Ein Auto fliegen lassen: Die ingenieurtechnischen Geheimnisse und Designüberlegungen hinter dem Tesla Roadster
Im September 2018 sprach Elon Musk im Podcast von Joe Rogan über die nächste Generation des Roadster, die zu diesem Zeitpunkt bereits in Entwicklung war. Er sagte, dieses Fahrzeug solle mit Raketenantrieben ausgestattet werden, ohne Treibstoff zu verbrennen, sondern mit einer Elektropumpe Luft auf 10.000 psi (ca. 69 Megapascal) komprimieren – „du kannst es damit zum Fliegen bringen“.
Bildquelle: HiEV, erstellt anhand eines Screenshots aus dem Podcast von Joe Rogan
Rogan fragte ihn unmittelbar danach, ob das fliegende Auto wirklich Realität werden würde.
Musk fand fliegende Autos zu laut, mit zu starkem Luftstrom – kein Nachbar würde es ertragen, wenn so ein Ding in seinem Hinterhof landet. „Wenn du ein fliegendes Auto willst, setz einfach ein paar Räder an einen Hubschrauber“.
Bildquelle: Offizieller Kanal von Tesla X
Acht Jahre später, am 15. Oktober, auf dem Raketentestgelände von SpaceX in McGregor, Texas, fuhr der neue Roadster eine kurvenreiche Rampe entlang bis er sich kopfüber befand, löste sich dann von der Rampe, drehte sich in der Luft und landete mit allen vier Rädern auf dem Boden.
Tesla hat es tatsächlich geschafft, ein Auto zum Fliegen zu bringen.
Dieses Video wurde in den vergangenen Tagen massenhaft weiterverbreitet. Die gesamte Präsentation dauerte weniger als 30 Minuten, Preise, Markteinführungszeit und Kernparameter wurden nicht erwähnt. Am Tag nach der Präsentation veröffentlichten MotorTrend, Hagerty und Top Gear nacheinander exklusive Interviews, die sie vor der Veranstaltung vor Ort aufgenommen hatten.
Das Team von HiEV hat alle diese Interviews, die Informationen auf der offiziellen Website und die Erläuterungen während der Präsentation durchgearbeitet und festgestellt, dass viele Schlüsselkomponenten des neuen Roadsters aus anderen Produktlinien von Tesla und sogar SpaceX stammen.
Der Antriebsmotor des Heckflügels stammt aus dem Knöchel des humanoiden Roboters Optimus, die Antriebsmotoren der vier saugenden Gebläse am Fahrzeugboden wurden aus den Motoren umgebaut, die im Wärmepumpen-Klimasystem den Kompressor antreiben, der Elektroantrieb stammt aus dem Drei-Motoren-System des Model S Plaid und es kommen speziell angefertigte 4680-Zellen zum Einsatz.
Lars Moravy, Vizepräsident für Fahrzeugtechnik bei Tesla | Bildquelle: Screenshot aus dem Video von Hagerty
Lars Moravy, Vizepräsident für Fahrzeugtechnik bei Tesla, sagte im Interview mit Hagerty: „Tesla baut seit über 20 Jahren Elektroautos und hat alles, was wir dabei gelernt haben, in dieses Fahrzeug eingebaut“.
1. Performance-Version und zwei Stufen von „Augmentationspaketen“
Bildquelle: Screenshot der offiziellen Tesla-Website
Die offizielle Tesla-Website gliedert den neuen Roadster sehr klar. Das Basismodell heißt Performance-Version, die bereits reserviert werden kann – es handelt sich um einen zweisitzigen Supersportwagen mit serienmäßiger aktiver Aerodynamik und einem Multimode-Bodenansaugsystem.
Auf dieser Grundlage listet die Website separat die „Augments Augmentationspakete“ auf, die in die zwei Stufen Thrust und Rocket unterteilt sind.
Bildquelle: HiEV, erstellt nach öffentlich zugänglichen Informationen
Der letzte Satz der Beschreibung der Rocket-Version auf der offiziellen Website lautet: „Also ja, es kann fliegen“, gefolgt von einer kleinen Zeile in Kleinschrift: „Nicht für den Einsatz auf öffentlichen Straßen zugelassen“, und in der Fußnote steht zusätzlich: „Nur bei der Rocket-Version erhältlich, und nicht in allen Regionen angeboten“.
Bildquelle: HiEV, erstellt nach Informationen der offiziellen Tesla-Website
Allerdings ist das Elektroantriebssystem dieser drei Modellversionen identisch.
Alle drei Stufen werden von zwei Motoren an den Hinterrädern angetrieben, die Leistung beträgt über 1 Megawatt, was etwa 1341 PS entspricht, und das Drehmoment liegt bei 1400 Newtonmetern. Die Unterschiede bei den Beschleunigungswerten der drei Stufen in der obigen Tabelle stammen hauptsächlich von den Triebwerken: Alle drei Stufen sind mit Ansauggebläsen ausgestattet, bei Thrust und Rocket werden zusätzlich 4 bzw. 10 Triebwerke montiert.
Darüber hinaus gibt es laut Berichten von Top Gear noch eine niedrigere Standardversion mit einer Leistung von etwa 800 Kilowatt ohne Ansauggebläse, die derzeit aber noch nicht auf der offiziellen Website aufgeführt ist.
Bildquelle: Offizielle Reservierungsseite des Tesla Roadster
Im Vergleich zu dem Konzeptfahrzeug, das 2017 vorgestellt wurde, hat sich die Serienversion des Roadsters stark verändert.
Damals versprach Tesla vollmundig eine Beschleunigung von 0 auf 60 Meilen pro Stunde in 1,9 Sekunden, eine Reichweite von 620 Meilen (ca. 1000 Kilometer), eine 2+2-Sitzanordnung, einen Einstiegspreis von 200.000 US-Dollar und eine Auslieferung im Jahr 2020. Heute liegt die Reichweite der gezeigten Vorserienversion nur noch bei etwas über 300 Meilen (ca. 480 Kilometer), die Sitze wurden von vier auf zwei reduziert (bei der Rocket-Version gibt es nur noch einen Sitz), und die Serienproduktion wurde auf 2028 verschoben.
2. Zwei Motoren, aber stärker als das Drei-Motoren-System des Plaid
Der neue Roadster hat nur Hinterradantrieb. Die Hochleistungsfahrzeuge, die Tesla seit etwa 2014 entwickelt hat, waren fast alle Allradantriebsmodelle. Für die Rückkehr zum Hinterradantrieb nannte Lars Moravy zwei Gründe.
Der erste ist das Fahrerlebnis. Bei einem Fahrzeug mit Hinterradantrieb wird die gesamte Kraft über die Hinterräder übertragen, man hat das Gefühl, von hinten nach vorne geschoben zu werden. Lars sagte im Interview mit Hagerty, dieses Gefühl habe „etwas sehr Instinktives und Emotionales“.
Der zweite Grund ist noch wichtiger. Der Allradantrieb dient dazu, mehr Kraft auf den Boden zu übertragen. Der neue Roadster geht einen anderen Weg: Er drückt das Fahrzeug mit Ansauggebläsen und aerodynamischem Abtrieb auf den Boden. Bei ausreichender Haftung kann die gesamte Kraft auf die Hinterräder übertragen werden und trotzdem maximale Beschleunigungswerte erzielt werden.
Bildquelle: MotorTrend
Die beiden Motoren an der Hinterachse haben jeweils eine Leistung von etwa 500 Kilowatt. MotorTrend erwähnt, dass dieser Elektroantrieb aus dem Drei-Motoren-System des Plaid weiterentwickelt wurde. Mit einem Motor weniger ist er kleiner, leichter und hat mehr Leistung. Und laut Lars liegt das Gesamtdrehmoment und die Gesamtleistung der beiden Motoren höher als die der drei Motoren des Plaid zusammen. Der Rotor übernimmt die Kohlenstoffhülle des Plaid, dem Material wurde Kobalt hinzugefügt. Nach seiner Beschreibung wurde die Leistungsdichte auf fast das Dreifache des ursprünglichen Werts gesteigert.
Die Antriebsstruktur wurde ebenfalls vereinfacht. Jeder Motor treibt ein Rad direkt über ein Planetengetriebe mit einer Untersetzung von 8,4 an, es gibt kein Differenzial, die Räder links und rechts werden unabhängig gesteuert. Zwei Wechselrichter steuern jeweils einen Motor und dienen gegenseitig als Redundanz.
3. Der für die Rennstrecke neu gestaltete 4680-Akku
Bildquelle: MotorTrend
Das Batteriepaket des neuen Roadsters liegt weiterhin unter dem Fahrzeugboden, die Zellen sind eine kundenspezifische Version des 4680-Typs, und die Materialrezeptur im Inneren der Zellen wurde eigens für dieses Fahrzeug angepasst. Lars erklärte, der Zweck der Anpassung sei es, dass die Batterie eine höhere Leistung abgeben kann. Die Zellen werden auf einer Pilotproduktionslinie in Kalifornien hergestellt. Im Vergleich zur Standardversion des 4680 wurden drei Änderungen vorgenommen.
Erstens wurde das Gehäuse der Zelle von Stahl auf Aluminium umgestellt, es ist leichter und hat eine bessere Wärmeleitfähigkeit.
Zweitens die Kühlmethode. Die herkömmliche Vorgehensweise besteht darin, ein Kühlrohr zwischen zwei Reihen von Zellen zu legen, das Kühlmittel durchläuft eine U-förmige Schleife. Beim neuen Roadster wird auf jeder Seite einer Zellenreihe ein Kühlrohr angeordnet, das Kühlmittel fließt von einer Seite ein und von der anderen Seite aus, es durchläuft den Bereich nur einmal.
Lars erläuterte, dass dies dazu dient, dass die Leistung der Batterie während des gesamten Nutzungszyklus stabil bleibt. Das Ziel ist, 25 bis 30 Minuten lang Rennstreckenbetrieb ohne Leistungsbegrenzung zu ermöglichen.
Drittens wurde die obere Abdeckung des Batteriepakets von einer Stahlplatte auf eine Titanplatte umgestellt, die bei gleicher Wärmeschutzwirkung dünner und leichter ist.
Allerdings sind die Kapazitätsspezifikationen der Batterie noch nicht festgelegt.
Bildquelle: MotorTrend
Franz von Holzhausen, Chefdesigner von Tesla, erwähnte im Interview 115 Kilowattstunden, während Lars in einem anderen Interview verriet: „Es liegt bei etwa 100 Kilowattstunden, die Rezeptur der Zellen wird gerade endgültig festgelegt“.
Beim Schnellladen sagte Lars, dass diese Batterie eine Ladeleistung von über 500 Kilowatt unterstützt. Das Ziel ist, von 10 % auf 80 % in etwa 10 Minuten aufzuladen, „auf jeden Fall innerhalb von 15 Minuten“.
