Die Faszination des Drehmoments

Man kann über Elektroautos diskutieren und streiten, ebenso darüber, ob die Speicherung der Energie in einer Batterie sinnvoller ist oder per Wasserstoff oder welcher Autohersteller die Nase weiter vorn hat. Über was man mit keinem Fahrer eines Elektroautos streiten muss: Das irre Drehmoment von Elektroautos, selbst bei den kleinen Modellen.

Wenn es schöne Elektroautos geben sollte, gehören da nicht sehr viele Modelle darunter. Und wenn man einem Elektroauto selbst mit großem Wohlwollen etwas Schönes abgewinnen möchte, ist einer ganz sicher nicht dabei: Der Mahindra REVA i. Ein Auto des indischen Autoherstellers Mahindra, bei dem kaum eine Proportion richtig getroffen wurde.

Fährt man allerdings selbst einem wenig hübschen und schon betagten Mahindra REVA i hinterher, wird man es mit einem herkömmlichen Auto an der Ampel schwer haben, beim Starten mitzuhalten. Das liegt weniger an seinem 13-Kilowatt-Elektromotor, der seinen Strom von sechs Bleibatterien erhält, sondern an seinem Drehmoment von 52 Newtonmetern die das 425 Kilogramm leichte Auto verhältnismäßig flott auf Tempo bringen – wenn auch nur bis maximal 80 km/h.

Was ist das Drehmoment?

Das Drehmoment bezeichnet die notwendige Leistung, die dafür aufgewendet werden muss, um einen Körper zu drehen oder abzubremsen. Für jedes Fahrzeug spielt das Drehmoment vor allem die Rolle, mit welcher Leistung das Fahrzeug beschleunigt werden kann. Umgangssprachlich haben also die Begrifflichkeiten wie „lahme Ente“ oder „spritziges Auto“ vor allem damit zu tun, wie kräftig das Drehmoment das Fahrzeug in einer bestimmten Zeit beschleunigen kann.

Das Drehmoment bei Verbrennungsmotoren

Nun haben wir uns schon daran gewöhnt, dass moderne Autos mit Verbrennungsmotoren eine bestimmte Art der Beschleunigung haben. Nehmen wir zum Beispiel bei einer Limousine wie den Opel Insignia die Motorisierung des 2.0-Liter-Turbomotors, der mit einem Drehmoment von 400 Newtonmetern daherkommt. Das ist eine schöner Wert, von dem man davon ausgeht, dass dieses Auto flott aus dem Stand kommt. Das ist auch richtig – allerdings in einem bestimmten Drehzahlkorridor des Motors, in diesem Fall zwischen 2.000 und 4.000 Umdrehungen pro Minute. Und das dann auch noch pro Gang.

Sprich: Wenn wir so ein Auto an der Ampel anfahren, beginnt die Drehzahl des Motors zunächst unter der Leerlaufdrehzahl. Das merken Sie, wenn Sie vom Leerlauf einkuppeln und das Gaspedal betätigen – der Motor klingt tiefer. Von diesem Tal aus geben Sie Gas, das Fahrzeug beschleunigt und die Motordrehzahl steigt höher. So weit, bis Sie in den nächsthöheren Gang schalten und dann beginnt wieder das Spiel: Sie beschleunigen weiter, die Motordrehzahl steigt wieder weiter an und irgendwann wird in den nächsten Gang geschaltet usw.

Dies ist deshalb so, weil selbst moderne Verbrennungsmotoren das maximale Drehmoment nur in einem bestimmten Drehzahlbereich erreichen können und auch erst in diesem Bereich effizient fahren, also mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.

Das heißt also, dass bei einem Verbrennungsmotor das Drehmoment normalerweise im idealen Drehzahlbereich angegeben wird. Gerade da, wo es spannend ist – nämlich beim Anfahren – hat ein Verbrennungsmotor ohne technische Tricks richtig viel zu tun, verbraucht am meisten Kraftstoff und liefert am wenigsten Leistung.

Das Drehmoment bei Elektromotoren

Elektromotoren werden vornehmlich mit magnetischen Kräften angetrieben. Das funktioniert sehr effizient, bei modernen Elektromotoren (wir reden jetzt nur von den Elektromotoren und nicht dem kompletten Antrieb!) bis zu Wirkungsgraden von über 90 %, bei sehr effizienten Elektromotoren auch über 99 %.

Elektromotoren sind also in der Lage, die eingespeiste Energie fast vollständig in Leistung umzuwandeln – und zwar schon ab den ersten Umdrehungen. Und genau hier spielen Elektrofahrzeuge ihre Asse auch aus. Wenn also der anfangs erwähnte Mahindra REVA i beim Anfahren mit Vollgas nahezu 52 Newtonmeter Drehmoment beschleunigt, fangen Verbrennungsmotoren erst einmal an, ihren Drehmoment aufzubauen.

Nimmt man beispielsweise den VW Up!: Der wiegt mehr als das Doppelte und bringt in der 55-kW-Variante (75 PS) seine 95 Newtonmeter Drehmoment erst im Motorendrehzahlkorridor von 3.000 bis 4.300 Umdrehungen pro Minute. Wird er vom Stand aus beschleunigt, beginnt der Up! zunächst mit 0 Newtonmeter. Das vergleichbare Drehmoment von rund 50 Newtonmeter erreicht er erst bei einer Drehzahl von rund 2.700 Umdrehungen pro Minute. Diese Flanke im Drehmoment, die der Verbrennungsmotor erst einmal hochfahren muss, dauert gut und gern ein bis drei Sekunden (je nach Stärke der Beschleunigung). Ein bis drei Sekunden ineffiziente Schwerstarbeit für den Verbrennungsmotor, die der Elektromotor im Elektroauto vom Stand aus abrufen kann, in einer für den Verbrennungsmotor unerreichbaren Effizienz und das durchgängig bei allen Drehzahlen.

Schwierig wird es für den Elektromotor erst später wieder, nämlich bei den höheren Drehzahlen. Während bei üblichen Verbrennungsmotoren der Drehzahlbereich zwischen 4.000 und 6.000 der effizienteste Bereich ist, liefern Elektromotoren bis etwa 5.000 Umdrehungen pro Minute ihr maximales Drehmoment, danach fällt die Drehmomentleistung langsam ab. Da jedoch Elektromotoren vom Stand aus das volle Drehmoment abrufen können, ist auch keine Getriebeübersetzung notwendig. Wird also der Elektromotor genau auf das Fahrzeug abgestimmt, liefert der Elektromotor bis zu einer gewissen Geschwindigkeit das komplette Drehmoment und das wiederum fällt erst dann ab, wenn das Fahrzeug noch schneller gefahren wird.

Das zeigt sich dann am Verhalten vieler Elektroautos: Sie können schnell beschleunigen, sind aber bei höheren Geschwindigkeiten deutlich langsamer beim Herausbeschleunigen – wenn nicht mit zusätzlichen Tricks gearbeitet wird. Der Opel Ampera beispielsweise löst dieses Problem elegant mit dem Generator, der eigentlich dazu da ist, Strom zu erzeugen, wenn der Benzinmotor anspringt, um im Falle einer leeren Batterie Strom zu erzeugen. Wird nämlich zusätzliche Leistung benötigt, die der normale Elektromotor nicht effizient leisten kann, wird der Generator zugeschaltet, der dann als zusätzlicher Elektromotor am Antriebsstrang mitwirkt.

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