Elettrificazione e Sostenibilità: idee e soluzioni ZF

Negli ultimi anni, l’elettrificazione dei componenti automotive è diventata un tema centrale per l’industria. Le Case automobilistiche e i fornitori di componenti stanno investendo ingenti risorse nello sviluppo di soluzioni che migliorino l’efficienza dei veicoli e la sostenibilità ambientale. Tra i leader di questo cambiamento c’è ZF, Silver Sponsor del 4° Aftermarket Report di SICURAUTO.it “Connettività, Elettrificazione, SERMI e Sostenibilità: quali soluzioni concrete per l’Aftermarket del futuro?”, che in qualità di fornitore OE per molte Case automobilistiche sta contribuendo alla transizione della mobilità con avanzate tecnologie elettriche e iniziative sostenibili per l’industria e la mobilità collettiva.

IL CONTRIBUTO DI ZF ALL’ELETTRIFICAZIONE

Dal 2008, quando meno di 500.000 auto elettriche erano state prodotte a livello mondiale, ZF è stata la prima azienda in Europa ad avviare la produzione in serie di motori elettrici per auto. Nel 2023 la produzione di eMotors ha superato quota 3 milioni, mentre ha fatto massicci investimenti nella mobilità elettrica e ibrida, acquisendo tutti gli elementi necessari alla produzione di una piattaforma completa High Voltage. Oggi ZF offre un ampio portafoglio di prodotti e sistemi elettrificati, ad esempio l’innovativo sistema Brake-by-wire, che non richiede liquido, che permette di frenare sino a 9 metri prima da 100 km/h. Inoltre, ha sviluppato una gamma di e-Axle e motori elettrici all’avanguardia con potenze da 50 kW a 550 kW e coppie tra 75 Nm e 1.500 Nm, in base all’applicazione, alle ruote anteriori, posteriori, su veicoli BEV, Hybrid, leggeri o pesanti.

TRASMISSIONI ELETTRIFICATE A 8 MARCE

Un esempio è la nuova trasmissione automatica a 8 velocità che garantisce la massima efficienza energetica nei veicoli ibridi plug-in. ZF è stata la prima azienda a sviluppare questa soluzione declinata poi in diverse configurazioni. A partire dal cambio automatico a 8 marce di quarta generazione (8HP) e dal cambio a doppia frizione a 8 marce (8DT), ha sviluppato una gamma modulare di cambi per l’industria automotive su misura per veicoli ibridi, con il cambio 8HP MHEV e plug-in con il cambio 8P PHEV.

MOTORI ELETTRICI ZF A 800 VOLT

Un esempio della capacità innovativa di ZF è una piattaforma elettrica a 800 V, che utilizza semiconduttori al carburo di silicio. Questa tecnologia aumenta l’autonomia e riduce i tempi di ricarica, rappresentando una vera e propria svolta nel settore. ZF ha stretto una partnership con Wolfspeed per sostenere la costruzione della fabbrica di semiconduttori al carburo di silicio più moderna e grande del mondo a Ensdorf, in Germania, e un centro di ricerca e sviluppo congiunto nella zona metropolitana di Norimberga.

Un traguardo significativo che deriva da tanta ricerca nella produzione di motori elettrici è, inoltre, il motore sincrono a eccitazione esterna I²SM (In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Motor), che elimina l’uso di magneti e terre rare, rendendo il motore più compatto ed efficiente. Questa innovazione riduce la dipendenza da risorse critiche e migliora anche la sostenibilità complessiva dei componenti.

Rispetto ai comuni sistemi SESM (Separately Excited Synchronous Motors), la tecnologia I²SM ha i seguenti vantaggi:

• l’eccitatore induttivo può ridurre del 15% le perdite della trasmissione energetica nel rotore;
• l’impronta di CO₂ in produzione, generata con i motori elettrici PSM (Permanent Magnet Synchronous Motors) principalmente a causa dei magneti che includono terre rare, può essere ridotta fino al 50%;
• necessita di circa 90 mm in meno di spazio nella dimensione assiale.

SISTEMA DI E-DRIVE EVSYS800

ZF ha sviluppato il sistema E-Drive EVSys800, un sistema di trazione elettrica compatto che stabilisce nuovi standard per leggerezza (74 kg) ed efficienza. Questo sistema utilizza una gestione termica integrata TherMaS e il servizio cloud Software4Powertrain basato sull’AI per migliorare l’autonomia dei veicoli, specialmente in condizioni climatiche avverse. La riduzione del peso del sistema e l’aumento della densità di coppia rappresentano importanti progressi tecnologici per gli OE. Il propulsore modulare da 800 V è costituito da motore elettrico con elettronica di potenza al carburo di silicio e dal riduttore. Rispetto a sistemi più recenti di trazione ZF di serie da 800 V, E-Drive EVSys800 pesa oltre il 30% in meno, risparmiando ben 40 kg.

Il sistema di gestione termica TherMaS (Thermal Management-System) sviluppato da ZF contribuisce ad aumentare l’autonomia fino a un terzo in condizioni reali di guida invernale, quando i consumi energetici tendono ad aumentare. Il sistema regola la temperatura della trasmissione con motore elettrico, inverter, batteria, convertitore di tensione e abitacolo. TherMaS prevede tre circuiti separati:

• l’elemento centrale è il circuito refrigerante compatto riempito e sigillato ermeticamente, quindi esente da manutenzione con refrigerante privo di fluoro (R290). Rispetto ai refrigeranti convenzionali, la quantità di riempimento può essere ridotta del 60%, con un risparmio di peso tra 5 e 17 kg, in base alla configurazione. Il circuito centrale controlla due circuiti di raffreddamento controllabili separatamente, riempiti con normale liquido di raffreddamento antigelo;
• un sistema di raffreddamento dedicato al motore elettrico;
• un sistema di raffreddamento dedicato all’elettronica di potenza e alla ricarica;

Infine, l’E-Drive EVSys800, assieme al Software4Powertrain, è completato dall’inverter ultra-compatto a carburo di silicio a 800 V, dal design meno ingombrante e più leggero poiché il condensatore del modulo è rivestito in plastica. Il peso totale dell’inverter è di soli 3,5 kg, pur conservando la compatibilità elettromagnetica necessaria per l’omologazione dei veicoli elettrificati, tramite componenti più piccoli e leggeri.

LA STRATEGIA DI SOSTENIBILITA’ CON LA RIGENERAZIONE RICAMBI ZF

ZF non si limita a sviluppare tecnologie avanzate per la mobilità più sostenibile, poiché l’azienda è profondamente impegnata nella sostenibilità con un’ampia serie di iniziative green. La rigenerazione di componenti e parti per auto, veicoli industriali o fuoristrada svolge un ruolo di primo piano con 20 sedi in tutto il mondo che fanno parte della rete globale di ZF Aftermarket. Questo programma, attivo in Europa, America, Asia e Africa, segue un processo controllato e orientato al cliente per rigenerare parti usurate. Attraverso un sistema efficiente di reso in quattro semplici passi, ZF garantisce un ciclo sostenibile e trasparente. La rigenerazione si basa su fasi standardizzate:

1. Accettazione e test diagnostici;
2. Prelavaggio;
3. Smontaggio e pulizia finale;
4. Ispezione dei componenti;
5. Riassemblaggio;
6. Fornitura parti nuove/montaggio;
7. Banco di prova e programmazione;
8. Verniciatura;
9. Imballaggio e deposito;

Rispettando gli standard OE e certificazioni ISO 9001 e ISO 14001, il risultato è una qualità garantita, con ricambi rigenerati sostenibili e di alto livello per le officine di autoriparazione.

Infine, sempre nell’ambito ricambi, ZF Aftermarket supporta i propri clienti nel percorso di trasformazione fornendo un portafoglio innovativo di prodotti e servizi per veicoli elettrici di molti marchi: kit di riparazione dell’assale elettrico, lubrificanti speciali, componenti Lemförder per sterzo e sospensioni, componenti TRW per sistemi frenanti, nonché formazione tecnica.

STABILIMENTI DI PRODUZIONE ZF A ZERO EMISSIONI

La strategia Acting now. Sustainability@ZF si basa su tre pilastri: ambiente, società e governance. L’azienda mira a ridurre le emissioni di gas serra dell’80% entro il 2030 rispetto ai livelli del 2019 e a raggiungere la neutralità climatica entro il 2040. Per raggiungere questi obiettivi, ZF adotta diverse strategie:

• l’elettrificazione del suo portafoglio;
• l’incremento dell’uso di energie rinnovabili negli stabilimenti;
• l’adozione di modelli di economia circolare;
• il progetto pilota per l’utilizzo di imballaggi ecologici per il trasporto, realizzati in polpa di carta modellata in sostituzione degli imballaggi di PET;
• l’accordo con la start-up svedese H2 Green Steel, per la fornitura di 000 tonnellate l’anno dal 2025 al 2032 di acciaio “sostenibile”;

Un esempio più recente è il progetto Zero Emission Factory a Klášterec (Repubblica Ceca). Qui, ZF ha implementato un sistema di produzione che utilizza energia solare e pompe di calore, riducendo significativamente le emissioni di gas serra. L’elettricità acquistata è completamente verde e l’intera fabbrica funge da modello per la ristrutturazione di altri impianti del gruppo. I 3.400 moduli solari installati sul tetto con l’impianto esistente forniscono una potenza elettrica di picco di 1.411 kW.

Un altro pilastro delle iniziative di sostenibilità di ZF è rappresentato dal nuovo impianto a emissioni zero a Pančevo (Serbia). Qui vengono create le elettroniche di potenza 400 V per veicoli ibridi plug-in e 800 V per veicoli completamente elettrici. Utilizzando esclusivamente pompe di calore per il riscaldamento e il raffreddamento, insieme a un sistema di recupero del calore e ventilazione modulari, l’impianto riduce drasticamente il consumo energetico.

La trasformazione dello stabilimento ZF a Klášterec (Repubblica Ceca) che lo ha reso ad emissività neutra e le recenti aperture di impianti a Gray Court (USA) e Oragadam (India), seguono una strategia di crescita e sostenibilità a lungo termine, basate su una produzione “local-for-local”. In questo modo, ZF risparmia anche emissioni che altrimenti sarebbero causate dal trasporto di sistemi completi da località più distanti fino al mercato a cui sono destinati.
La gestione ambientale secondo ISO 14001:2015 è lo standard seguito da ZF per tutte le sue principali sedi di produzione e sviluppo.