Die überwiegende Mehrheit der Elektroautos verwendet heutzutage kein Getriebe. Es gibt drei Hauptgründe dafür, aber bevor wir uns eingehend mit den Details befassen, müssen wir erklären, was ein Getriebe ist und welche Funktion es in einem Auto mit Verbrennungsmotor hat. Auf diese Weise lässt sich leichter erkennen, warum das Getriebe bei Elektroautos nicht von grundlegender Bedeutung ist. Wir versuchen auch zu erklären, in welchen Fällen es eine sinnvolle Ergänzung sein kann und welche Vorteile es mit sich bringt.
Was ist ein Getriebe und welche Funktion hat es in einem Auto mit Verbrennungsmotor?
Im Gegensatz zu Elektromotoren erzeugen Verbrennungsmotoren im Leerlauf nicht genügend Drehmoment, um das Fahrzeug bewegen zu können. Wir benötigen höhere Drehzahlen, um mehr Drehmoment zu erzeugen. Aber der Drehzahlbereich des Motors ist begrenzt und dadurch wäre auch die Geschwindigkeit des Autos begrenzt, und deshalb verwenden wir Getriebe. Kurz gesagt ist ein Getriebe in Kombination mit der Achsübersetzung ein Drehmomentvervielfacher. Sie haben vielleicht schon einmal von Gang- und Achsübersetzungsverhältnissen gehört, wussten aber vielleicht nicht, was diese Zahlen bedeuten.
Beginnen wir mit dem Übersetzungsverhältnis. Nehmen wir an, Sie haben in Ihrem ICE-Auto den 1. Gang eingelegt. Nehmen wir außerdem an, dass der 1. Gang eine Übersetzung von 3:1 hat. Das bedeutet, dass das vom Motor erzeugte Drehmoment mit dem Dreifachen multipliziert wird. Um zu bestimmen, wie oft das Drehmoment in den Rädern des Autos multipliziert wird, müssen wir auch die Achsübersetzung berücksichtigen. Wenn die Achsübersetzung wiederum 3:1 beträgt, beträgt das Raddrehmoment des Autos das Neunfache des Motordrehmoments. Wenn der Motor Ihres Autos im 1. Gang mit den oben genannten Übersetzungen ein Drehmoment von 200 Nm erzeugt, beträgt das Raddrehmoment 200 Nm x 9 = 1800 Nm.
Ohne das Getriebe wäre diese Vervielfachung nicht möglich und das Auto würde auch bei Vollgas stehen bleiben. Das Getriebe eines Autos mit Verbrennungsmotor muss so ausgelegt sein, dass es die Leistungs- und Drehmomenteigenschaften des Motors, seinen Wirkungsgrad bei unterschiedlichen Lasten und natürlich die Höchstgeschwindigkeit, die die Ingenieure für das gewählte Fahrzeug festgelegt haben, perfekt kombiniert.
Diese Lösungen sind trotz großer Entwicklungen in den letzten Jahrzehnten immer noch ein Kompromiss. Getriebe verursachen eigene Ineffizienzen im gesamten Antriebsstrang und erhöhen den Kraftstoffverbrauch und die Energieverluste.
Was ist bei Elektroautos der Fall?
Elektromotoren verfügen über drei native Eigenschaften, die technische Probleme bei der Getriebeentwicklung lösen und in den meisten Fällen ein Getriebe überflüssig machen. Zu diesen Eigenschaften zählen ein hohes Drehmoment ab Null U/min, die hohe Drehzahlfähigkeit von Elektromotoren und elektronisch begrenzte Höchstgeschwindigkeiten. Lassen Sie uns diese Eigenschaften einzeln behandeln.
Ein hohes Drehmoment ab null U/min ist ziemlich offensichtlich. Denken Sie daran, dass Getriebe hauptsächlich Drehmomentvervielfacher sind. Wenn Sie bereits ab null U/min über ein hohes Drehmoment verfügen, ist es nicht erforderlich, dieses durch die Verwendung mehrerer Übersetzungsverhältnisse weiter zu vervielfachen.
Von entscheidender Bedeutung ist jedoch die hohe Drehzahlfähigkeit. Da der Elektromotor bis zu 20.000 U/min drehen kann und über den gesamten Bereich ein hohes Drehmoment zur Verfügung steht, ist die Höchstgeschwindigkeit problemlos mit nur einer Übersetzung erreichbar. Die elektronisch begrenzte Höchstgeschwindigkeit eines Elektroautos ist der letzte Grund. Dies liegt nicht nur am fehlenden Getriebe, sondern auch am relativ geringen Energieinhalt der aktuellen Hochspannungsbatterien im Vergleich zu flüssigen Kraftstoffen.
Werfen wir einen Blick auf den BMW i4 eDrive 40, um dies besser zu verstehen – er verfügt über ein maximales Motordrehmoment von 430 Nm von 0-5000 U/min und eine kombinierte Getriebe- und Achsübersetzung von 11,115:1. Das bedeutet, dass das Raddrehmoment 4780 Nm beträgt! Es ist jetzt klar, warum Elektroautos im Allgemeinen die Ampelkönige sind.
Nehmen wir an, die Höchstgeschwindigkeit des Autos beträgt 190 km/h. In der Höchstgeschwindigkeit dreht der Motor mit 16.500 U/min. Bei einer typischen Autobahngeschwindigkeit von 130 km/h dreht der Motor mit etwa 11.300 U/min. Wie Sie in diesem Beispiel sehen können, verfügt der Elektromotor über einen ausreichenden Drehzahlbereich, um alle Anforderungen zu erfüllen, ohne dass ein Getriebe erforderlich ist.
Das Porsche- und Audi-Paradigma
Der Porsche Taycan und der Audi E-Tron GT nutzen beide ein Zweiganggetriebe im Heckmotor. Bevor Sie jetzt sagen: „Hey, Sie haben uns gerade gesagt, dass Getriebe in Elektroautos nicht benötigt werden.“ Idealerweise wünschen wir uns eine kurze Übersetzung bei niedrigen bis mittleren Geschwindigkeiten für eine schnellere Beschleunigung und eine längere Übersetzung bei höheren Geschwindigkeiten, um die Drehzahl des Elektromotors zu reduzieren.
Warum müssen wir die Motordrehzahl bei höheren Geschwindigkeiten reduzieren? Nun, aus zwei Gründen. Erstens verbessern wir durch die Reduzierung der Motordrehzahl seinen Wirkungsgrad (durch weniger Gegen-EMK und Wirbelströme) und erhöhen somit auch die Reichweite des Fahrzeugs. Und der zweite Grund ist die Möglichkeit, höhere Höchstgeschwindigkeiten ohne übermäßige Drehung des Motors zu erreichen.
Das Problem bei der Einführung von Zwei-Gang-Getrieben besteht darin, dass diese technisch schwierig sind, das enorme und sofortige Drehmoment zu bewältigen, das Elektromotoren erzeugen. Dennoch entwickeln einige Hersteller derzeit Zweiganggetriebe für Elektroautos.
Wenn es ihnen gelingt, solche Modelle in großem Maßstab mit solider Zuverlässigkeit und angemessenen Preisen herzustellen, werden sie möglicherweise von mehr Mainstream-Autos eingesetzt, statt nur von Supersportwagen wie dem Porsche Taycan und dem Audi e-Tron GT. Allerdings überwiegen die zusätzliche Komplexität und der hohe Preis die potenziellen Vorteile bei weitem.
