Die neue Technik schaltet in zwei Stufen

Warum Getriebe bei Elektroautos anders sind

Das Getriebe bei einem Elektroauto ist ein spezielles Thema. Bislang verfügen E-Motoren über stufenlose Automatikgetriebe, die ohne Schaltvorgänge auskommen. Doch um die Effizienz zu steigern, entwickeln die Hersteller neue Lösungen. Sie sollen besser auf die hohen Leistungen der Motoren abgestimmt sein. Bei der Verteilung der Kraft und der Reaktion auf wechselnde Verhältnisse spielen elektronische Regelsysteme eine wichtige Rolle.

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  • Veröffentlicht am 09/04/2019, 12:00 AM
  • Aktualisiert am 10/24/2019, 12:07 PM
Fahrzeuge wie das Tesla Model S  haben einen Allradantrieb, also einen Elektromotor an jeder Achse.
Quelle: Jakob Ratz/picture alliance/Pacific Press Agency Fahrzeuge wie das Tesla Model S haben einen Allradantrieb, also einen Elektromotor an jeder Achse

Elektrofahrzeuge bescheren uns ein ziemlich neues Fahrerlebnis. Das liegt einerseits daran, dass sie leise sind. Zum anderen sind elektrische Antriebe je nach Ausführung recht kraftvoll. Sie liefern in jeder Fahrsituation maximales Drehmoment. Darüber hinaus nehmen sie dem Fahrer Arbeit ab: Er muss nicht schalten, weil die Übersetzung stufenlos erfolgt. Ruckeln oder Verzögerungen bei Schaltvorgängen gehören damit ebenfalls der Vergangenheit an. Die unterbrechungsfreie Drehmomentleistung verleiht Elektrofahrzeugen außerdem einen hohen Wirkungsgrad.

Weniger Mechanik, weniger Verschleiß

Im Vergleich zum Verbrenner ist die Mechanik eines E-Motors deutlich weniger komplex. Das liegt unter anderem daran, dass er ohne klassisches Schaltgetriebe und damit ohne wechselnde Übersetzungen auskommt. Auch Verschleiß und Serviceaufwand verringern sich bei steigender Lebenserwartung.
Ein weiterer Vorteil von elektrisch angetriebenen Autos ist, dass die Motoren dank ihrer kompakten Bauweise individuell verbaut werden können. Das zeigt sich auch an vielen Hybridmodellen: Neben Frontmotor und -antrieb haben sie für den Heckantrieb zusätzlich einen oder mehrere Elektromotoren an der Hinterachse. Das Gleiche gilt für reine Elektroautos, bei denen die Energie individuell über verschiedene E-Aggregate an die Räder verteilt wird.

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Quelle: Nancy Kaszerman/picture alliance/ZUMA Press Spezielle Getriebe, wie das Verteilgetriebe vom Jaguar I-Pace, werden vermehrt für E-Autos produziert

Separat gesteuerter Allradantrieb

Ohne zentrales Getriebe können die Motoren bei Elektrofahrzeugen flexibler eingesetzt und den dynamischen Anforderungen angepasst werden. Nicht selten sind Elektromotoren an beiden Achsen oder sogar an allen vier Rädern montiert. So hat der Tesla Model S serienmäßig einen Allradantrieb. Die Energie wird nicht wie bei Verbrennungsmotoren mithilfe komplexer Mechanik vom Motor über das Getriebe an die Achsen übertragen. Stattdessen verfügt der Tesla an jeder Achse über einen Elektromotor, bei dem das Drehmoment separat gesteuert wird.
Ähnlich ist es beim neuen Audi e-tron, einem Oberklasse-SUV mit Elektroantrieb: Hier funktioniert der Quattro-Antrieb mit jeweils einem Elektromotor an Vorder- und Hinterachse. Der e-tron hat ein speziell für Elektroautos neu entwickeltes Getriebe von Schaeffler, das sowohl in achsparalleler als auch in koaxialer Bauweise verbaut ist. Während die koaxiale Variante die Hinterräder antreibt, ist die achsparallele Version für den Allradantrieb zuständig.
Ein weiterer Vorteil bei Elektrofahrzeugen ist, dass die Kraftübertragung schneller reagieren kann. Der Antrieb wird von einem Allradregler gesteuert. Dieser kann dank der rein elektronischen Verarbeitung und Übertragung auf die jeweiligen Motoren an Vorder- und Hinterachse viel schneller reagieren als bei einem konventionellen Allradantrieb mit Verbrennungsmotor, Kupplung und Getriebe.
So soll es bei Audi lediglich 30 Millisekunden dauern, bis der Antrieb auf veränderte Situationen reagiert und etwa für dezente Bremseingriffe beim Untersteuern oder zusätzliche Kraft für die kurvenäußeren Räder sorgt. Auch das Zuschalten einer zweiten Antriebsachse dauert nur Millisekunden. Dafür sind beim Audi viele elektronische Sensoren und Steuergeräte im Einsatz, die viel detaillierter arbeiten, als man es von konventionellen Antrieben her kennt.

Plug-in-Hybride wie der Audi A3 e-Tron nutzen ein herkömmliches Getriebe aus dem Verbrenner-Antriebsstrang. 
Quelle: Oleksiy Maksymenko/picture alliance/imageBROKER Plug-in-Hybride wie der Audi A3 e-Tron nutzen ein herkömmliches Getriebe aus dem Verbrenner-Antriebsstrang.

Neue Getriebe speziell für Elektroautos

Während der Audi e-tron ebenso wie die Modelle von Tesla mit einem einstufigen Getriebe ausgerüstet ist, arbeiten Zulieferer und Getriebespezialisten bereits an speziellen Entwicklungen für Elektroautos.
Der Jaguar I-Pace, ein SUV mit Elektroantrieb, hat ein Verteilgetriebe, das das Drehmoment elektronisch steuert und jedem Rad so viel Kraft zuordnet, wie es der jeweiligen Fahrsituation entspricht. Diese Art der Steuerung arbeitet deutlich effizienter als ein mechanisches Differenzial.
Wie der deutsche Getriebespezialist Schaeffler hat auch der Hersteller Kreisel Electric in Freistadt in Oberösterreich ein Zweiganggetriebe speziell für Elektroautos entwickelt. Zu den wichtigsten Vorgaben bei der Entwicklung gehört viel Leistung bei wenig Gewicht. Das Unternehmen ist für innovative Antriebslösungen in der Elektromobilität bekannt und elektrisierte unter anderem für Arnold Schwarzenegger ein G-Modell von Mercedes-Benz.
Die Neuentwicklung soll speziell bei sportlichen Elektroautos zum Einsatz kommen. Kreisel will dafür medienwirksam einen elektrischen Supersportwagen auf Basis eines historischen Sportwagens bauen. Die Eigenkonzeption war notwendig, weil es keine verfügbaren Standardprodukte gab. Das neue Automatikgetriebe ist auf hohe Leistungsbereiche ausgelegt und soll mit einer ebenfalls neu entwickelten, besonders leichten Batterie zusammenarbeiten. Es soll Gangwechsel innerhalb einer Viertelsekunde absolvieren. Dafür bekommt es eine elektrische Schmierölpumpe mit integriertem Ölreservoir, die sich bei Bedarf zuschaltet.
Ein integriertes Sperrdifferenzial überträgt die Energie selbst bei rutschigen Straßenverhältnissen unterbrechungsfrei. Ein modulares Interface lässt eine breite Anwendungsvielfalt von Motoren- und Getriebe-Anordnungen zu. Bis zu 600 kW Leistung und 900 Nm Drehmoment sollen so schadlos verarbeitet werden können. Der aktuelle Prototyp, Nachbau eines historischen Porsche-Rennwagens, hat bei 1.100 Kilogramm Gewicht einen 490 PS starken Elektromotor.



Viel Elektronik für flexible Einsatzmöglichkeiten 

Die neuen Getriebe sollen mehr Flexibilität und Variabilität bieten. Sie nutzen eine Vielzahl von Sensoren, die sämtliche Leistungsdaten in Echtzeit an eine zentrale Steuerungseinheit übertragen. Auf Basis der modular angeordneten Antriebsstränge können Motoren individuell konfiguriert und eingesetzt werden. Eine oder beide Achsen werden angetrieben; pro Achse können ein oder zwei Motoren arbeiten. Das ermöglicht flexible Lösungen, besonders wenn viel Drehmoment gebraucht wird. Das neue Getriebe von Kreisel soll zum Beispiel nicht nur besondere Projekte wie den Supersportwagen antreiben, sondern auch Nutzfahrzeuge wie etwa Kleintransporter mit bis zu 3,5 Tonnen Gesamtgewicht oder Lkw und Busse mit bis zu 15 Tonnen.
Auch der Automobilzulieferer GKN Driveline hat ein Zweiganggetriebe speziell für Elektroautos entwickelt, das einen breiteren Bereich von Antriebsleistungen verarbeiten kann. Es wurde zunächst in einem elektrisch umgerüsteten Jeep Renegade verbaut und soll nicht nur bessere Beschleunigungswerte und höhere Endgeschwindigkeiten ermöglichen, sondern auch höhere Reichweiten. Der Jeep fährt mit einem 120 kW starken Elektromotor. Ähnlich wie bei einem Doppelkupplungsgetriebe wechseln die Gänge im Kraftschluss. Weitere Vorteile dieses Getriebes sollen geringere Energieverluste dank koaxialer Bauart sowie das sogenannte Torque Vectoring sein. Dabei wird das Drehmoment auf einzelne Räder verteilt, was ein besseres und präziseres Fahrverhalten in Kurven ermöglicht und das typische Untersteuern unterbindet.
Die neuen Entwicklungen im Getriebebereich machen Elektroautos effizienter. Die wachsenden Leistungen der Motoren können besser verarbeitet werden. Eine Veränderung, an die sich Traditionalisten schon heute gewöhnen müssen, betrifft die gute alte Handschaltung klassischer Autos. Auch bei Elektroautos künftiger Generationen dürfte sie nicht zurückkehren.

Stufenlos oder Zweigang? Die jeweiligen Vorteile

Stufenloses Getriebe2-Gang-Automatik
keine Schaltvorgängemehr Leistung und Effizienz als stufenloses Getriebe
permanent verfügbares Drehmomentbessere Kraftübertragung bei Hochleistungsmotoren
hoher Fahrkomforthöhere Reichweiten