Automatik Neues aus der Schaltzentrale
Acht, zuletzt sogar neun Gänge: Bei den Schaltstufen im Automatikgetriebe von Autos gab es zuletzt nur einen Trend: Mehr ist mehr. Doch im Zuge der Elektrifizierung des Antriebsstrangs wird sich die Entwicklung umkehren.
Früher hatten Automatikgetriebe im Auto drei oder maximal vier Gänge. Heute gibt es schon Neungang-Automaten, etwa bei Mercedes. Und VW plant ein Direktschaltgetriebe mit zehn Gängen. Folgen bald zwölf oder mehr?
Am häufigsten lassen sich in Deutschland die Wandlerautomatik (Stufenautomatik) und das Doppelkupplungsgetriebe (DKG) finden. Die Wandlerautomatik ist die klassische Automatik, das DKG eine Variante, die vor einigen Jahren erstmals in Autos verbaut wurde. Die Stufenautomatik ist laut Stephan Rinderknecht, Professor am Institut für Mechatronische Systeme im Maschinenbau an der TU Darmstadt, ein hydraulisches System mit Drehmomentwandler. Der Wandler dient als "separates Anfahrelement". Das heißt, er sorgt dafür, dass das Drehmoment auch bei unterschiedlichen Drehzahlen übertragen wird und dass die Motorkraft in jeder Lage auch auf der Straße ankommt. Es ist recht aufwendig und teuer: "Eine Wandlerautomatik kostet, als Faustregel, rund den doppelten Aufpreis wie ein DKG", sagt Helmut Klein vom ADAC.
Das Doppelkupplungsgetriebe ist im Prinzip ein weiterentwickeltes Schaltgetriebe - mit allen Vor- und Nachteilen. Während man noch in dem einen Gang fährt, wird der nächste schon voreingelegt, und dann wird nur noch überblendet. Die Folge ist, dass das Auto fast ohne Zugkraftunterbrechung vorankommt. Laut Rinderknecht nutzt es die beiden zentralen Kupplungen gleichsam zum Schalten und Anfahren. Klein fügt hinzu: "Es ist die ideale Kombination aus Komfort und geringem Gewicht." Lediglich beim Anfahren gibt es leichte Komforteinbußen gegenüber der Wandlerautomatik. Aber laut ADAC ist das DKG sparsamer: "Bei gleicher Motorisierung kann der Unterschied 0,5 bis 1,0 Liter ausmachen", sagt Klein.
Daneben gibt es noch das automatisierte Schaltgetriebe und die stufenlose Automatik (CVT). Bei ersterem erfolgt die Automatisierung durch kleine Elektromotoren, die dem Fahrer die Kupplungsarbeit abnehmen, und ein Schaltprogramm. Weil sehr kostengünstig, arbeitet es oft in Kleinwagen - mit Komforteinbußen. Denn es steht nur eine Kupplung zur Verfügung und damit nicht die Möglichkeit, das Drehmoment von einer Kupplung auf die andere zu überblenden. Der Gangwechsel erfolgt mit einem deutlichen Ruck. Mittlerweile sind automatisierte Schalter auf dem Rückzug. Denn das DKG ist günstiger geworden. Smart verbaut es in der aktuellen Generation. Laut Rinderknecht wird die Entwicklung das ganze Segment erfassen.
Beim CVT ist die Verbreitung regional unterschiedlich. "Lediglich in Japan hat sich das CVT mit akzeptablen Produktionsvolumen etabliert", sagt Jürgen Greiner, Leiter Entwicklung Pkw-Getriebe bei ZF Friedrichshafen. Schuld ist wohl vor allem auch der sogenannte Gummibandeffekt. Wenn man aufs Gas drückt, dreht der Motor erst einmal hoch, erst zeitverzögert wird das Auto schneller. "Das Losfahren fühlt sich an, als entspanne sich ein Gummiband", sagt Rinderknecht. Außerdem ist das CVT laut Greiner am teuersten. Dass es trotzdem weiterhin gebaut wird, liege am mittlerweile niedrigen Verbrauch. "Es lebt davon, dass der Motor immer im effizientesten Bereich betrieben werden kann", sagt Rinderknecht. Und vom maximalen Komfort: "Es bietet im Prinzip unendlich viele Gänge. Nach dem Anfahrvorgang gibt es beim Verstellen der Übersetzungen einen übergangslosen ruckfreien Betrieb."
Was die Autobranche allgemein umtreibt, schlägt sich auch im Getriebebau nieder: die Elektrifizierung. In Hybrid-Autos springt ein Elektromotor dem Verbrenner zur Seite, dadurch ist dieser weniger gefragt, es muss nicht so oft geschaltet werden. Durch den E-Motor ergebe sich für den Verbrenner ein günstigerer Betriebspunkt, sagt Rinderknecht. So sind weniger Schaltstufen notwendig, und der Spritverbrauch sinkt. "Im Zuge der Elektrifizierung werden wir weniger Gänge sehen", sagt der Fachmann. So kombinieren etwa Audi und VW bei ihren Plug-in-Hybriden nur noch sechs Gänge.
"Der Elektromotor kann viele Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors übernehmen", sagt Greiner. Daher scheinen konventionelle Stufenautomatgetriebe mit acht, neun oder gar zehn Gängen für den teilelektrischen Antriebsstrang überdimensioniert. "Die Anzahl der Gänge wird hier auf vier, fünf oder sechs zurückgehen." Mechanische Bauteile im Getriebe könne man im Zuge der Elektrifizierung zum Beispiel auch einsparen, wenn Rückwärtsfahren nur durch Umpolen der Spannung rein elektrisch funktioniert.
Aber auch bei den Verbrennern spricht einiges dagegen, dass es mehr als zehn Stufen geben wird. "Im Bereich von acht bis neun Gängen sind Aufwand und Ergebnis in einem sehr guten Gleichgewicht", sagt Greiner. Es komme bei der Getriebeentwicklung nicht darauf an, wie viele Gänge es sind, "sondern wie groß die Spreizung ist und wie fahrbar das dann ist".
Je weiter die Spreizung der Übersetzungen, desto eher kann ein Fahrzeug bei niedriger Drehzahl schnell fahren. Die Folge: Der Verbrauch sinkt. Bisher optimierte eine Verfeinerung bei den Schaltvorgängen den Spritverbrauch. Doch das Ende bei den Gangzahlen scheint erreicht: "Eine Gang-spreizung deutlich über der unserer aktuellen Getriebe wäre eher kontraproduktiv", sagt Greiner. Weitere Gangstufen würden nur noch minimale Vorzüge bringen - etwa beim Verbrauch. Sie "wären aber durch mehr Gewicht und mehr Verlustleistung zu erkaufen".
Bei reinen Elektroautos besteht dieses Problem übrigens nicht: Sie benötigen kein Getriebe, weil sie ihr maximales Drehmoment schon zu Fahrtbeginn abgeben können.
