Eine Vielzahl von brennstoffzellenelektrischen Fahrzeugen verfügen über ein Getriebe zwischen elektrischen Antriebsmotor und den Antriebsrädern. Dies erfüllt den Zweck, die Drehzahl und das Drehmoment des Motors gegenüber der Raddrehzahl zu wandeln, um die gewünschten Parameter am Radantrieb abgreifen zu können.
Ein Getriebe in einem elektrischen Antriebsstrang hat mehrere Funktionen:
Drehmomentanpassung: Ein Getriebe ermöglicht es, das Drehmoment, das vom Elektromotor erzeugt wird, an die Räder des Fahrzeugs anzupassen. Je nach Fahrsituation und -bedingungen kann das benötigte Drehmoment variieren.
Drehzahlregelung: elektrische Elektromotoren haben einen eingeschränkten Drehzahl-Bereich, in dem Sie eine überzeugende Effizienz aufweisen. Ein Getriebe und die damit erzeugte Variation des Übersetzungsverhältnisses ermöglicht es, die Drehzahl des Motors auf die benötigte Drehzahl der Räder anzupassen, was die Effizienz verbessert und den Energieverbrauch optimiert.
Antriebskonfigurationen:
Es gibt verschiedene Konfigurationen, wie die Antriebskraft vom Antriebsmotor auf die Räder übertragen werden kann. Dafür ist nicht in jedem Fall eine Übersetzungsänderung zwingend notwendig. Die Antriebsstrangkonfigurationen bieten unterschiedliche Vor- und Nachteile hinsichtlich Leistung, Effizienz, Komplexität und Fahrverhalten. Die Wahl der Konfiguration hängt oft von den spezifischen Anforderungen des Fahrzeugs und den Designprioritäten ab.
Radnabenantriebe:
Bei Radnabenantrieben wird der Elektromotor oder der Antrieb direkt in den Radnaben platziert. Jedes Rad hat einen eigenen unabhängigen Elektromotor. Diese Konfiguration ermöglicht eine präzise Steuerung des Drehmoments und der Geschwindigkeit jedes Rads. Radnabenantriebe bieten eine hohe Flexibilität bei der Gestaltung des Fahrzeugs und können beispielsweise bei Elektrofahrzeugen mit Allradantrieb eingesetzt werden. Nachteile dieser Antriebskonfiguration sind in den hohen ungefederten Massen, Einlenkverhalten, Federungskomfort und höheren Temperaturschwankungen (aufgrund Bremsscheibennähe) zu finden. Zur Anwendung kommen sie bei Spezialanwendungen (Prototypen, Militär) allerdings nicht in seriengefertigte Fahrzeuge (Pkw, Lkw).
Radantriebe (Radnaher Antrieb):
Radantriebe beziehen sich auf Antriebssysteme, bei denen die Antriebskraft über eine Antriebswelle auf die Räder übertragen wird. In der Regel befindet sich der Elektromotor in der Nähe des Räder. Dabei wird dieses direkt oder über eine Übersetzung angetrieben. Vorteilhaft sind dabei das Kurvenverhalten sowie die Möglichkeit, hochdrehende Motoren mit hoher Leistungsdichte zu integrieren.
Achsantriebe (Zentralantrieb):
Bei Achsantrieben befinden sich die Elektromotoren in der Nähe oder auf der Achse des Fahrzeugs und übertragen direkt das Drehmoment auf die Räder. Diese Konfiguration erfordert oft weniger mechanische Komponenten im Vergleich zu Radantrieben und kann das Fahrzeugdesign vereinfachen. Achsantriebe werden oft in Elektrofahrzeugen eingesetzt und können sowohl für den Front- als auch für den Heckantrieb konfiguriert werden. Da die Traktionsmotoren meist hohe Drehzahlen erreichen (Obergrenzen liegen bei 15.000 U/min bis 20.000 U/min), müssen die Getriebe meist ein- oder zweistufig ausgelegt werden. Dies hängt wiederrum vom Anwendungsfall und dem vorliegenden Lastprofil ab, welches das benötigte Anfahrmoment und die maximale Endgeschwindigkeit als Auslegungskriterien mit sich bringt.
Literatur
[1] M. Brand et al., Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, 31. Aufl. (Europa-Fachbuchreihe für Kraftfahrzeugtechnik). Haan-Gruiten: Verlag Europa-Lehrmittel Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 2022.
[2] M. Doppelbauer, Grundlagen der Elektromobilität. Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden, 2020.
[3] A. Kampker und H. H. Heimes, Elektromobilität. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2024.
