Getriebe

Getriebe vs. Direktantrieb: eine Gegenüberstellung

Traktionsantriebe für On- und Off-Road Fahrzeuge können sowohl mit als auch ohne Getriebe ausgelegt werden, in der Praxis können beide Varianten sinnvoll sein. Folgender Text soll die jeweiligen Vor- und Nachteile veranschaulichen sowie konkrete Anwendungsbeispiele benennen, wann die Verwendung eines Getriebes in einem elektrischen Antriebsstrang vorteilhaft ist, bzw. wann ein Direktantrieb die bessere Wahl ist.

Die Aufgabe von Getrieben

Die Aufgabe von Getrieben besteht darin, die Motorenleistung an die Räder zu übertragen sowie diese zu untersetzen, um mehr Drehmoment und weniger Drehzahl zu erwirken. Im Vergleich zu Elektromotoren haben Verbrennungsmotoren im unteren Drehzahlbereich ein verhältnismäßig niedriges Drehmoment. Ohne ein Getriebe würde daraus z.B. zu wenig Kraftübertragung für das Anfahren, für Beschleunigungen und Steigungen resultieren. Neben dem Bestreben, eine bestmögliche Effizienz mit einem möglichst hohen Anteil im optimalen Drehzahlbereich zu erreichen, ist dies der Grund, weshalb bei Traktionsanwendungen mit Verbrennungsantrieben grundsätzlich Getriebe eingesetzt werden. Das Getriebe, welches den Motor mit dem Antriebsstrang verbindet, passt das Drehmoment an die jeweils abgerufene Lastsituation an. So kann die Motorenleistung effizient eingesetzt werden. An das Drehmoment, welches jedes Fahrzeug für Anfahren und Beschleunigen benötigt, sind auch die Gänge angepasst – so übersetzt das Getriebe im 1. Gang so viel, dass der Motor weder abstirbt noch überdreht. Dabei definiert die Getriebespreizung den Übersetzungsbereich des Getriebes, stellt also das Verhältnis zwischen den jeweiligen Gängen dar.

Weshalb ist es möglich, Elektroantriebe ohne Getriebe zu betreiben?

Der wesentliche Unterschied zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor besteht darin, dass bei einem Elektromotor bereits ab dem Anfahren das volle Drehmoment zur Verfügung steht – nahezu unabhängig von der Drehzahl. Dieser Vorteil des Elektromotors wird durch die von ARADEX entwickelten VECTOPOWER-Umrichter zusätzlich unterstützt. Das bedeutet, dass anders als bei Verbrennungsmotoren, das Getriebe für die Kraftübertragung nicht per se nötig ist. Dennoch kann es sinnvoll sein, auch elektrische Antriebstränge mit einem Getriebe auszustatten.

Getriebe und Direktantrieb

Sowohl die Verwendung eines Getriebes, als auch die Lösung über einen Direktantrieb bringen diverse Vor- und Nachteile mit sich, die im Einzelfall gegeneinander abgewogen werden müssen.

Feldschwächung in Elektroantrieben

Um die sogenannte Getriebespreizung nachzubilden, können sich Elektrofahrzeuge auch die sogenannte Feldschwächung zu Nutze machen. Bei der Feldschwächung handelt es sich um eine Methode, bei der durch Ströme im Stator der magnetische Fluss zwischen Rotor und Stator bewusst geschwächt wird, um so die Momentenkonstante zu verändern. Durch die Feldschwächung werden bei gleicher Klemmenspannung höhere Drehzahlen bei geringeren Drehmomenten ermöglicht. Somit ist die Feldschwächung in ihrer Funktion mit einem schaltbaren Getriebe vergleichbar und erlaubt eine wirtschaftliche Auslegung des Antriebsstrangs mit hohem Anfahrmoment sowie höheren Endgeschwindigkeiten.

Im Folgenden werden aus unseren Projekten exemplarisch drei Fahrzeugkategorien mit möglichen Antriebsauslegungen vorgestellt.