Leichtbaugarage #10 BMW 750i xDrive: Stirnverzahnte Abtriebswelle

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Leichtbaugarage, News

Das Fahrzeug

Heute schauen wir uns den BMW 750i xDrive aus dem Jahre 2016 an. Dieser Wagen wird angetrieben von einer 4,4 l V8 Maschine mit einem Drehmoment von 650 Nm, mit einer Leistung von 445 PS und einer Höchstgeschwindigkeit von bis zu 250 km/h. Die Gänge wechseln automatisch durch eine 8-Gang-Wandler-Automatik, die ein besonders sanftes Anfahren ermöglicht. Dieser 7-er hat je nach Antriebsvariante ein zulässiges Gesamtgewicht von 2630 kg. Ein besonderes Highlight ist jedoch seine stirnverzahnte Abtriebswelle.

©Kārlis Dambrāns, 2016 BMW 750i xDrive, CC BY 2.0

Die Technologie

Bei den meisten Fahrzeugen wird die Kraft mittels einer Radialverzahnung von der Abtriebswelle auf die Radnabe übertragen. Am radseitigen Gelenk der Abtriebswelle ist eine Radialverzahnung aufgebracht, die in eine innenliegende Radialverzahnung im Radlager gesteckt und durch eine Schraube gesichert wird. Im vorgestellten Fahrzeug wird hingegen eine Stirnverzahnung eingesetzt. Hierbei werden Radlager und Abtriebswelle mit zwei Stirnverzahnungen verbunden und ebenfalls mit einer Schraube gesichert. Dies bietet mehrere Vorteile. Zum einen vereinfacht sich die Montage, da weniger Platz beim Fügen der Bauteile benötigt wird. Zum anderen kann, wegen des höheren Durchmessers des Verzahnungskranzes, ein höheres Drehmoment übertragen werden. Durch die geometrische Änderung der Verbindung bleibt das Lager im Gegensatz zur üblichen Technologie mit geringerem Aufwand während des Betriebs spielfrei in der Verzahnung. Durch die neue Verbindungsform kann Material an der Abtriebswelle eingespart werden. Diese Gewichtseinsparung ist aus Sicht des Leichtbau-Ingenieurs der größte Vorteil. Lange Zeit stellten die höheren Kosten durch eine aufwendigere Produktion einen Nachteil dar.

©BMW, Verbindung Welle-Lager mit Stirnverzahnung

Der Leichtbauaspekt

Wie oben angedeutet kann die Abtriebswelle mit Stirnverzahnung leichter ausgeführt werden als bei vergleichbaren Modellen. Hier kann durch die Stirnverzahnung der Zapfen mit der Radialverzahnung zur Kraftübertragung wegfallen und die Abtriebswelle kann somit kürzer ausgeführt werden. Zudem kann auch auf Seiten der Radlager durch das Wegfallen der Innenverzahnung etwa 10 % an Gewicht gespart werden. Insgesamt kann man bei diesem Fahrzeug eine Gewichtseinsparung von etwa 2,8 kg annehmen. Je nach Höhe des Drehmomentes an den jeweiligen Rädern, Anzahl der angetriebenen Räder und der Auslegung des Herstellers, variiert diese Gewichtseinsparung.

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