Elektromotor : Noch hängt es an der Batterie

Null Krach, null Abgase: Es spricht so vieles für Elektromotoren. Experten sagen, der Durchbruch sei nur eine Frage der Zeit.

Felix Rehwald
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Ganz schön kompakt. Der Elektromotor des Tesla Roadster befindet sich im Heck – direkt davor sitzt die deutlich größere Batterie.

Sie machen keinen Krach und stoßen keine Abgase aus. Für verkehrsgeplagte Großstädter wären mehr Autos mit Elektroantrieb ein Segen. Durch die leisen und umweltfreundlichen Motoren könnten Innenstädte deutlich an Lebensqualität gewinnen. Doch auch sonst haben E-Maschinen gegenüber Verbrennungsmotoren viele Vorteile: Sie sind effizienter, einfacher zu konstruieren, nahezu wartungsfrei und brauchen im Auto weniger Platz. Nicht zuletzt deshalb sind Experten davon überzeugt, dass E-Motoren eine große Zukunft haben.

Beim Verbrennungsmotor zündet in den Zylindern ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft. Es treibt die Kolben an, deren Auf-und-Ab-Bewegung über die Pleuel und die Kurbelwelle in eine Rotationsbewegung umgesetzt wird. Beim Elektromotor sind dagegen Spulen um einen auf einer Achse gelagerten „Rotor“ angeordnet. Wird an die Spulen Wechselspannung angelegt, deren Phasen verschoben sind, entsteht ein rotierendes Magnetfeld, das den Rotor in Drehung versetzt.

Ein entscheidender Vorteil eines Elektromotors gegenüber einem Benziner oder Diesel ist sein „sehr viel höherer Wirkungsgrad“, sagt Prof. Dieter Gerling vom Lehrstuhl für Elektrische Antriebstechnik und Aktorik (EAA) an der Universität der Bundeswehr München. Während gute Verbrennungsmotoren heute nur rund 25 Prozent der eingesetzten Energie in Vortrieb umsetzen, erreichen E-Motoren sogar mehr als 90 Prozent. Zudem können sie Energie zurückgewinnen, was beim Verbrenner unmöglich ist. Der E-Motor wird dafür beim Bremsen zum Generator, entzieht dem Fahrzeug Bewegungsenergie und wandelt sie in elektrische Energie um, die wieder in die Batterie eingespeist wird.

Hinzu kommt laut Gerling eine bessere Drehmoment- und Drehzahlkennlinie: Beim E-Motor steht bereits aus dem Stand heraus das maximale Drehmoment zur Verfügung, während Verbrenner dafür erst auf Touren kommen müssen. Das erklärt, weshalb Elektroautos über ein Antrittsverhalten verfügen, das mit demjenigen von Sportwagen vergleichbar ist. Dabei benötigen sie nicht mal ein Getriebe.

Für einen Elektromotor ist laut Martin März, Leiter des Bereichs Leistungselektronik und elektrische Fahrzeugtechnik am Fraunhofer-Institut, außerdem bei Weitem nicht so viel Platz nötig: „Vom Platzbedarf her passt er in eine Felge.“ Dort werden die Motoren zum Beispiel untergebracht, wenn das Elektroauto auf Radnabenantrieb ausgelegt ist. Beim herkömmlichen Achsantrieb kommt der Motor laut März etwa auf die Größe eines Zehn-Liter-Putzeimers – bei einer Leistung von 180 kW, die einen Sportwagen in vier Sekunden auf Tempo 100 beschleunigen würde.

   Die kompakte Bauart ermöglicht Entwicklern völlig neue Ansätze. Derzeit ist es laut März so, dass sie ein Auto um den Antrieb herum konstruieren müssen. Ein Elektroauto braucht keinen Motorraum, so dass die Karosserieform frei gewählt werden kann. Auch der Innenraum ließe sich großzügiger gestalten, weil etwa der Kardantunnel und die Ausbuchtung für das Getriebe wegfallen, sagt Prof. Gerling.

   Hinzu kommt eine Vielzahl möglicher Antriebsvarianten: Gerling nennt als Beispiel den elektrischen Antrieb an der Vorder- und/oder Hinterachse (wahlweise mit einzeln angetriebenen Rädern), radnah untergebrachte Antriebe und Radnabenmotoren. Dabei ließen sich die E-Motoren an den Rädern je nach Fahrsituation auch individuell ansteuern, indem sie mehr oder weniger Antriebskraft übertragen. So ließen sich erweiterte ESP-Funktionalitäten oder Fahrdynamikregelungen realisieren. „Man hat viel Gestaltungsspielraum gewonnen. Elektromotoren könnten den Fahrzeugbau revolutionieren.“ Davon geht auch Martin März vom Fraunhofer-Institut aus: „Das ganze Auto wird unglaublich einfach.“ Im Gegensatz zum Verbrenner sei der Elektromotor eine einfache Konstruktion: Er habe viel weniger Teile – insbesondere bewegliche –, was zu einer längeren Lebensdauer führt. Nennenswerten Verschleiß gebe es nur noch an den Lagern. „Ansonsten ist das System wartungsfrei.“    

Für den Einsatz in der Großserie ist die Technik nach März’ Worten bereits ausgereift. „Der E-Motor ist heute in keiner Weise eine Barriere für den Markteintritt.“ Der Flaschenhals sei vielmehr die Batterietechnologie, die noch zu teuer und noch nicht leistungsfähig genug sei. „Deshalb gelingt es noch keinem Hersteller, Elektroautos wirtschaftlich darzustellen.“ Beim Zulieferer Bosch in Stuttgart geht man daher davon aus, dass Verbrennungsmotoren in den kommenden 20 Jahren noch die vorherrschende Antriebstechnik bleiben.

Doch der Durchbruch des E-Antriebs im Auto ist nur eine Frage der Zeit. „Das rein elektrische Fahren wird auf lange Sicht kommen“, sagt Wolf-Henning Scheider vom Bereichsvorstand Gasoline Systems bei Bosch. Bis 2015 rechne das Unternehmen zunächst mit einem Markt von 350 000 bis 500 000 Elektroautos weltweit – bei drei bis fünf Millionen Hybrid-Modellen und insgesamt 85 bis 90 Millionen neu produzierten Fahrzeugen. Letztlich habe auch der Verbrennungsmotor eine lange Anlaufzeit gehabt, sagt Fraunhofer-Experte März. Um ihn auf den heutigen Stand zu bringen, habe die Autoindustrie 130 Jahre gebraucht. Und perfekt sei der Verbrenner auch heute noch nicht.

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