Das Elektroauto_Juli by lonyoo

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									Klaus-Dieter Moser - Techniklexikon vom 14.07.2008
Kategorie: Technische Grundlagen
Thema: Das Elektroauto



Autotechnik - Verständlich erklärt (Juli 2008)
Das Elektroauto

Klaus-Dieter Moser erklärt Ihnen im Techniklexikon die technischen Grundlagen und die
Funktionsweise des Elektroautos - wie immer verständlich auf den Punkt gebracht.

Ein Blick auf die Preistafeln der Tankstellen in den vergangenen Wochen reicht aus um
festzustellen, dass die Ära der Mobilität mittels Verbrennungskraftmaschinen allmählich dem
Ende zugeht. Unabhängig von politischen Einflüssen oder Börsenspekulationen, die
sicherlich den Rohölpreis teilweise unangemessen in die Höhe treiben, lässt sich nicht mehr
leugnen, dass die Energiequelle Erdöl langsam versiegt.

Die derzeitige Preisexplosion wird sicherlich durch die weiterhin gestiegene Nachfrage durch
„neue“ Industrieländer beschleunigt. Experten gehen davon aus, dass im September 2006
das Fördermaximum von Erdöl erreicht war. Somit ist auf dem Weltmarkt ein Gleichgewicht
zwischen Fördermenge und Verbrauch nur noch über einen weiteren Preisanstieg zu
realisieren.

Aufgrund des stetig ansteigenden Preises von Erdöl und des rasch voranschreitenden
Klimawandels setzen die Fahrzeughersteller vermehrt auf alternative Antriebssysteme.

Neben den schon in Serie gefertigten Hybridfahrzeugen erhält der reine Elektroantrieb immer
mehr Aufmerksamkeit. Sicherlich ist die Antriebsvariante mittels Akku und Elektromotor
keine neue Erfindung, aber durch die Energiepreissteigerung und die neueren Techniken ist
es eine vernünftige und wirtschaftliche Alternative zu den konventionellen Antriebstechniken.

Da bei mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugen derzeit noch kein vertretbarer Wirkungsgrad
erreicht wird und das sehr schadstoffarme Biodiesel nur mit hohem Aufwand erzeugt werden
kann, ist Strom, gewonnen aus Sonnen-, Wind- und Wasserenergie, eine wirtschaftliche und
umweltverträgliche Lösungsvariante.

Sonnenenergie könnte in der Sahara oder in Südeuropäischen Ländern gewonnen und über
spezielle Hochspannungsleitungen für ganz Europa zugänglich gemacht werden.
Windenergie und Energie aus der Wasserbewegung des Meeres wären ebenfalls zusätzliche
Quellen.

Um nun die sicherlich auch weiterhin notwendige Mobilität zu gewährleisten kann diese
Energie mit der heutigen Technik in Elektroautos am effizientesten eingesetzt werden.




                                                         Tesla Roadster
                  Smart fortwo ev


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Betrachtet man das Antriebskonzept „Elektroauto“ etwas näher, so ist es nicht mehr
verwunderlich, dass dieses System älter ist als das mittels Verbrennungsmotor angetriebene
Fahrzeug. Die Verbrennungskraftmaschinen hatten anfangs enorme technische Probleme
und waren alles andere als zuverlässig. Schon 1839 baute Robert Anderson in Schottland
ein Elektroauto.

Porsche, Hansa-lloyd, Siemens und weitere Pioniere des Automobils bauten um 1900
Elektroautos. Leider waren die damals zur Verfügung stehenden Batterien/Akkus viel zu
schwer und hatten nur eine sehr geringe Kapazität, was zu enormen Ladezeiten und sehr
geringen Reichweiten der Elektrofahrzeuge führte und dem Verbrennungsmotor seinen
historischen Einzug ebnete.

Die Vorteile des Elektromotors konnten jedoch bei schienengebunden Fahrzeugen durch die
Stromzufuhr mittels Oberleitung genutzt werden und haben sich bis heute durchgesetzt.

Parallel zu den Benzin- und Dieselfahrzeugen wurden in Randbereichen die
Elektrofahrzeuge weiterentwickelt und eingesetzt. Vom Golfwagen bis hin zum Elektro-
Lastkraftwagen im Bergbau fanden verschiedene Konzepte ihren Einsatzzweck. Allerdings
wurden nur geringe Mittel in die Weiterentwicklung investiert und somit nur wenig Fortschritt
erzielt. Erst in den Zeiten der Ölkrisen (1970 und 1990) erinnerte sich die Automobilindustrie
an die Elektroautos und begann serienreife Fahrzeuge zu entwickeln.

General Motors baute den EV1 (130 km/h, 140 PS, Reichweite 180 km, Bauzeit: 1996-1999).
Volkswagen den Golf CitySTROMer (Bauzeit: 1992-1996). Auch andere namhafte Hersteller
bauten vergleichbare Fahrzeuge, stellten die Produktion aber wegen mangelnder Nachfrage
wieder ein.

Das bekannteste Elektroauto unserer Zeit ist sicherlich der Tesla Roadster. Die Firma Tesla
Motors baute dieses Serienfahrzeug 2006. Es wird seit dem 17.03.2008 in einer Kleinserie
produziert.


Technische Daten Tesla Roadster:

Höchstgeschwindigkeit:               201 km/h
Leistung:                            185 KW (250 PS)
Beschleunigung:                      4 sek. von 0 auf 100 km/h
Reichweite:                          380 km
Ladezeit:                            3,5 Stunden
Akkus:                               über 6000 handelsübliche Handy/Laptopakkus

Dieses Fahrzeug zeigt, das schon heute ein Serienfahrzeug realisierbar ist, das alle
Anforderungen, selbst von Pendlern, mehr als zufriedenstellend erfüllt.


Neben vielen kleineren Produktionsstätten, die so genannte „leichte“ Elektrofahrzeuge
produzieren, sind nun die namhaften Automobilhersteller wieder in die Entwicklung und
Produktion von Elektroautos eingestiegen. DaimlerChrysler präsentierte 2006 den Smart
fortwo ev (electric vehicle), der vorerst in einer Losgröße von 100 Einheiten produziert wird
und als Feldversuch in der Londoner Innenstadt eingesetzt wird.


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Technische Daten Smart fortwo ev

Höchstgeschwindigkeit:               120 km/h
Leistung:                            30 KW (41 PS)
Beschleunigung:                      vergleichbar mit der Benzinvariante
Reichweite:                          110 km
Ladezeit:                            8 Stunden
Akkus:                               Li-Ionen


Volvo, Volkswagen, Peugeot, Renault, Nissan und andere Hersteller haben schon für 2009
bzw. für 2010 die Serienfertigung von umweltfreundlichen Elektroautos angekündigt. Die
Zusammenarbeit der Fahrzeughersteller mit NEC und Sony soll weitere Erfolge in der
Effizienz der Batterien/Akkus herbeiführen.


Die Technik:

Der Elektroantrieb ist dem Antrieb mittels Verbrennungsmotor in vielen Eigenschaften
überlegen.

Der Elektromotor hat ein gleichbleibendes Drehmoment über den gesamten
Drehzahlbereich. Somit lassen sich Getriebe und Drehmomentwandler stark reduzieren bzw.
sind nicht mehr notwendig.

Auch zum Rückwärtsfahren wird kein Getriebe benötigt.

Elektromotoren laufen selbstständig an und benötigen weder einen Anlasser, noch einen
Generator/Lichtmaschine.

Meist sind die Elektromotoren luftgekühlt und somit fällt der gesamte Kühlkreislauf mit
Wasserpumpe und Kühler ebenfalls weg.

Der einfache Aufbau und die im Gegensatz zum Verbrennungsmotor nur wenigen
beweglichen Teile machen den Elektromotor sehr wartungsarm. Öl als Schmiermittel wird
ebenfalls nicht mehr benötigt.

Auch auf den gesamten Abgasstrang, den ein Verbrennungsmotor benötigt, kann beim
Elektromotor verzichtet werden.

Beim Bremsen wird die Bremsenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt und in den
Akkus gespeichert.

Die Elektromotoren werden grundsätzlich in der Nähe der Drehachsen verbaut, wo sie die
Antriebsräder direkt, über ein Getriebe oder als Radnabenmotor ausgelegt antreiben.




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Man unterscheidet grundsätzlich 4 Bautypen:

     1. Zentralmotor

         Konventioneller Aufbau, Verteilergetriebe/Differentialgetriebe zu den Antriebsrädern
         ist notwendig.


     2. Radnabenmotor

         Der Elektromotor sitzt direkt auf der Radnabe, keine Getriebe notwendig.




     3. Tandemmotor

         Zwei Elektromotoren hintereinander angeordnet. Vorteil: geringerer Durchmesser,
         kleinere Massen.


     4. Hybridsystem mit Elektromotor (Generator)

         Hier werden zwei Grundtypen unterschieden:

         1. Der Elektromotor unterstützt den Verbrennungsmotor
         2. Der Verbrennungsmotor dient lediglich zum Aufladen der Akkus.


An die Elektromotoren werden folgende Anforderungen gestellt:

 •    hoher Wirkungsgrad,
 •    hohe mechanische Schockfestigkeit,
 •    gutes Verhältnis von Leistung zu Gewicht,
 •    rasche Umschaltung von Motor- auf Generatorbetrieb.

Durch die Drive-by-Wire-Technologie wird eine exakte Steuerung der Radnabenmotoren
und aller bekannten Sicherheitssysteme bei relativ geringem Gewicht realisierbar.

Die Gewichtseinsparung durch den einfachen Aufbau des Elektroantriebs und der damit
wegfallenden Bauteile gegenüber dem Verbrennungsmotorantrieb wird allerdings durch das
enorme Gewicht der Batterie/Akkus aufgezehrt.



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Vorteile des Elektroantriebs:

 •    wartungsarm
 •    geringe Reparaturkosten
 •    hoher Wirkungsgrad (Energieumsetzung von der Steckdose zum Motor 86%)
 •    geringe Geräuschentwicklung
 •    keine Abgase (verwendeter Strom stammt aus alternativen Energiequellen)
 •    geringe Betriebskosten


Nachteile des Elektroantriebs:

 •    geringe Wärmeentwicklung des Elektromotors (elektrische Heizung/Klimaanlage für
      Fahrgastzelle)
 •    geringere Reichweite (abhängig von der Akkuleistung)
 •    lange „Tankzeiten“ (Ladezeiten)
 •    fehlendes „Tankstellennetz“
 •    temperaturabhängige Leistungsfähigkeit der Akkus
 •    Anschaffungskosten / Kosten für Akkus/Batterien
 •    Lebensdauer der Akkus/Batterien



Fazit:

In der Zukunft des Automobils wird der Elektroantrieb eine tragende Rolle spielen, da ein
Elektrofahrzeug einen hohen Wirkungsgrad aufweist und der Strom aus alternativen Quellen
in den nächsten Jahren günstiger erzeugt werden kann als konventioneller Strom.

Der steigende Mineralölpreis und die rasch voranschreitende Klimaerwärmung drängen alle
Hersteller und Politiker zum Handeln.

Das erklärte Ziel fast aller namhaften Fahrzeughersteller ist eine abgasfreie, sichere und
bezahlbare Großserienfertigung von Elektroautos. Die enormen Fortschritte in der
Entwicklung von bezahlbaren Hochleistungsakkus und die ständige Weiterentwicklung der
Brennstoffzelle werden den Einzug des Elektroantriebs in die Alltagsmobilität beschleunigen.

Neben dem Akku werden die Herstellungskosten, die Reichweite, das Fahrzeuggewicht und
das flächendeckende „Tankstellennetz“ die Herausforderungen der Zukunft sein.

„Langfristig erwarten wir jedoch die Elektrifizierung der Antriebe“, so Winterkorn. Neben den
bekannten Hybriden umfasst das reine Elektroantriebe bis hin zur Brennstoffzelle. Eine
praktikable Lösung für die preiswerte und umweltgerechte Wasserstoffherstellung in großen
Mengen sei derzeit allerdings nicht in Sicht, erklärte der VW-Chef. Quelle: DiePresse.com




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