es wird erwartet, dass BEVs und PHEVs bis 2025 mit einer jährlichen Steigerungsrate von über 21 % wachsen werden. Das bedeutet eine Verdopplung der Zahl der Fahrzeuge alle 3,5 Jahre, und wir können davon ausgehen, dass bald mehr und mehr Elektroautos auf den Straßen unterwegs sein werden!8-10

Zu den wesentlichen Vorteilen für die Verbraucher gehören bessere Mobilitätsangebote mit geringerer CO2-Belastung beim Pendeln oder auf Reisen. Zu den Vorteilen für Städte und Behörden gehören mehr Transportmöglichkeiten zur Vermeidung von Verkehrsstaus sowie eine Entlastung der Umwelt. Diese Vorteile werden für die Regulierungsbehörden immer dringlicher, da sich die Mega-Cities auf der ganzen Welt immer weiter ausbreiten.

Vielfältige Herausforderungen für Zahnraddesigner 

Es wird erwartet, dass Zahnräder eine zentrale Rolle dabei spielen, die neuen Transportmöglichkeiten von heute und ihre Vorteile für Verbraucher und Behörden Wirklichkeit werden zu lassen - und das gilt insbesondere für Polymer-Zahnräder. Autofahrer wünschen sich Fahrzeuge, die leise und komfortabel sind und ihre individuellen Mobilitätswünsche unterstützen. Die Gesetzgeber suchen nach effizienteren CO2-Lösungen. Polymerzahnräder können die Lücke zwischen den Interessen der Verbraucher und denen der Regulierungsbehörden schließen, indem sie den Konstrukteuren bei der Produktentwicklung kosteneffiziente Lösungen zur NVH Reduzierung bieten.

Currently powertrain engineers in e-mobility are faced with a variety of challenges that require new ways of thinking in order to make innovation a reality without sacrificing on performance and reliability. Specifically, the major trends that automotive and e-mobility designers face today are:

  1. Kostengünstige Lösungen
  2. Leisere Fahrzeuge, verbesserte NVH Werte
  3. Besserer Umweltschutz durch effizientere Lösungen
  4. Langlebige Komponenten für höherdrehende Motoren
  5. Greater driver & user comfort
  6. Manufacturing versatility with streamlined supply chains

 

Getting the time/cost/quality balance right…

From the perspective of a gear designer in e-mobility today, you are constrained by time, cost, and quality issues when considering different gearing options. You don’t want to pay an extreme premium; nor do you want to miss out on the benefits of higher quality solutions. At the same time your design must have accredited seamless qualified supply chains in place to deliver rapidly in a globalised economy. Getting this balance right, as a designer, is always a challenge. 

What if there is a material and parts solution provider, able to support designers to solve such challenges? At Victrex, our HPG™ polymer gears have helped designers by introducing game-changing and cost-effective NVH solutions by using our efficient production techniques across the globe. Building on proven experience, we can help you design polymer gears for your particular e-mobility design requirements based on the key elements of successful thermoplastic gears.

At Victrex, we recognise the need for a strong, financial business case, and that’s why we pair this with the polymer gear design. Our value discovery experts collaborate with your team to demonstrate the financial benefits that polymers can bring to your project to find the win-win solution. As a team, our approach is holistic, we look at the whole system and match your engineering requirements to quantified benefits where polymer gears can offer clear value for cost-effectiveness, NVH, and efficiency to meet your e-mobility needs.

Do cost-effective NVH solutions and additional enhancements in efficiency make you interested in exploring VICTREX HPG™ polymer gear benefits today? If so, please drop me an e-mail or learn more on victrex.com/en/products/peek-parts/gear-solutions.

    Sources:
  1. [https://www.statista.com/statistics/207106/projected-growth-of-travel-expenditures-in-the-us/]
  2. Ebike reference https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/e-bike-market
  3. eScooter - https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/micromobility-industry-progress-and-a-closer-look-at-the-case-of-munich
  4. Electric bus market - https://www.marketwatch.com/press-release/at-215-cagr-global-electric-bus-market-size-is-expected-to-exhibit-45900-million-usd-by-2025-2019-11-21
  5. Evtol - https://www.marketwatch.com/press-release/at-215-cagr-global-electric-bus-market-size-is-expected-to-exhibit-45900-million-usd-by-2025-2019-11-21
  6. BEV/PHEV - https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/the-road-ahead-for-e-mobility
  7. Revel - https://gorevel.com/new-york/
  8. Source for emobility https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/electric-vehicle-market-209371461.html
  9. 2nd one as well – Deloitte - https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/uk/Documents/manufacturing/deloitte-uk-battery-electric-vehicles.pdf
  10. 3rd as well from IEA - https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2019

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