Dr. Gerhard Maas ist Bereichsleiter Development Powertrain bei der IAV.
Dr. Burghard Voß verantwortet als Fachbereichsleiter die Getriebe- und Hybrident- wicklung. Aus Sicht dieser beiden Fachleute bleiben intelligente Getriebe ein Herz- stück künftiger Fahrzeugkonzepte. Neue Antriebskonzepte stellen aber hohe Anforderungen an die Entwickler.

Getriebe gibt es schon seit vielen Jahrzehnten – sind hier überhaupt noch grundlegende Innovationen möglich?

Dr. Maas: Es stimmt, dass Getriebe ein sehr altes Thema im Automobilbau sind. Aber eben auch ein sehr wichtiges: Egal, wie der Antriebsstrang aussieht – Sie brauchen immer ein Getriebe. Das gilt gleichermaßen für Fahrzeuge mit Otto-, Diesel- und Elektromotor sowie bei den Hybridantrieben. Getriebe sind in allen Fällen das Herzstück des Antriebsstranges. Außerdem haben sich im Laufe der Zeit die Anforderungen stark verändert: Während die Fahrzeuge in der Vergangenheit meist Handschalt- oder Automatikgetriebe mit vier Gängen hatten, kommen heute Handschalt getriebe mit bis zu sechs Gängen zum Einsatz.

Dr. Voß: Bei den Automaten sind es gar bis zu acht Gänge und selbst das scheint noch nicht das Ende der Entwicklung zu sein. Auch die stufenlosen Getriebe, die zwar in der Lage sind, den Verbrennungsmotor weitgehend im günstigsten Kennfeldbereich zu betreiben, aber immer den Makel des schlechten Wirkungsgrades inne hatten, werden weiterentwickelt und sind für bestimmte Anwendungen die richtige Wahl. Und neue Technologien wie Elektro- und Hybridfahrzeuge erfordern völlig neue Getriebekonzepte. Die Entwicklung in diesem Bereich ist also noch lange nicht an ihrem Ende angekommen.

Kraftstoffverbrauch und CO₂-Emissionen sind ein wichtiges Thema in der Automobilentwicklung. Welchen Beitrag können  moderne Getriebe hier leisten?

Dr. Maas: Der Trend hin zu immer mehr Gängen hat tatsächlich zu einer Steigerung der Effizienz geführt. Ein modernes Doppelkupplungsgetriebe mit sechs oder sieben Gängen kann den Kraftstoffverbrauch im Vergleich zur Handschaltung um ungefähr drei Prozent verringern. Weitere Potenziale werden sich aber weniger über die Steigerung der Gangzahl als vielmehr über die effizientere Struktur dieser Getriebe erschließen, z. B. über die Reduzierung der Schaltelemente.

Dr. Voß: Letztlich ist es aber die intelligente Verknüpfung aller am Antrieb beteiligten Aggregate, die die Effizienz zukünftiger Antriebe ausmacht. Das leistet die elektronische Steuerung, die ereignisgesteuert zu jeder Zeit das Getriebe in den Gang schaltet, der dem Fahrerwunsch entsprechend das richtige Moment zur Verfügung stellt und dabei den Verbrennungsmotor im günstigsten, weil verbrauchs- und emissionsärmsten Kennfeldbereich, betreibt. Für die Automobilhersteller ist das außerordentlich wichtig, weil sich auf diese Weise der Flottenverbrauch und damit verbunden auch die Kohlen - dioxidemissionen senken lassen.

Ist es bei sechs oder mehr Gängen überhaupt noch sinnvoll, von Hand zu schalten?

Dr. Maas: Die Handschaltung stößt bei sechs Gängen an ihre Grenzen, denn um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, muss im exakt richtigen Moment geschaltet werden. Das kann die moderne  Elektronik wesentlich besser als der Mensch. Dennoch wird das manuelle Schaltgetriebe nicht komplett vom Markt verschwinden – es ist eben deutlich kostengünstiger als die Automatikvariante. Allerdings kann die Fahrzeug- elektronik den Fahrer beim Schalten unterstützen und ihm anzeigen, wann er den Gang wechseln sollte.

Dr. Voß: Auch intelligente Kupplungssteller können nicht nur den ungeübten Fahrer entlasten. Zu diesem Thema läuft bei uns derzeit eine Entwicklung mit dem Arbeitstitel "Das Nicken des Beifahrers bedeutet nicht immer Zustimmung".

Welche Anforderungen stellen Hybridantriebe an das Getriebe?

Dr. Maas: Sie können komplexer sein als bei Antriebssträngen, die nur einen Verbrennungsmotor enthalten. Dies  hängt von der Art des Hybridantriebs ab. Es kommt immer darauf an, die Drehmomente von Elektro- und Verbrennungsmotor intelligent zu koppeln. Eine Möglichkeit ist beispielsweise, den Elektromotor direkt ins Getriebe zu integrieren. Bei der IAV haben wir eine innovative Lösung mit acht Gängen entwickelt, die leicht, kompakt und preiswert ist. Dabei haben uns Simulationen sehr geholfen: Wir haben die Bauteile so kombiniert, dass wir mit weniger Komponenten mehr erreichen konnten.

Manche Experten glauben, dass die Getriebe für Elektromotoren einfacher sein werden. Was denken Sie?

Dr. Voß: Das ist ganz sicher so, denn der Elektromotor hat im Vergleich zum Verbrennungsmotor eine günstigere Lieferkennung. So kann auf ein Anfahrelement verzichtet werden, da Moment ab Drehzahl null ausreichend vorhanden ist, und auch der Bereich günstiger Wirkungsgrade erstreckt sich über einen weitaus größeren Betriebsbereich. Dies, gepaart mit dem im Vergleich zum konventionellen Fahrzeug eingeschränkten Geschwindig keitsbereich, erfordert – wenn überhaupt – Getriebe mit einer oder maximal zwei Gangstufen. Diese Getriebe müssen dann allerdings so konstruiert sein, dass sie in kleine Fahrzeuge passen, wo naturgemäß wenig Platz ist. Da das aber voraussichtlich das wichtigste Segment für Elektroantriebe sein wird, brauchen wir auf jeden Fall kompakte Einheiten. Aus der Sicht der Getriebeentwicklung sehen wir die Euphorie, die derzeit mit den Elektro fahrzeugen verbunden ist, jedoch gelassen. Bedingt durch die batteriebedingten Kosten-, Reichweiten- und Performance- nachteile der Elektrofahrzeuge werden sie noch auf lange Zeit nur eine Nischenlösung sein.

Sie haben bereits die Bedeutung von Simulationen für die Getriebeentwicklung angesprochen. Welche Stärken hat die IAV in diesem Bereich?

Dr. Maas: Eine unserer Stär ken ist es, dass wir den gesamten Antriebsstrang simulieren können. So lässt sich unter an derem die optimale Abstufung des Getriebes schon frühzeitig festlegen: Wie viele Gänge sind nötig? Welche Abstufungen sind optimal? Das ist besonders wichtig, weil die Anzahl der Gänge in Zukunft eher zu nehmen als abnehmen wird. Und all das muss auch noch in den begrenzten Bauraum integriert werden. Aber moderne Getriebe helfen eben auch dabei, Kraftstoff einzuspa- ren. Darum arbeitet die IAV seit mehr als zehn Jahren im Bereich der Simulation und Steuerungsentwicklung und seit nunmehr drei Jahren auch intensiv an neuen Hardwarekon zepten, die viele Stufen bieten und dabei zugleich kompakt
sowie für Hybridfahrzeuge geeignet sind.