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DIPLOMARBEIT
FUTURE CARS – WAS TREIBT UNS AN?
Welche Technologien/Konzepte werden derzeit von führenden Automobilkonzernen
für die Zukunft konzipiert?
Inhaltsverzeichnis
INHALTSVERZEICHNIS
1 Einleitung...................................................................................................................1
1.1 Übersicht..................................................................................................................3
2 Verkehrsbedingte Belange der öffentlichen Hand......................................................5
2.1 Ökologische Aspekte...............................................................................................5
2.2 Gesellschaftspolitische Aspekte...............................................................................6
2.3 Verkehrsbedingte Kostenfaktoren für die Gesellschaft............................................7
3 Der Autokäufer – ein Marktfaktor............................................................................13
3.1 Anforderung des Kunden.......................................................................................13
3.2 Soziologische Aspekte beim Autokauf..................................................................14
3.2.1 Prestigegewinn....................................................................................................14
3.2.2 Gebrauch des Markenimage................................................................................15
3.3 Spaßfaktor Auto.....................................................................................................16
4 Energielieferanten – Kraftstoffe................................................................................18
4.1 Diesel-Alternativen................................................................................................19
4.1.1 Biodiesel.............................................................................................................19
4.1.2 Pflanzenöl...........................................................................................................20
4.1.3 Synthetische Alternativen...................................................................................20
4.2 Benzin Alternativen...............................................................................................22
4.2.1 Erdgas.................................................................................................................22
4.2.2 Autogas...............................................................................................................24
4.2.3 Bioethanol...........................................................................................................25
4.2.4 Sonstiges.............................................................................................................26
4.2.4.1 Biogas..............................................................................................................26
4.2.4.2 Wasserstoff......................................................................................................27
4.3 Elektrische Alternativen.........................................................................................28
4.3.1 Solarenergie........................................................................................................29
4.3.2 Wasserstoff zur Stromerzeugung........................................................................30
4.3.3 Batterietechnologie.............................................................................................30
4.3.3.1 Nickel-Metallhybrid.........................................................................................31
4.3.3.2 Lithium-Ionen..................................................................................................31
4.3.3.3 Blei-Säure........................................................................................................32
5 Motorenkunde...........................................................................................................34
5.1 Der Dieselmotor.....................................................................................................34
5.2 Der Ottomotor........................................................................................................37
I
Inhaltsverzeichnis
5.3 Elektromotor..........................................................................................................40
5.3.1 Gleichstrommotor...............................................................................................41
5.3.2 Drehstrommotor..................................................................................................43
5.3.3 Reluktanzmotor...................................................................................................44
5.3.4 Brennstoffzelle....................................................................................................45
5.4 Sonstige Motoren...................................................................................................47
5.4.1 Wankelmotor......................................................................................................47
5.4.2 Gasturbine (Strömungsmaschine).......................................................................49
5.4.3 Stirling-Motor.....................................................................................................51
6 Was ist unter „hybrid“ zu verstehen..........................................................................55
6.1 Entwicklungsgeschichte des Hybrid im Fahrzeugbau............................................55
6.2 Betriebsarten..........................................................................................................57
6.2.1 Boosten...............................................................................................................58
6.2.2 Elektrisch fahren.................................................................................................58
6.2.3 Generatorbetrieb.................................................................................................58
6.2.4 Rekuperation.......................................................................................................58
6.2.5 Segeln.................................................................................................................59
6.2.6 Start/Stopp..........................................................................................................59
6.3 Hybridvarianten.....................................................................................................59
6.3.1 Gliederung nach Leistung...................................................................................60
6.3.2 Gliederung nach Aufbau.....................................................................................61
7 Die neue Generation.................................................................................................63
7.1 Der Pionier … Die Erfolgsstory der Toyota Motor Corporation............................63
7.1.1 Die Entstehung des ersten Serien-Hybridfahrzeuges der Welt............................64
7.1.2 Die Technik........................................................................................................68
7.1.2.1 Toyota „Hybrid Synergy Drive“......................................................................68
7.1.2.2 „Lexus Hybrid Drive“......................................................................................77
7.1.3 Angebotene Modelle...........................................................................................78
7.1.3.1 Lexus GS 450H................................................................................................78
7.1.3.2 Lexus LS 600H................................................................................................79
7.1.3.3 Lexus RX 400h................................................................................................80
7.1.3.4 Toyota Auris HSD...........................................................................................80
7.1.3.5 Toyota Prius 3..................................................................................................81
7.1.4 Geplante Modelle................................................................................................82
7.1.4.1 Lexus CT 200h.................................................................................................82
7.1.4.2 Toyota Prius PHV............................................................................................83
II
Inhaltsverzeichnis
7.2 Honda Motor Company.........................................................................................85
7.2.1 Die Technik........................................................................................................85
7.2.2.1 Honda Civic IMA............................................................................................87
7.2.2.2 Honda CR-Z.....................................................................................................88
7.2.2.3 Honda Insight 1................................................................................................89
7.2.3.1 Honda Insight 2................................................................................................90
7.2.3.2 Honda Jazz Hybrid...........................................................................................91
7.3 BMW AG..............................................................................................................93
7.3.1 Die Technik........................................................................................................93
7.3.2.1 BMW Active Hybrid 7.....................................................................................95
7.3.2.2 BMW Active Hybrid X6..................................................................................96
7.3.3.1 BMW Concept 5 Series Active Hybrid............................................................97
7.3.3.2 BMW Concept Active E..................................................................................98
7.3.3.3 Mini E..............................................................................................................99
7.4 Mercedes Benz.....................................................................................................101
7.4.1 Die Technik......................................................................................................101
7.4.2 Angebotene Modelle.........................................................................................103
7.4.2.1 Mercedes-Benz E 200 NGT BlueEfficiency..................................................103
7.4.2.2 Mercedes Benz ML 350 BlueTEC 4MATIC.................................................104
7.4.2.3 Mercedes-Benz S 400 BlueHybrid.................................................................105
7.4.3 Geplante Modelle..............................................................................................106
7.4.3.1 Mercedes-Benz B F-Cell................................................................................106
7.4.3.2 Mercedes-Benz SLS E-Cell...........................................................................107
7.5 Aus dem Land der Musclecars.............................................................................110
7.5.1 Die Technik......................................................................................................112
7.5.2 Angebotene Modelle.........................................................................................114
7.5.2.1 Ford Escape Hybrid.......................................................................................114
7.5.2.2 GMC Yukon Hybrid......................................................................................115
7.5.2.3 Saturn VUE Hybrid........................................................................................115
7.5.3 Geplante Modelle..............................................................................................115
7.5.3.1 Chevrolet Volt................................................................................................115
7.5.3.2 Ford Focus Electric........................................................................................116
III
Inhaltsverzeichnis
7.6 Sonstige...............................................................................................................119
7.6.1 Audi A1 E-Tron................................................................................................119
7.6.2 Mazda Tribute HEV..........................................................................................120
7.6.3 Mitsubishi i MiEV............................................................................................121
7.6.4 Nissan Leaf.......................................................................................................121
7.6.5 Opel Ampera.....................................................................................................123
7.6.6 Tesla Roadster...................................................................................................123
7.6.7 VW Golf Twin Drive........................................................................................125
7.6.8 VW Touareg Hybrid.........................................................................................127
7.7 Analyse................................................................................................................129
8 Schlusswort.............................................................................................................136
9 Literaturverzeichnis................................................................................................140
9.1 Bücher und Studien..............................................................................................140
9.2 Hochschulschriften..............................................................................................142
9.3 Beiträge in Sammelwerken und Zeitschriften......................................................142
9.4 Internet.................................................................................................................143
9.4.1 PDF-Quellen.....................................................................................................146
9.5 Sonstige Quellen..................................................................................................146
IV
Abbildungsverzeichnis
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
V
Tabellenverzeichnis
TABELLENVERZEICHNIS
Tab. 1: Kraftstoff Gegenüberstellung
18
VI
Einleitung
1
EINLEITUNG
Das Erdöl ist in den industrialisierten Ländern eine wesentliche Determinante des
Alltags. Wir sind in hohem Ausmaß vom Erdöl abhängig, es gibt kaum einen
Lebensbereich, in dem wir nicht darauf angewiesen sind. Unser Wirtschaftsleben
basiert zu einem guten Teil auf dem gesamten Bereich des Transportwesens und
soweit dieses über Autos, Schiffe und Flugzeuge abläuft, auf dem dafür verwendeten
Treibstoff in darauf spezialisierten Raffinerien werden bis zu 300 andere Substanzen
aus dem Erdöl abgetrennt und bilden in weiteren Verfahren die Grundlage für Dünger,
Kunststoffe, Arzneimittel, Lebensmittelzusätze und vieles mehr. Ohne Erdölprodukte
gibt es keinen Hausbau, keine Operationen, Computer funktionieren nicht, die
Nahversorgung mit Grundnahrungsmitteln bricht ein und man könnte diese Liste von
alltäglichen Einsatzbereichen des Rohstoffes Erdöl noch lange weiterführen.
Abb. 1: Täglicher Ölverbrauch weltweit
Quelle:
KRAFT, P. (Hrsg.): http://www.energie-krise.eu/images/taeglicherOelverbrauch.png, vom 07.03.2011
Der geschätzte Tagesverbrauch der Menschheit beträgt derzeit laut „World Energy
Outlook“ der internationalen Energieagentur 85 Millionen Barrel Erdöl, wobei ein
Barrel 159 Liter entspricht, und steigt noch weiter an1. Die Reserven werden knapp
und sind in der Hand von wenigen Staaten, wodurch kommende Konflikte
vorprogrammiert sind. Es kann zwar niemand genau voraussagen, wie lange sie noch
ausreichend vorhanden sind, aber mit der von der Bundesanstalt für
1
International Energy Agency (Hrsg.): World Energy Outlook 2010, Paris 2010, S. 5ff
1
Einleitung
Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover2 eingeschätzten Zeitspanne von
maximal 40 Jahren, die der Ölwirtschaft mit ihrem derzeitigen Verbrauch und den
derzeit bekannten Reserven noch bleibt, stehen wir doch in absehbarer Zeit vor dem
Versiegen dieser sprudelnden Rohstoffquelle. Die Suche nach Alternativen und
Möglichkeiten zur drastischen Reduzierung des Ölverbrauchs wird daher immer
drängender, da wo nicht schon Konzepte für Ersatzstoffe und andersartige
Energielieferanten vorhanden sind, ist die Zeit für die Einplanung neuer Rohstoffe zur
Energieversorgung und Entwicklung der dafür benötigten Technologien drohend kurz
geworden.
Zu den größten Verbrauchern dieses endlichen Rohstoffvorkommens Erdöl gehört der
Verkehr mit seinem stetig anwachsenden Treibstoffkonsum. Wie kaum ein anderer
Wirtschaftsbereich ist daher die Autoindustrie in ihrem zentralsten Kernbereichen von
dem drohenden drastischen Rückgang der Erdölfördermenge betroffen, das „schwarze
Gold“ ist beziehungsweise war bisher eine Voraussetzung sine qua non. Es geht nun
für die Zukunft nicht nur darum, Ersatztreibstoffe zu finden und zu entwickeln, es
müssen auch in der Konzipierung und Herstellung der Motoren entsprechende
Adaptionen entwickelt werden. Sie müssen jedoch auch verkauft werden können, also
der Bandbreite des Marktes von den finanziellen Möglichkeiten bis hin zu den
mitunter verwöhnten Ansprüchen des Käufers gerecht werden. Für die
Automobilkonzerne als Technologieträger bedeutet das eine Gratwanderung zwischen
dem technologisch Möglichen, dem vom Kunden Geforderten beziehungsweise
Gewünschten und dem von den staatlichen Institutionen Erlaubten3.
Es spielt nämlich noch eine weitere Größe in der Beziehung zwischen Anbieter und
Käufer eine wesentliche Rolle. Der Staat, der aufgerufen ist für die Infrastruktur
aufzukommen, die eine notwenige Voraussetzung und Grundlage für den
Kraftfahrzeug-Verkehr bildet, und weiters mit seinen gesetzlichen Verordnungen dem
Schutz der Allgemeinheit vor den schädlichen Folgeschäden des ständig ansteigenden
Verkehrsvolumens zu dienen. Staatliche Vorschriften, die auch auf die Autoindustrie
Einfluss nehmen, gibt es schon seit längerer Zeit, teils über die
Straßenverkehrsordnung, wie zum Beispiel Geschwindigkeitsbeschränkungen, also
angenommen die erlaubte Höchstgeschwindigkeit würde gesetzlich generell auf
Tempo 100 reduziert, so hätte dies unter Umständen Auswirkungen auf das
Antriebskonzept der benötigten Motorstärke, teils über direkte Eingriffe in die
2
3
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (Hrsg.): Reserven, Ressourcen und Verfügbarkeit von
Energierohstoffen 2010, Deutschland 2010, S. 9ff
NEUBAUER, W. (Hrsg.): http://e-collection.library.ethz.ch/eserv/eth:1614/eth-1614-01.pdf, vom 10.06.2011
2
Einleitung
Kraftfahrzeug-Bauweise, wie zum Beispiel den Einbau von Katalysatoren zur
Reduktion der Schadstoffemissionen oder von Sicherheitsgurten zur Reduktion der
Folgekosten nach Unfällen, oder die Vorschrift zur Benützung von Winterreifen, oder
das Verbot von Spikes zur Eindämmung der Kosten für die verkehrstechnische
Infrastruktur, um nur einige Beispiele zu nennen4.
In der vorliegenden Arbeit werden zunächst diese auf die Autoindustrie direkt Einfluss
nehmenden Faktoren kurz beleuchtet, dann die alternativen Möglichkeiten der
Energiegewinnung besprochen, die derzeit oder in naher, beziehungsweise absehbarer
Zukunft zur Verfügung stehen und, als zentrales Anliegen dieser Arbeit, die Wege
aufgezeigt, die die Autokonzerne derzeit beschreiten, um diesen Entwicklungen
Rechnung zu tragen und zukunftsweisende technologische Fortschritte zu
ermöglichen.
1.1 Übersicht
In Kapitel 2 werden die verkehrsbedingten Belange der öffentlichen Hand insoweit
besprochen, als die Automobilindustrie direkt davon betroffen ist.
In Kapitel 3 geht es um den individuellen Absatzmarkt für Kraftfahrzeuge, den
Autokäufer, der durch seine Bedürfnisse, Ansprüche und Erwartungen einen
lenkenden Einfluss darauf hat, welche Entwicklungsschritte die Autoindustrie forciert
und welche Zeitpunkte sie für die Einführung neuer Innovationen wählt.
In Kapitel 4 wird auf die alternativen Treibstoffe und Energielieferanten eingegangen,
da sie für die technologischen Konzepte der Autoherstellung von Bedeutung sind.
In Kapitel 5 werden die Motoren besprochen und die Möglichkeiten ihrer Adaptation
an die neuen Treibstoffe aufgezeigt.
In Kapitel 6 erfolgt eine Übersicht über die Konzepte der großen Autokonzerne als
Entwicklungsträger zukunftstauglicher Technologien. Als derzeit führendes Konzept
wird das Hybridauto genau besprochen.
4
GRUNWALD, A.: Technik für die Gesellschaft von morgen – Möglichkeiten und Grenzen gesellschaftlicher
Technikgestaltung, Frankfurt 2000, S. 91
3
Einleitung
In Kapitel 7 wird das Hybridkonzept bei dem in diesem Bereich führenden Hersteller,
Toyota, in seiner Entwicklung dargestellt und es erfolgt eine zusammenfassende
Diskussion diverser Konzepte.
In Kapitel 8 wird versucht einen kurzen Ausblick auf die Zukunft zu geben.
4
Verkehrsbedingte Belange der öffentlichen Hand
2
VERKEHRSBEDINGTE BELANGE DER ÖFFENTLICHEN HAND
Es gibt eine Reihe von Aspekten, mit denen der Staat sich in Zusammenhang mit dem
Verkehr zu befassen hat. Es würde den Rahmen der vorliegenden Arbeit sprengen, sie
erschöpfend aufzulisten, es können nur die wichtigsten Sachverhalte angeführt
werden, die direkte Auswirkung auf die Autoindustrie haben. Dazu gehören:
• die Beachtung der Umweltbelastung,
• die Beachtung der Gesundheit der Bevölkerung und
• ein verantwortungsvoller Umgang mit den Staatsfinanzen hinsichtlich der
Kosten für die notwendige Verkehrsinfrastruktur gegenüber dem
volkswirtschaftlichen Nutzen, der auf Basis eines gut funktionierenden
Verkehrswesens entsteht.
2.1 Ökologische Aspekte
Zur Erhaltung der Lebensqualität unserer Umwelt ist wohl jeder Einzelne aufgerufen,
verantwortungsvoll die Grenzen ihrer Belastbarkeit zu beachten und ihnen Rechnung
zu tragen. Für die Bestimmung dieser Grenzen und Überwachung ihrer Einhaltung
kann und muss jedoch die übergeordnete Autorität des Staates sorgen.
Zu den inzwischen hinlänglich bekannten und auch im Bewusstsein der Bevölkerung
präsenten direkten Auswirkungen des Individualverkehrs auf die Umwelt gehört die
von den Kraftfahrzeugen verursachte Luftverschmutzung. Von den in die Luft
abgegebenen Schadstoffemissionen Kohlenmonoxyd, Stickoxide, Russpartikel, Benzol
und Kohlenstoffdioxyd, haben die CO2-Emissionen die schädlichsten Auswirkungen,
wobei der Einfluss auf den Klimawandel an erster Stelle zu nennen ist5.
Sowohl direkt über die Abgabe der Schadstoffe als auch durch den damit bewirktem
Einfluss auf die Entstehung von saurem Regen kommt es verstärkt zu Belastungen der
Gewässer beziehungsweise des Grundwassers, was zur Gefährdung von Tieren und
Pflanzen führt und letzten Endes über die Nahrungsmittelkette auch
Gesundheitsprobleme bei Menschen verursacht6. Die Politik ist daher gefordert, zum
einen Gesetze zur Verbesserung des Klimaschutzes zu schaffen, woraus sich Konflikte
mit Gesetzen und Verordnungen ergeben, die wirtschaftlichen Interessen dienen, zum
anderen Innovationen in der Entwicklung erneuerbarer Energien zu fördern7.
5
HOUGHTON, J.T.: Climate Change 2001 – The Scientific Basis, Cambridge 2001, S. 6
6
JANSEN, W.: Saurer Regen: Ursachen, Analytik, Beurteilung, Stuttgart 1987, S. 8
7
Federal Department of Environment, Transport, Energy an Communications, Bureau for Transport Studies: Health
Costs due to Road Traffic related Airpollution, Bern 1999, S. 25
5
Dementsprechend ergibt sich dadurch eine Reihe von Anforderungen an neue
Treibstoffe, die die bisher hauptsächlich verwendeten, Benzin und Diesel, massiv
einschränken oder in Zukunft eventuell auch ablösen sollen, wie in Abschnitt 3 „Neue
Treibstoffe“ beschrieben. Das wiederum kommt einem Auftrag an die Autoindustrie
gleich, durch die Entwicklung entsprechender Antriebssysteme die technischen
Voraussetzungen dafür zu schaffen.
Aber auch die verkehrstechnische Infrastruktur hat negative Auswirkungen auf die
Umwelt, zu deren Behebung oder Eindämmung behördliche Aktivitäten gefragt sind.
So führt die durch das Straßennetz entstehende Landschaftszerschneidung zu massiven
Eingriffen in den Fortbestand einzelner Tierarten. Wenn damit auch kein direkter
Auftrag an die Autohersteller verbunden ist, so haben zum Beispiel doch die immer
wiederkehrenden Unfälle bei Wildwechsel mit beigetragen zum Interesse an
„intelligenten“ Scheinwerfern, die eine bessere und weitere Ausleuchtung der Straße
führen, um ein Beispiel für das Ineinanderwirken von statistischer Verkehrserfassung
und -analyse, öffentlichem Interesse und Autoindustrie zu nennen8.
2.2 Gesellschaftspolitische Aspekte
Neben dem indirekten Einfluss, den die ökologischen Faktoren auf die Gesundheit des
Menschen haben, gibt es auch direkte verkehrsbedingte Auswirkungen auf die
Gesundheit des Menschen. Auch hier ist der Staat aufgerufen, über die geforderte
Selbstverantwortung des Staatsbürgers hinausgehende Regelungen zu treffen, die ihm
möglichen Maßnahmen zum Schutz von Gesundheit und Leben zu setzen. Wenn es
sich hierbei natürlich in erster Linie um die moralisch ethische Verantwortung des
Staates handelt, so spielen doch auch die enormen Folgekosten, die der Allgemeinheit
aus verkehrsbedingten Gesundheitsschädigungen entstehen, eine nicht unerhebliche
Rolle.
An erster Stelle werden in der Regel die gesundheitsschädigenden Auswirkungen der
Luftverschmutzung genannt, die sich in ihrer Gesamtheit aus Rauch, Ruß, Staub,
Gasen, Aerosole, Dämpfe und Geruchsstoffen zusammensetzt. Sie wirken sich in
erster Linie auf Erkrankungen der Atemwege und des Kreislaufsystems aus und laut
WHO sterben jährlich 1,3 Millionen Menschen an schadstoffbedingten längerfristigen
chronischen Krebserkrankungen9. Im Juli 1998 hat ich die „Europäische Vereinigung
der Automobilhersteller“, kurz ACEA, verpflichtet, den CO2 Ausstoß von
Neufahrzeugen bis 2008 auf 160 Gramm pro Kilometer zu senken, was auch
8
9
Stadt Wien: https://www.wien.gv.at/umweltschutz/pool/pdf/tier-strasse.pdf, vom 10.02.2011
World Health Organization: http://www.who.int/violence_injury_prevention/road_safety_status/report/en/index.html,
vom 10.02.2011
6
geschehen ist, bis 2012 sogar auf 120 Gramm pro Kilometer 10. Dementsprechend
werden momentan alle Neufahrzeuge, die darüber liegen, mit einer „CO2 Strafsteuer“
belastet und in Zukunft vielleicht sogar aus Großstädten verbannt. Standortbedingt
wird mitunter der chronische Verkehrslärm als Risikofaktor für Myokardinfarkte
bereits als schädlicher eingestuft als die klassischen Luftschadstoffe11.
Ein weiterer ganz wesentlicher Bereich des öffentlichen Interesses bezieht sich auf die
verkehrsbedingte Gefährdung der menschlichen Sicherheit, wie sie den
Veröffentlichungen der Bundesanstalt für Verkehr entnommen werden kann. Im Jahre
2009 ereigneten sich 37.925 Verkehrsunfälle mit Personenschaden, bei denen 49.158
Personen verletzt und 633 Menschen getötet wurden12.
Aufgrund genauer Analysen der jährlichen statistischen Berichte werden immer
wieder entsprechende verkehrstechnische, legistische und verkehrsorganisatorische
Maßnahmen zur Verbesserung der Verkehrssicherheit gesetzt, wie zum Beispiel die im
Kraftfahrzeuggesetz vorgeschriebene „Wiederkehrende Begutachtung“, um nur eine
solcher Maßnahmen zu nennen, woraus sich immer wieder Anforderungen
beziehungsweise Anregungen für die Autoindustrie ergeben.
Abgesehen von der Gesundheitsgefährdung gehört auch die Erhaltung der
Lebensqualität zum Aufgabenbereich des Staates. Die Einschätzung der allgemeinen
Umweltqualität beziehungsweise deren Beeinträchtigung durch Lärm, Staub, Ruß,
Gerüche und Abgase, sowie ihre Ursachen werden vom Lebensministerium in drei bis
fünf-jährlichen Zyklen erhoben, und ihre mögliche Veränderung durch entsprechende
Schutzmaßnahmen diskutiert. Beispiele wären hier Tempolimits, sektorale
Fahrverbote, verstärktes Straßenwaschen, Einführung von Umweltzonen und
Citymauten und viele mehr. Die Erhaltung einer hohen Lebensqualität bei
gleichzeitiger
großer
bedürfnisorientierter
Mobilität
kann
nur
über
gesellschaftspolitische Regeln und Vorgaben erreicht werden13.
2.3 Verkehrsbedingte Kostenfaktoren für die Gesellschaft
Während die private Kosten-/Nutzenbilanz für einen Großteil der Autokäufer von
wesentlichem Interesse ist und damit die Kalkulation der Autoindustrie beeinflusst,
10
VOß, B. (Hrsg.): Hybridfahrzeuge, Renningen 2005, S. 2
11
Umweltbundesamt: http://www.umweltbundesamt.de/gesundheit/laerm/naromi-studie.htm, vom 10.02.2011
12
13
Statistik Austria:
http://www.statistik.at/web_de/static/unfallgeschehen_nach_ortsgebiet_freiland_und_strassenarten_019877.xls, vom
10.02.2011
WEGSCHEIDER-PICHLER, A.: Umweltbedingungen, Umweltverhalten 2007, Wien 2007, S. 7
7
spielt die fiskalische Bilanz des Staates vordergründig in ihren wirtschaftlichen
Überlegungen ebenso wie in denen der Autoindustrie nur eine untergeordnete Rolle.
Dennoch zeigt sich auch in diesen Bereichen ein Ineinandergreifen von öffentlichem
Interesse, dem Anliegen der Käufer und den Innovationen der Autoindustrie14.
Die durch den Kfz-Verkehr entstehenden Kostenfaktoren für die öffentliche Hand sind
daher in der vorliegenden Arbeit insoweit zu nennen, als sie direkt oder indirekt
Auswirkungen auf die Automobilhersteller haben, werden aber nicht in ihrem vollen
Ausmaß ausführlich behandelt, da dies den Rahmen der vorliegenden Arbeit
überschreiten würde.
Zu den Kosten, die der Individualverkehr verursacht, zählen die Bereitstellung der
Infrastruktur, Unfallfolgekosten und Folgekosten der Umweltbelastung und
Klimaschutz.
Zu den Kosten für die Bereitstellung der Infrastruktur gehören die Straßenbau- und
Instandhaltungskosten, die Herstellung und Instandhaltung von verkehrsregelnden
Maßnahmen, wie Verkehrszeichen, Bodenmarkierungen, Ampelanlagen, et cetera und
die Bereitstellung von Parkraum. Zu den direkten Folgen für die Autoindustrie zählen
dabei eine Reihe von Beschränkungen, die sich aufgrund der Verkehrsinfrastruktur für
die Konstruktion von Automobilen ergeben, wie zum Beispiel die Beachtung von
Gewichtsbegrenzungen, die sich aus der beschränkten Belastbarkeit von
Straßenuntergrund und -belägen, Brücken, Überführungen, und so weiter, ergeben,
oder die Einschränkungen der Abmessungen von Fahrzeugen, die aufgrund von
Tunnels oder Unterführungen und kurventechnische Trassenführung notwendig sind15.
Auch die Parkraumbewirtschaftung durch öffentliche Körperschaften hat über
Wünsche beziehungsweise Ansprüche der Autokäufer innovative Auswirkungen auf
die Autohersteller. Wegen der Parkraumnot ist vom Fahrzeuglenker immer häufiger
ein Einparken auf engem Platz gefordert, wodurch sich für die Autoindustrie die
Entwicklung und Bereitstellung von Einparkhilfen bezahlt gemacht hat.
Die Folgekosten von Verkehrsunfällen, insbesondere mit Personenschäden sind
durchaus nicht nur ein verkehrsinternes Problem, dass durch entsprechende
Versicherungen abgedeckt ist, sie verursachen auch für die Allgemeinheit hohe
14
15
CESifo GmbH: http://www.cesifo-group.de/portal/pls/portal/url/item/96878EC0A3054BE6E04400144FAFBA7C, vom
08.06.2011
Bundeskanzleramt der Republik Österreich: http://www.ris.bka.gv.at/GeltendeFassung.wxe?
Abfrage=Bundesnormen&Gesetzesnummer=10011384, vom 08.06.2011
8
Kosten. Das betrifft neben dem volkswirtschaftlichen Schaden durch Arbeitsausfälle
oder Invalidität und Belastung der Sozialversicherungsträger16 die Bereitstellung von
öffentlichen Sicherheitsdiensten, wie beispielsweise Hubschraubereinsätze,
Rettungsfahrten und Polizeieinsätze und von entsprechenden medizinischen
Institutionen. Im Zuge versicherungstechnischer Abläufe entsteht auch ein großer
Verwaltungsaufwand.
Insgesamt hat der Staat nicht nur den Auftrag, sondern auch ein finanzielles Interesse,
zur Verbesserung der Verkehrssicherheit und Reduktion der Unfälle gesetzliche und
polizeiliche Maßnahmen für die Unfallprävention zu setzen17.
Aus den durch Auswertung der jährlichen Unfallstatistiken gewonnenen Erkenntnissen
über örtlich oder zeitlich bedingte Häufung von Unfällen ergibt sich die
Notwendigkeit, Maßnahmen zur Verbesserung der Verkehrssicherheit zu setzen, wie
zum Beispiel die Umgestaltung von Knotenpunkten, der Bodenmarkierungen, der
Abbiegespuren, der Fahrradstreifen und Fußgängerübergänge18.
Dazu gehören aber auch Vorschriften und Verordnungen, die die Einführung von
Sicherheitstechniken zur Vermeidung von Unfällen vorsehen, wie zum Beispiel den
Einbau von ESC, ABS, eCall-Systeme19 oder das Verbot von Frontschutzbügeln,
welche im Allgemeinen die Verletzungsgefahr für Kinder und Fußgänger erhöhen und
auch bei Kollisionen mit leichteren Kraftfahrzeugen schwerwiegendere Folgen
haben20. Auch hier ist eine direkte Beziehung zwischen der öffentlichen Hand und der
Automobilindustrie, die diese Sicherheitstechniken entwickelt und produziert.
Zu den Folgekosten
die Konsequenzen,
Feinstaubbelastung,
Straßenasphalt und
verbunden mit den
16
17
18
19
20
21
der verkehrsbedingten Umweltbelastung gehören in erster Linie
die sich aus der Luftverschmutzung, unter anderem durch
wie sie vom Abrieb von Reifen, der Bremsbelägen, des
von Dieselmotoren erzeugt werden, ergeben21. Sie sind eng
Maßnahmen zum Klimaschutz, die allerdings nicht nur dem
JOKL, S.: Die Belastung der Volkswirtschaft durch Unfälle, Berlin 1976, S. 154
HIMMEL, H.: Bewertung externer Effekte des Verkehrs sowie Ansatzpunkte zu deren Steuerung durch die Umweltund Verkehrspolitik, Duisburg 1999, S. 5
Statistik Austria:
http://www.statistik.at/web_de/statistiken/verkehr/strasse/unfaelle_mit_personenschaden/019877.html, vom 10.06.2011
Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie:
http://www.bmvit.gv.at/service/publikationen/verkehr/strasse/sicherheit/downloads/sicherheitsprogramm.pdf, vom
10.02.2011
Wikimedia Foundation Inc.:http://de.wikipedia.org/wiki/Sport_Utility_Vehicle, vom 19.11. 2010
Umweltbundesamt: http://www.umweltbundesamt.at/fileadmin/site/umweltkontrolle/2010/ukb2010_02_luft.pdf, vom
08.02.2011
9
Individualverkehr anzulasten sind. Die Problematik der Luftverschmutzung durch
Abgase und des Klimaschutzes kann hier nur angeführt werden, es handelt sich um
einen großen, die unterschiedlichsten Wissens- und Forschungsbereiche umfassenden
Komplex, der hier nicht ausführlicher behandelt werden kann und eigener Studien
bedarf.
Zu einem zentralen Thema des Klimaschutzes gehören die Treibhausgase, die beim
Energieverbrauch des Verkehrs, der industriellen und landwirtschaftlichen Produktion
und im öffentlichen und privaten Haushalten entstehen, von denen Kohlendioxid die
größte Menge bilden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Schadstoffemissionen
einzudämmen:
• Verbrauch reduzieren und durch alternative Energiegewinnung ersetzen,
• Binden durch Schutzmaßnahmen für dazu geeignete Naturlandschaften, wie
Regenwälder, Sümpfe, Moorlandschaften, und viele mehr, oder
• Einschränkung ihrer Auswirkung durch Maßnahmen des Geo-Engineering.
Weiters bedingt die Zerschneidung von Ökosystemen die Notwendigkeit von
begleitenden Maßnahmen zum Schutz der Natur, wie zum Beispiel
Entwässerungsmaßnahmen bei verkehrsbedingte Versiegelung und Verdichtung des
Bodens, „Brücken“ für Tiere, deren Lebensraum durch verkehrstechnische
Einrichtungen
eingeschränkt
beziehungsweise
zerschnitten
wird,
oder
Schutzmaßnahmen für landwirtschaftliche Nutzflächen22. Kostenfaktoren sind auch
alle Maßnahmen, die in diesem Zusammenhang dem Schutz der Gesundheit der
Menschen dienen wie zum Beispiel der Bau von Ortsumgehungen,
verkehrsberuhigende Maßnahmen in bewohnten Gebieten, Errichtung von
Lärmschutzwände, Zuschüsse zum Einbau von Schallschutzfenstern, und viele andere
mehr23.
Ein weiterer Kostenfaktor entsteht durch die verkehrsbedingte Umweltverschmutzung,
das betrifft vor allem die durch das Abfallwirtschaftsgesetz und die
Deponieverordnung geregelte Abfallbeseitigung und –vermeidung. Zwischen 1995
und 2007 sind die durch Umweltverschmutzung entstandenen Ausgaben des Staates
um 70 Prozent gestiegen24. Die deutsche Gesetzgebung über die umweltgerechte
Entsorgung und Verwertung von Altfahrzeugen schreibt seit 2006 vor, dass Hersteller,
22
23
24
FELLENBERG, G.:
Umweltverschmutzung – Umweltbelastung, Leipzig 1997, S. 128
Rechnungshof (Hrsg.): Bericht der Reihe BUND 2008/5, Wien 2008, S. 41 ff
Statistik Austria: http://www.statistik.at/web_de/dynamic/statistiken/energie_und_umwelt/043662, vom 08.02.2011
10
Importeure, Vertreiber und Entsorgungswirtschaft gemeinsam sicherzustellen haben,
dass mindestens 85 Prozent des durchschnittlichen Gewichts eines Altfahrzeugs
verwertet und mindestens 80 Prozent stofflich verwertet oder wieder verwendet
werden können, womit sich wiederum eine Verbindung zwischen den Anforderungen
der öffentlichen Hand und der Autoindustrie aufzeigen lässt, da letztere aufgefordert
ist, auf die Recyclingfähigkeit ihrer verwendeten Materialien zu achten25.
Ohne auf eine Kosten-/Nutzenbilanz eingehen zu wollen, ist diesen Kosten die enorme
Bedeutung gegenüberzustellen, die der Verkehr insgesamt für die Volkswirtschaft hat.
Der Transport von Menschen und Gütern bildet die Grundlage für die Industrie, den
Handel und den Dienstleistungsbereich, sodass der Gesamtnutzen die Gesamtkosten
übersteigt. Nach einer vorsichtigen Schätzung aus dem Jahr 2030 beträgt der auf
Kraftfahrzeuge zurückzuführende Umsatz mehr als 1.000 Milliarden Euro, womit sich
das Automobil als ein überaus bedeutsamer und unverzichtbarer Wirtschaftsfaktor
erweist26.
Die Umsetzung aller erforderlichen Maßnahmen kann nur über die staatliche und
internationale Politik erfolgen und durchgesetzt werden. Damit verbunden ist aber
auch die Notwendigkeit, die Bevölkerung
über die Zusammenhänge dieser
Problembereiche aufzuklären. Dazu bedarf es einer intensiven Öffentlichkeitsarbeit
aller betroffenen Bereiche der öffentlichen Hand, die natürlich wiederum einen
Kostenfaktor darstellen.
Ziel dieser Öffentlichkeitsarbeit sollte im ersten Schritt bei der Bevölkerung ein
entsprechendes Problembewusstsein zu schaffen und im nächsten Schritt über eine
entsprechende Einstellungsänderung der Verkehrsteilnehmer eine Veränderung im
Umgang mit Problemstoffen und Energielieferanten sowie im Konsumverhalten zu
erreichen. Das gilt vor allem für Staaten mit einem vergleichsweise hohen
Energieverbrauch. Mit dieser Einflussnahme auf den Kunden der Autoindustrie
schließt sich der Wirtschaftskreis, da dieser wiederum nach marktwirtschaftlichen
Gesetzen von Angebot und Nachfrage einen gewissen Einfluss auf die
Automobilhersteller ausübt. Es geht nicht an, und wäre überdies auch eine Illusion, zu
erwarten, dass die Automobilhersteller für solche Veränderungen der Einstellungen
und dem daraus folgenden verantwortungsvollen Umgang der Staatsbürger mit
Konsumgütern sorgen sollten. Es gibt aus der Vergangenheit Beispiele dafür, dass
25
26
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit:
http://www.bmu.de/abfallwirtschaft/abfallarten_abfallstroeme/altfahrzeuge/doc/2983.php, vom 06.06.2011
SEIFFERT, U.: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik, Wiesbaden 2007, S. 15
11
diese Vorgehensweise in der freien Marktwirtschaft nicht zielführend ist und der Staat
hier nicht aus seiner Verantwortung entlassen werden kann27.
27
HÜBNER, K. (Hrsg.): Abfallwirtschaft und Bodenschutz, Heidelberg 2002, S. B-11 ff
12
Der Autokäufer – Ein Marktfaktor
3
DER AUTOKÄUFER – EIN MARKTFAKTOR
In den Betrachtungen und wissenschaftlichen Beiträgen zu den notwendigen
Veränderungen an den Energieverbraucher Verkehr und Automobil wird häufig die
Rolle des Autokäufers beziehungsweise der Benützers als Einflussgröße auf die
Automobilindustrie zu wenig berücksichtigt.
„Früher war alles besser“. Es gab beim Autokauf nur Diesel- oder Benzinmotoren zur
Auswahl und auch an der Zapfsäule war es denkbar einfach, Diesel, Normalbenzin
oder Superbenzin. Außerdem war alles viel billiger und kein Mensch hat die Nase
gerümpft wenn ein Auto 20 Liter auf 100km gebraucht hat.
Aber stimmt das wirklich?
Der Kauf eines neuen Autos zählt finanziell zu den größeren Anschaffungen und
bedarf daher wohlüberlegter Abwägung von Entscheidungskriterien. Die
Internationalisierung von Einkauf und Produktion haben zu einer deutlichen
Erweiterung des Produktangebots geführt, was für den Autokäufer zwar enorme
Chancen und Auswahlmöglichkeiten mit sich bringt, aber die Kaufentscheidung auch
oft erschwert, speziell bei der Anschaffung eines Wertgegenstandes mit so
facettenreichen Attributen.
Die Wünsche der Käufer lassen sich grob in drei Bereiche gliedern. Die technische
Anforderungen, die Erwartungen hinsichtlich des Komforts, und die Freude am Fahren
und am Besitz des Autos. Um entsprechende Umsatzzahlen erreichen zu können, muss
die Automobilindustrie alle drei berücksichtigen, was für die ersten beiden
Zielvorgaben insofern relativ leicht erreichbar ist, als die Kaufkriterien klar definiert
werden können.
3.1 Anforderung des Kunden
Zu den vorrangigen Interessen der Autokäufer zählen in der Regel natürlich die
Preisgestaltung und der ökonomische Betrieb des Fahrzeugs, wie der
Treibstoffverbrauch oder die Kosten für Ersatzteile und Reparaturen.
Die Erwartungen der Käufer an Fahrtechnik und Autobau beziehen sich im
Wesentlichen auf28:
28
MARSCHNER, K.: Wettbewerbsanalyse in der Automobilindustrie – Ein branchenspezifischer Ansatz auf Basis
strategischer Erfolgsfaktoren, Wiesbaden 2004, S. 84 ff
13
• Angemessene Fahrleistung
• Verlässlichkeit und Pannenfreiheit
• Angemessene
Korrosionseigenschaften,
Schwingungsverhalten
Klapperfreiheit
und
gutes
• Sicherheit, wie ABS, EDS, ESI, ACC, ausreichendes Sichtfeld
• Angemessenes Transportvolumen
• Lenkerfreundliche Anordnung der Bedienungselemente
• Spezielle Ausstattung je nach Einsatzgebiet, wie ein Stadtauto, ausreichende
Geländegängigkeit, genügend Kraft zum ziehen von Booten, et cetera.
Bezüglich der Wünsche hinsichtlich des Komforts werden nur die gängigsten
Wunschvorstellungen angeführt, da die Liste individuell schwankend und je nach
Einsatzbereich beliebig verlängerbar ist29:
• Erleichterungen
des
Fahrbetriebes:
Servolenkung,
Automatik,
Lenkradverstellung, Sitzverstellung, Tempomat, Parktronik, Abstandsradar,
automatisches Kurvenlicht, und vieles mehr
• Sicherheitssteigernde
Assistenzsysteme:
Spurwechselassistent, Kollisionswarner, et cetera
Stop&GoAssistent,
• Innenraumgestaltung: Klimaanlage, niedriges Geräuschniveau, Sitzverstellung
und –gestaltung, behagliche Ausstattung, Ablageflächen und diverse
komfortable Extras wie ein Leselicht oder zum Beispiel Kleinigkeiten wie eine
Getränkehalterung
3.2 Soziologische Aspekte beim Autokauf
3.2.1 Prestigegewinn
Neben den oben genannten Kaufkriterien, die vordergründig für die Autohersteller von
Bedeutung sind, spielen aber auch auf Seiten des Kunden auch innerpsychische, zum
Teil unbewusste Vorgänge beim Autokauf eine Rolle. Mit diesem Aspekt des
Konsumverhaltens befasst sich die Wirtschafts- beziehungsweise Konsumsoziologie.
Sie betrachtet das soziale Verhalten und Handeln des Käufers beim Erwerb von
Konsumgütern wie zum Beispiel die Entstehung von Bedürfnissen, die Auswahl des
Kaufobjekts und die Kaufentscheidung, aus einer gesellschaftskritischen Perspektive.
29
MARSCHNER, K.: Wettbewerbsanalyse in der Automobilindustrie – Ein branchenspezifischer Ansatz auf Basis
strategischer Erfolgsfaktoren, Wiesbaden 2004, S. 83
14
Die Bereitschaft, beim Autokauf üblicherweise eine in Relation zum Einkommen sehr
hohe Investition zu tätigen, hängt auch damit zusammen, dass das Auto für seinen
Besitzer häufig einen Wert darstellt, der über den reinen Zweck und persönlichen
Nutzen hinaus oft von gesellschaftlicher Bedeutung ist30.
In unserer industriellen Gesellschaft besteht eine größere soziale Mobilität gegenüber
früheren, ständisch orientierten Gesellschaftsformen, womit aber auch eine erhöhte
Statusunsicherheit und die Erfordernis von neuen Orientierungshilfen verbunden sind.
Zu diesen Orientierungshilfen zählt unter anderem auch das Konsumverhalten. Es
stellt eine Möglichkeit dar, den sozialen Status und die damit verbundene
Wertschätzung des sozialen Umfelds nach außen hin durch Symbole und
Prestigeobjekte zu demonstrieren, wobei das Konsumverhalten eine Möglichkeit des
Prestigegewinns darstellt. Zu den Prestigeobjekten, die innerhalb der Gesellschaft oder
Bezugsgruppe ein hohes soziales Ansehen zum Ausdruck bringen, unerheblich ob
vermeintlich oder tatsächlich , gehört das Auto, das man fährt oder kauft,
beziehungsweise sich leisten kann zu fahren oder zu kaufen. Die Bezeichnung des
Autos als „Statussymbol“ ist in der Umgangssprache geradezu sprichwörtlich31.
3.2.2 Gebrauch des Markenimage
Der Wettbewerbsdruck in der Autoindustrie ist angesichts der Notwendigkeit von weit
reichenden und Innovationen unter starkem Zeitdruck äußerst hoch. Für die
Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens ist es daher von essentieller Bedeutung,
seinen Kundenkreis zu kennen, um das Angebot speziell auf ihn zuschneiden zu
können. Dazu setzen die Unternehmen neben einer optimierten Preispolitik,
Steigerung von Serviceleistungen, etc. auch auf ausgefeilte Werbestrategien. Die
Schaffung eines Markenimage gehört dabei zu den erfolgreichsten Verkaufsstrategien
dieser Branche, das Image einer Automarke oder einer bestimmten Type soll der
Gesellschaft bestimmte Nachrichten über seinen Besitzer vermitteln: Über seinen
Lebensstil, seine Ideologie, über die Art, wie er sich sieht und wie er gesehen werden
möchte, über den finanziellen Aufwand, den er sich erlauben kann, oder will32. Diesen
Symbolwert des Markenimages benützt Autokäufer, es sei dahingestellt ob bewusst
oder unbewusst, ihrerseits, um seine Identität zu stärken und der für Umgebung als
Bezugspunkt für die Zugehörigkeit im sozialen Wertesystem zu dienen33.
30
IGEL, A.: Veränderung der Lebensqualität durch den Autokauf, Wien 2009, S. 9
31
KLUTH, H.: Sozialprestige und sozialer Status, Stuttgart 1957, S. 12ff
32
KARMASIN, H.: Produkte als Botschaften, Köln 2007, S. 460
33
WEBER, M.: Wirtschaft und Gesellschaft, Tübingen 1972, S. 206
15
3.3 Spaßfaktor Auto
Über den Spaß am Fahren und die Freude am Auto braucht man eigentlich kein Wort
verlieren, sie sind selbsterklärend und der überwiegenden Zahl der Autofahrer
wohlbekannt. Wer jemals die Gelegenheit hatte, in ein spritziges, flottes Auto mit
ausgezeichneten Fahreigenschaften und hinreißenden Design der Karosserie
einzusteigen, kann nachempfinden, dass der Besitz eines solchen Stückchens
Perfektion einfach Freude macht. Und auch den Spaß am Fahren, das Auskosten des
Rauschs an der Geschwindigkeit, das Gefühl der Freiheit und uneingeschränkter
Souveränität haben die meisten Autofahrer schon einmal erlebt. Es mögen kindliche
oder naive Freuden sein, aber es haftet ihnen nichts prinzipiell verurteilenswertes an,
solange andere nicht gefährdet werden. Es sind mitunter schwierig zu objektivierende
Details, die zu dieser Freude beitragen – der satte Klang des Motors, das Gefühl im
Körper bei der Beschleunigung, die Lage des Volants in der Hand – es gibt hier große
individuelle Unterschiede, aber sicher tragen diese emotionalen Kriterien auch zur
Kaufentscheidung bei.
In den Bereichen, in denen dieser Komplex von emotional und psychologisch
dominierten Käuferinteressen über ihre Wechselwirkung auf Umsatzmöglichkeiten
und Produktion der Automobilhersteller für die Gesellschaft negative Auswirkungen
hat, obliegt es wiederum der Gesellschaft selbst, beziehungsweise den von ihr dazu
beauftragten Institutionen der öffentlichen Hand, meinungsbildend und sachlich
aufklärend tätig zu werden. Damit schließt sich für die Autoindustrie wieder der Kreis
und erfordert, für die zumindest unmittelbare Zukunft den Weg zwischen dem
Gewünschten, technisch Machbaren und Erlaubtem zu finden.
Bevor auf die in der Übersicht unter Kapitel vier bis sechs vorgesehene technische
Erläuterungen eingegangen wird, ist festzuhalten, dass aus Platzgründen nicht alle
neuen Innovativen Entwicklungen beim Automobilherstellung berücksichtigt werden
können. Weiters gibt es in der Automobilbranche ständig Neu- und
Weiterentwicklungen in den unterschiedlichsten Bereichen. Einige davon
verschwinden wieder vom Markt, bei anderen entwickelt sich ein Trend, der sich mit
der Zeit am gesamten Markt durchsetzt. Einer dieser Trends besteht zum Beispiel in
der steigenden Einbeziehung der Informationselektronik, die sich immer mehr
durchsetzt, von immer besser ausgefeilten Navigationssystemen bis hin zu ganzen
Entertainmentlandschaften für die Mitfahrer. Ein anderes Beispiel ist der umfassende
Bereich der Assistenzsysteme, welche beginnend vom Anti-Blockier-System, bis zur
16
heutigen, nahezu kompletten Unterstützung des Fahrers in allen Situationen geeignet
sind. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich vorwiegend auf diejenigen
Innovationen, die sich aufgrund der Umstellung auf alternative Kraftstoffe und
aufgrund der Erkenntnisse über die Umweltbelastungen ergeben.
17
Energielieferanten - Kraftstoffe
4
ENERGIELIEFERANTEN – KRAFTSTOFFE
Verschiedene Motoren brauchen auch verschiedene Kraftstoffe, und um genau diese
soll es im Folgenden gehen. Die beiden Hauptkraftstoffe Diesel und Benzin werden
nicht weiter erläutert, da bei ihnen der Herstellungsprozess aus Rohöl hinreichend
bekannt ist. Aber was ist dran an dieser enormen Vielfalt an Kraftstoffen, die sich
einem Autofahrer heutzutage darbieten. Und vor allem, wo sind eigentlich die
Unterschiede?
Tab. 1:
Kraftstoff Gegenüberstellung
Quelle:
RAU, M.: http://www.greengear.de/wp-content/uploads/2010/04/Emissionen-Gegen%C3%BCberstellungKraftstoffe.jpg, vom 07.03.2011
Bei Betrachtung dieser Tabelle ergibt sich im ersten Überblick, dass derzeit kein
Kraftstoff eindeutig als bester Energielieferant bezeichnet werden kann. Vorteile nach
einer Richtung werden mit Nachteilen in einer Anderen quasi ausgeglichen. Im
Anschluss auf die in den folgenden Punkten angeführten Betrachtungen der einzelnen
Alternativen wird nochmals versucht, diese Frage eindeutiger zu beantworten.
18
4.1 Diesel-Alternativen
4.1.1 Biodiesel
Biodiesel ist als alternativer Kraftstoff für den Antrieb von Fahrzeugen durchaus gut
geeignet, allerdings nur für Verbrennungsmotoren, die auch vorher schon mit Diesel
gelaufen sind. Vorteile gegenüber herkömmlichem Diesel sind die bessere
Schmierfähigkeit, es sind weder Schwefel noch Benzol enthalten, die Rußemission
wird reduziert und es wird aus regenerierbaren Rohstoffen hergestellt und ist somit
biologisch abbaubar34.
Als Ausgangsprodukt können aus technischer Sicht zwar auch Sonnenblume-, Pal- und
Sojaöl verwendet werden, in der Regel wird jedoch Rapsöl bevorzugt, da dort die
Ökobilanz am besten aussieht.
Ist das Öl erst einmal aus der Pflanze gepresst, wird es mit Methanol versetzt um eine
Umesterung zu erzwingen. Hauptziel der Umesterung ist die Verringerung der
Viskosität, damit ähnliche Eigenschaften wie von Dieselöl erreicht werden. Mittels
eines Katalysators wird dann endgültig Rapsmethylester, kurz auch RME genannt, also
tankbarer Biodiesel aus dem vormals reinen Pflanzenöl35.
Größere Umbauarbeiten sind für den Betrieb eines Fahrzeuges mit Biodiesel nicht
erforderlich. Man benötigt lediglich ein Fahrzeug mit einem Dieselmotor und die
Freigabe des Fahrzeugherstellers, da nicht alle Motoren dafür geeignet sind,
beziehungsweise manche Hersteller keine Garantie übernehmen wollen, da die noch
ungleichmäßige Qualität von Biodiesel zur Verstopfung des Kraftstofffilters und zur
Verkokung der Einspritzanlage führen kann. Da jedoch mittlerweile europaweite DINNormen auch die Qualität von Biodiesel reglementieren, sollte es bei den meisten
Motoren und Herstellern keine Probleme geben36.
Auf Grund der undurchsichtigen Sachlage über die Umweltfreundlichkeit von
Biodiesel, hat er sich bis jetzt noch nicht wirklich durchsetzen können. Die
Mineralölfirmen behaupten, dass ihre Studien belegen, dass die CO2-Bilanz über den
kompletten Lebensweg von Biodiesel stark negativ ist, Umweltverbände hingegen
reden über Studien, welche genau das Gegenteil aussagen sollen. Diese gegenteiligen
34
GEITMANN, S.: Alternative Kraftstoffe, Oberkrämer 2008, S. 64
35
STAN, C.: Alternative Antriebe für Automobile, Heidelberg 2008, S. 219
36
KAUP, F.: Nachhaltige Energieträger Biodiesel?, Hamburg 2006, S. 52
19
Aussagen haben in der Öffentlichkeit aber eher zur Verwirrung als zur Aufklärung
geführt und verschrecken somit den Kunden noch mehr.
Immerhin betrug der Biodieselanteil in der Gesamtdieselkraftstoffmenge bereits 2007
im Schnitt bei zirka 3,5 Prozent und soll laut der Europäischen Union bis 2010 auf
5,75 Prozent erhöht werden37.
4.1.2 Pflanzenöl
Reines Pflanzenöl wird wie Biodiesel aus verschiedenen Pflanzen gewonnen. Zuerst
werden diese zermahlen, dann gepresst und schließlich gefiltert. Im Gegensatz zu
Biodiesel wird dann nicht mehr chemisch aufbereitet und bietet daher eine bessere
Ökobilanz. Dafür muss man mit einer begrenzten Haltbarkeit des Treibstoffes
rechnen, da sich bei Pflanzenölen Pilze und Bakterien bilden können, welche sich dann
im ganzen Treibstoffsystem bis hin zu den Einspritzdüsen ausbreiten könnten und zu
technischen Defekten führen können. Des Weiteren hat reines Pflanzenöl sehr
schlechte Kaltstarteigenschaften, wodurch bei einem monovalenten Einsatz bei kalten
Temperaturen ein relativ großer Aufwand betrieben werden muss, um den Treibstoff
überhaupt verwendbar zu machen.
Daher bieten die meisten Umrüstern nur einen Umbau auf den bivalenten Antrieb, also
zusätzlich zum mineralischen Diesel, an. Ein solcher Umbau kostet dann je nach
Modell zirka 2.500 Euro bis 3.500 Euro, wenn man jedoch handwerklich begabt ist,
kann man mit Materialen im Wert von zirka 500 Euro auch selbst einen solchen
Umbau vornehmen38.
Zu bedenken ist dann jedoch auf jeden Fall, dass zwar die Lebensdauer des Motors
verlängert werden kann, man jedoch im täglichen Betrieb mit Einschränkungen leben
muss, da Pflanzenöl nun mal nicht so hitze- und kälteresistent ist wie Diesel und somit
hochtouriges fahren oder Winterurlaube nicht immer problemlos verlaufen könnten.
4.1.3 Synthetische Alternativen
Synfuel, auch gerne Designerkraftstoff genannt, ist ein Ausdruck, welcher den Trend
bezeichnet, gezielt die molekulare Struktur von Energieträgern zu erforschen und zu
entwickeln. Lange und umfangreiche Erfahrungen mit der Verfahrenstechnik führen
zu neuen und effektiven Kombinationsmöglichkeiten. Da sich für die Speicherung an
Bord eines Fahrzeuges immer noch am besten die flüssige Form von Treibstoffen
37
38
BÜHLER, T.: Biokraftstoffe der ersten und zweiten Generation, Hamburg 2010, S. 45
20
eignet, finden momentan 2 bestimmte Verfahren zunehmend Anwendung, nämlich
„Biomass to Liquid“ und „Gas to Liquid“.
Im Gas to Liquid-Verfahren wird Erdgas durch Zusammenführung mit Sauerstoff und
Wasserdampf zu Synthesegas. Das Synthesegas wird im nächsten Schritt in der
Fischer-Tropsch-Synthese zu Kohlenwasserstoffen umgewandelt. Die FischerTropsch-Synthese oder das Fischer-Tropsch-Verfahren wurde von Franz Fischer und
Hans Tropsch entwickelt, ein großtechnisches Verfahren zur Umwandlung von
Synthesegas in flüssige Kohlenwasserstoffe39. Dadurch entstehen wachsartige
Normalparaffine, die durch Isomerisierung und Cracken in hochwertige Produkte
umgewandelt werden müssen, woraus letztendlich ein Kraftstoff für Dieselmotoren
entsteht. Diese Flüssigkeit ist völlig farb- und geruchlos, enthält keinerlei Schwefel,
keinen organischen Stickstoff sowie keine aromatische Verbindungen40.
Erste Versuche in Dieselfahrzeugen mit diesem neuen Kraftstoff sind sehr viel
versprechend. Die Abgaswerte sind besser als mit üblichen Dieselkraftstoffen, und die
nötigen Umbauarbeiten des Motors halten sich sehr in Grenzen41.
Am 1. Februar 2008 flog sogar der Airbus A380 als erstes ziviles Düsenflugzeug mit
einem Kerosin-ähnlichem Gas to Liquid-Treibstoff42.
Als Biomass to Liquid-Kraftstoff bezeichnet man synthetische Kraftstoffe, gewonnen
aus Biomasse. In einem ersten Schritt wird die Biomasse zu Synthesegas vergast, im
zweiten wird ebenfalls über eine Fischer-Tropsch-Synthese flüssiger Kraftstoff
erzeugt. Die Produktion ist eine noch sehr junge Technologie und befindet sich in der
Entwicklungsphase, einzelne Pilotprojekte arbeiten aber schon erfolgreich.
Momentan wird in diesem Zusammenhang nur an der Herstellung von
Dieselkraftstoffen geforscht43.
Im Unterschied zu Biodiesel werden Biomass to Liquid-Kraftstoffe aus GanzpflanzenBiomasse, aus Holz beziehungsweise Stroh hergestellt. Da die gesamte geerntete
Pflanze für die Kraftstoffproduktion verwendet wird, kann je nach Ausgangsprodukt
ein höherer Ertrag pro angebauten Hektar erzielt werden. Außerdem sind sie, ebenso
wie Gas to Liquid-Kraftstoffe, frei von Schwefel und Aromaten, produzieren geringere
39
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Fischer-Tropsch-Synthese, vom 16.03.2009
40
MOLLENHAUER, K., TSCHÖKE, H.: Handbuch Dieselmotoren, Berlin 2007, S. 111
41
STAN, C.: Alternative Antriebe für Automobile, Heidelberg 2008, S. 229f
42
CBS Interactive: http://findarticles.com/p/articles/mi_kmafp/is_200802/ai_n21221272, vom 15.03.2009
43
21
Ruß- und Kohlenmonoxidemissionen und auch hier müssen keine oder nur
geringfügige Änderungen am Verbrennungsmotor vorgenommen werden.
Die Vorteile der Biomass to Liquid-Nutzung sehen Wissenschaftler vor allem im
Potential der Substituierung fossiler Kraftstoffe, mit der eine Ressourcensicherung
einhergehen kann, als zentraler Nachteil werden vor allem die hohen Kosten für die
Umwandlung der Biomasse in einen Flüssigkraftstoff betrachtet, wodurch sie ohne
geeignete Fördermittel nicht konkurrenzfähig sein kann44.
Prinzipiell können mit diesen beiden Verfahren verschiedenste Kraftstoffe erzeuget
werden. So eignet sich Biomass to Liquid-Diesel ähnlich wie Gas to Liquid-Treibstoff
besonders zur Beimischung und Optimierung von konventionellem Dieselkraftstoff,
woraus dann so genannte Premium Kraftstoffe entstehen. Es können jedoch auch
vollkommen neue synthetische Kraftstoffe erzeugt und auf moderne Motoren
abgestimmt werden. Damit eröffnet sich der Weg zur Entwicklung völlig neuartiger
Konzepte, sowohl was die Bauweise von Motoren, als auch die dazugehörigen
Antriebsmittel betrifft, deren Konsequenzen derzeit gar nicht abschätzbar sind.
Alle diese alternativen Treibstoffe werden derzeit bereits verwendet, wobei der
Beimischungsanteil dem Endverbraucher weder schlüssig bekannt, noch von ihm
beeinflussbar ist.
4.2 Benzin Alternativen
4.2.1 Erdgas
Erdgas ist genau wie Mineralöl ein endlicher, fossiler Primärenergieträger. Es wird
wegen seiner eingeschränkten Nutzbarkeit zwar nicht so wertvoll angesehen wie das
„schwarze Gold“, aber genau das macht es für die Automobilindustrie wieder
interessant. Warum den sehr begrenzten und vor allem kostbaren Vorrat an Mineralöl
in Autos verbrennen, wenn das billigere Erdgas dafür auch gut genug ist45.
Außerdem bietet Erdgas den Vorteil, dass dessen zeitliche Verfügbarkeit hoch genug
angesetzt ist, dass es als Übergangsprodukt von fossilen zu regenerativen Kraftstoffen
gut geeignet wäre. Und noch wichtiger für den späteren Umgang mit gasförmigem
Wasserstoff kann hier schon mal „geübt“ werden46.
44
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/BtL-Kraftstoff, vom 15.03.2009
45
FRITSCH, B.: Automobilindustrie im Wandel, Norderstedt 2010, S. 53
46
22
Erdgas besteht zu 85 Prozent bis 95 Prozent aus Methan, ist bei
Umgebungsbedingungen gasförmig und hauptsächlich unter Druck in Gasbehältern
gespeichert, daher auch der Name „CNG – Compressed Natural Gas“. Aufgrund der
ähnlichen Werte des Gemischheizwertes, also der Kombination aus dem Heizwert und
dem Luftbedarf, verglichen mit Benzin, ist die Umstellung von Fahrzeugen von
Benzinbetrieb auf Erdgasbetrieb meist unproblematisch47.
Ein großer Vorteil von Gasmotoren gegenüber Motoren mit Flüssigkraftstoffen liegt
an einer gleichmäßigeren Gemischverteilung, da der Kraftstoff bereits gasförmig ist
und sich somit ausgezeichnet mit der angesaugten Luft vermischen kann. Dadurch
entstehen weniger Verbrennungsrückstände, was wiederum zu Folge hat, dass das
Motoröl nicht so schnell verschmutzt und somit länger verwendet werden kann, dass
die Geräuschemission deutlich sinkt und am wichtigsten, es deutlich weniger
Schadstoffe erzeugt. Dennoch bleiben alle Problembereiche die prinzipiell mit der
Verwendung von Gas verbunden sind, wie etwa das Akzeptanzproblem, oder die
Angst vor Explosionen, bestehen48.
Im Kfz-Bereich wird Erdgas noch nicht all zu lange als alternativer Kraftstoff
eingesetzt, in Deutschland beispielsweise erst seit Mitte der 1990er Jahre. Dadurch
befindet sich die Infrastruktur von Erdgastankstellen noch im Aufbau, und so wird
momentan die bivalente Nutzung des gleichen Motors sowohl für Erdgas als auch
Benzin weitgehend vorgezogen. Dadurch kann zwar die etwas höhere Oktanzahl von
Erdgas nicht voll ausgeschöpft werden, aber es schadet dem Motor auch nicht49. Bei
einem, rein auf Erdgas ausgelegtem Motor versprechen die Hersteller jedoch sogar
einen Leistungszuwachs von 15 Prozent50.
Einige Autohersteller bieten schon Erdgas Autos ab Werk an, aber auch eine
Umrüstung von einer Fachwerkstatt ist möglich. Je nach Auto kostet so eine
nachträgliche Umrüstung von 2.500 Euro bis 4.000 Euro. Das scheint vielleicht im
ersten Moment recht viel, aber nach zwei bis drei Jahren bei einer jährlichen
Fahrleistung von etwa 20.000 Kilometer amortisiert sich eine solche Investition.
Einzig der Zulandungsverlust im Kofferraum ist in Kauf zu nehmen, sofern eine
Unterfluranbringung der Gastanks aus bautechnischen Gründen nicht möglich sein
sollte.
47
48
49
50
PROSCHKA, A.: Vergleichende Analyse zu hybriden Antrieben weltweit agierender Automobilhersteller,
Norderstedt 2010, S. 13
23
Zum Thema Sicherheit bescheinigte der TÜV Bayern Sachsen bereits im Jahr 1995 in
einer Informationsbroschüre: „Sicher wie ein Benziner oder Diesel.“ … „Fahren mit
Erdgas ist genauso sicher wie mit Benzin und Diesel, die Brand- oder
Explosionsgefahr ist sogar geringer.“51
4.2.2 Autogas
Autogas, ein Gemisch aus Propan und Butan zu gleichen Teilen, entsteht bei der
Aufbereitung von Erdgas genauso wie auch beim Raffinerieprozess von Erdöl. Je nach
Land kann es auch Treibgas, Flüssiggas oder auch einfach LPG, also „Liquified
Petroleum Gas“ genannt, wobei sich LPG als internationale Bezeichnung durchgesetzt
hat.
Bis auf seine Dichte unterscheidet sich das Autogas nicht nennenswert von Benzin. Es
hat einen ähnlichen Heizwert, der Luftbedarf und somit der Gemischheizwert sind
ziemlich gleich, und mit 98 Oktan, ist auch die Klopffestigkeit vergleichbar52.
Die Molekularstruktur zeigt sich bei weitem nicht so komplex wie es bei Mineralölen
der Fall ist, sprich der Reinheitsgrad von Autogas ist relativ hoch, womit sich eine
„sauberere“ Verbrennung erzielen lässt und ebenfalls eine fast unbefristete Lagerung
möglich ist. Ähnlich wie beim Erdgas sinkt dadurch auch die Umwelt- und auch die
Geräuschemission deutlich und auch die Langlebigkeit der Motor und des Motoröls
wird positiv beeinflusst.53
Die Autogastechnik hatte ihre Anfänge beim Einsatz
flüssiggasbetriebener
Niederflurfahrzeuge, wie zum Beispiel bei Gabelstaplern, da sie durch ihre
Schadstoffarmut auch in geschlossenen Räumen betrieben werden durften. Seit einigen
Jahren nimmt die Bedeutung an Autogas in Europa jedoch zu, was sich auch in Zahlen
ausdrücken lässt. Alleine in Deutschland stieg die Anzahl der LPG-Tankstellen in nur
8 Jahren von 200 auf über 3.500 Tankstellen an und mittlerweile fahren in Europa
geschätzt über 5 Millionen, mit Flüssiggas betriebene Fahrzeuge umher, wobei die
Spitzenreiter Italien und Polen mit je knapp 2 Millionen Fahrzeugen sind.54
Flüssiggas wird üblicherweise in flüssiger Form gespeichert, jedoch im gasförmigen
Zustand der Verbrennung zugeführt, damit ein homogeneres Gemisch entstehen kann.
Um das Autogas von einem Aggregatzustand in den Anderen zu überführen, bedarf es
51
52
53
BÜHLER, O.-P. A.: Omnibustechnik, Wiesbaden 2000, S. 282
54
24
eines so genannten Verdampfers, der meist auch gleich für die richtige Dosierung der
Treibstoffmenge verantwortlich ist. Erst die neuesten Systeme versuchen es, das
Flüssiggas auch ohne den Verdampfungsprozess, also im flüssigen Zustand, effizient
nutzen zu können.
Zum Umrüsten benötigt vorzugsweise einen Auto mit einem Ottomotor, 1.000 bis
3.000 Euro und man sollte aus Platzgründen auf sein Reserverad verzichten können,
mehr nicht. Der Einbau ist weitgehend unproblematisch und wird von vielen
Fachwerkstätten angeboten. Die Amortisationszeit schwankt sehr von Auto zu Auto
und kann zwischen 40.000 Kilometer und 80.000 Kilometer liegen, für ein
Mittelklassefahrzeug rechnet man grob mit 60.000km55.
Auch dem Autogas wir vom TÜV kein erhöhtes Sicherheitsrisiko nachgesagt, was vor
allem an den ausgeklügelten Sicherheitssystemen des Tanks zuzuschreiben ist, welcher
sich noch dazu in 95 Prozent der Fälle recht geschützt in der Reserveradmulde des
Fahrzeugs befindet56. Auch das Gas, welches an sich komplett geruchlos ist, wird aus
Sicherheitsgründen mit speziellen Substanzen versetzt, damit eventuelle Leckagen
frühzeitig bemerkt werden können, auch wenn Propan und Butan ungiftig sind57.
4.2.3 Bioethanol
Bioethanol lässt sich aus verschiedenen zucker- und stärkehaltigen Pflanzen durch
alkoholische Gärung herstellen, aber auch aus Holz und sonstiger Biomasse. Von der
Technik her gesehen, ist die Verwendung von Bioethanol nicht so unkompliziert wie
andere Benzin-Alternativen, da das Nachrüsten nicht einfach ist. Wegen des sehr
differenzierten Verhältnisses von Treibstoff zur Ansaugluft bei Ethanol und Benzin
müssen größere Änderungen am Motor und an der Motorsteuerung vorgenommen
werden, um den Motor bivalent zu nutzen. Damit amortisiert sich über ein Autoleben
gerechnet eine Umrüstung wirtschaftlich nicht.
Obwohl Bioethanol schon zu Beginn des Automobilzeitalters vor über 100 Jahren als
Kraftstoff eingesetzt wurde, findet es bei der breiten Masse erst langsam Anklang.
Aber auch hier nicht in seiner reinen Form, sondern eher unter dem Namen E85, was
soviel bedeutet, als dass sich der Kraftstoff zu 85 Prozent aus Ethanol und zu 15
Prozent aus Benzin zusammensetzt. Es werden zwar schon seit wenigen Jahren
geringe Mengen von Ottokraftstoffen beigemengt, um die Klopffestigkeit zu erhöhen,
55
Zeozweineutral UG: http://www.greenmotorsblog.de/2011/04/17/gasautos-%E2%80%93-alle-fakten-und-details-zulpg-und-cng-2/, vom 10.06.2011
56
57
GEITMANN, S.: Flüssiggas als Kraftstoff für Fahrzeugantriebe, Norderstedt 2000, S. 8
25
aber eher in einem Ausmaß von 5 Prozent oder weniger, also kaum nennenswert58. Es
gibt jedoch Länder, in denen die Infrastruktur und die Akzeptanz gegenüber
Bioethanol schon sehr weit entwickelt ist, wie zum Beispiel Schweden und Brasilien.
In beiden Ländern bieten über 14 Autohersteller so genannte „Flex Fuel Vehicle“, kurz
auch FFV, an und bereits über 40 Prozent der Neuwagenkäufe fallen auf diese
Fahrzeuge. Volkswagen zum Beispiel hat alleine in Brasilien bis jetzt über 1 Million
solcher Fahrzeuge absetzen können59.
Der Vorteil von FFV liegt darin, dass man tanken kann was man will und das Auto
selbstständig erkennt, welcher Treibstoff zu welchem Anteil gerade getankt wurde und
somit automatisch die Motorsteuerung richtig anpassen kann. Reine E85-Motoren
könnten zwar effizienter arbeiten, jedoch fehlt dazu selbst in Ländern wie Brasilien
und Schweden die entsprechende Infrastruktur, um dem Kunden eine ausreichende
Versorgung garantieren zu können.
Ein Nachteil bei der Verwendung von Ethanol besteht darin, dass es zwar zu einer
Leistungssteigerung des Motors kommt, jedoch der Kraftstoffverbrauch um knapp 30
Prozent höher ausfällt als mit Benzin. Dadurch fällt der Kostenvorteil, den Ethanol auf
den ersten Blick zu bieten scheint, weg. Bei einem Preisvergleich an der Tankstelle
kostet 1 Liter E85-Kraftstoff momentan zwar nur 0,889 Euro 60, aber bei einer
Energieequivalenz von 1 Liter Benzin zu 1,54 Liter E85 kostet die entsprechende
Menge E85, die notwendig ist, um mit 1 Liter Benzin verglichen zu werden über 1,25
Euro61.
4.2.4 Sonstiges
4.2.4.1 Biogas
Ob Biomethan, GreenGas, Bioerdgas oder BNG, gemeint ist immer Biogas in der
gleichen Qualität wie Erdgas.
Bei Biogas handelt es sich in der Regel großteils um Methan und Kohlendioxid, sowie
geringe Mengen von Schwefelstoff, Ammoniak, Wasserdampf und Sauerstoff.
Gewonnen wird es vornehmlich aus landwirtschaftlichem Mähgut, so wie aus Gülle
und organischen Abfällen durch Vergärung in speziellen Biogasanlagen, aber auch die
Vergasung von Biomasse.
58
ROBERT BOSCH GmbH (Hrsg.): Ottomotor-Management, Wiesbaden 2005, S. 34
59
60
Österreichischer Automobil-, Motorrad- und Touring Club: http://www.oeamtc.at/sprit/, vom 15.03.2009
61
CropEnergies AG: http://www.cropenergies.com/de/Home/Magazin_CE_2011-11a.pdf, vom 01.06.2011
26
Biogas hat, wie die Erd- und Autogas, eine relativ hohe Klopffestigkeit, wodurch es
sich für die Nutzung in Verbrennungsmotoren eignet. Trotzdem hat sich Biogas noch
nicht durchsetzen können, obwohl es in den meisten Ländern zu 100 Prozent von der
Steuer befreit ist. Doch auch das wird sich ändern, da der Staat und auch die EU den
Kraftfahrzeug-Markt indirekt erschließen werden, indem immer mehr Biogas dem
fossilen Erdgas beigemischt wird.62
4.2.4.2 Wasserstoff
Wasserstoff gilt derzeit als ein Kraftstoff, welcher vornehmlich in Fahrzeugen mit
Brennstoffzelle eingesetzt werden soll, also für die Energieerzeugung. Doch einige
Automobilhersteller haben sich auch mit der Option befasst, Wasserstoff direkt für
einen Verbrennungsmotor zu nutzen. Die ersten Versuchswagen wurden sogar schon
Ende der 70er Jahre vorgestellt.
Wasserstoff kann theoretisch rein auf Basis der Sonnenenergie beziehungsweise durch
die Elektrolyse von Wasser hergestellt werden, wobei dabei keinerlei schädliche
Nebenprodukte entstehen. Dies ist sogar schon in der Praxis durchaus üblich, die
Anlagen sind aber noch sehr teuer und arbeiten erst nach einer langen
Amortisationszeit lukrativ63.
Das wirklich große Problem neben der wirtschaftlichen und ökologischen Herstellung
von Wasserstoff ist jedoch die extrem aufwendige Speicherung von Wasserstoff im
Auto, da Wasserstoff im flüssigen Zustand schon nur ein Zehntel der Dichte von
Benzin hat, also im gasförmigen Zustand erst recht nicht zu gebrauchen wäre64.
Um Wasserstoff jedoch flüssig lagern zu können, benötigt man unheimlich großen
Druck von über 700 bar in so genannten Kryogentanks um den Treibstoff auf konstant
-253°C halten zu können. Noch dazu ist das Wasserstoffmolekül das kleinste aller
Elemente, wodurch es die meisten Materialstrukturen leicht durchdringen kann und
somit in die Umgebung entweichen könnte. Und da ab einer Wasserstoffkonzentration
von 4 Prozent bis 77 Prozent in der Luft schon eine Zündfähigkeit besteht, wäre das
gerade in Garagen oder sogar in den Hohlräumen der Autos selbst sehr gefährlich und
kann leicht zu Explosionen führen65.
62
DINGEL, O. (Hrsg.): Gasfahrzeuge III, Renningen 2008, S. 26
63
GEITMANN, S.: Wasserstoff & Brennstoffzellen – Die Technik von Morgen, Kremmen 2006, S. 45
64
GEITMANN, S.: Wasserstoff & Brennstoffzellen – Die Technik von Morgen, Kremmen 2006, S. 83
65
27
All das zusammen macht die Konstruktionen der Tanks sehr aufwendig, platzintensiv
und teuer und ist somit momentan noch ein Hauptgrund, warum Wasserstoff immer
noch als Zukunftstechnologie gilt.
Nachrüsten lässt sich diese ganze Technik leider auch nicht so einfach, da der
Aufwand einfach zu groß wäre. Außerdem sind die Motoren vielleicht auf den ersten
Blick nur leicht modifizierte Ottomotoren, welche ganz einfach bivalent betrieben
werden können, in Wirklichkeit jedoch sind es eigens auf Wasserstoff ausgerichtete
Motoren, die als Bonus noch mit Benzin fahren können. Für Fahrzeuge mit
Verbrennungsmotor und Wasserstoff als Treibstoff muss man zwar mit
Leistungseinbußen rechnen, jedoch steigt der Wirkungsgrad um fast 100 Prozent. Dies
resultiert daraus, dass das Wasserstoff-Luft Gemisch im Brennraum eine so hohe
Brenngeschwindigkeit hat und somit eine weitaus günstigere thermodynamische
Wirkung erzielt werden kann66.
Aktuell fahren erst eine paar wenige Testfahrzeuge in Europa umher, eine
Markteinführung ist mittlerweile frühestens 2015 zu erwarten, der große Durchbruch
für die breite Masse wird für 2020 angepeilt67.
Als Fazit aus diesem Abschnitt lässt sich sagen, dass non all diesen Antriebsstoffen
Bioethanol derzeit bereits beigemischt wird, es gibt vom Hersteller direkt beziehbare
Gas-betriebene Fahrzeuge. Die Verwendung von Wasserstoff wäre zwar eine
attraktive Alternative, ist aber derzeit noch mit zu vielen ungelösten Problemen
behaftet.
4.3 Elektrische Alternativen
Elektrische Energie gilt als besonders hochwertige Form der Energie, da sie quasi das
Endprodukt vorhergegangener Umwandlungsprozesse anderer Energieträger darstellt
und aus ihr alle Energieformen erzeugt werden können68.
Weiters bietet Strom den großen Vorteil, dass am Ort der Nutzung keinerlei
Schadstoffe entstehen, was für den Einsatz in Ballungszentren sehr vorteilhaft ist.
Man darf sich jedoch nicht vom Glanz der Technik blenden lassen, denn immerhin
sollte man auch beachten, dass zwar am Ort der Nutzung keine Schadstoffe mehr
66
STEINMÜLLER, K.: Die Zukunft der Technologien, Hamburg 2006, S. 226
67
GEITMANN, S.: Wasserstoffautos, Kremmen 2006, S. 18
68
28
freigesetzt werden, jedoch wird der Großteil an Strom in Kraftwerken erzeugt und in
Batterien gespeichert, womit sich die Stelle an der die Emission auftritt nur verschiebt.
Aber die Entwicklung an elektrischen Alternativen wird vorangetrieben und auch für
den Automobilbereich arbeiten die Forscher bereits seit Jahren auf Hochtouren.
4.3.1 Solarenergie
Die entscheidende Technik für die Nutzung der Sonnenergie verdanken wir der
Entdeckungen des Franzose Alexandre Becquerel vor mehr als 150 Jahren, als er unter
anderem entdeckte, dass sich unter dem Einfluss von Sonnenlicht elektrische
Spannung erzeugen lässt. Dazu benötigt man nur einen elektrisch leitenden Metallstab
den man in eine leitende Flüssigkeit eintaucht.
Mitte der 50er Jahre entdeckte auch die Weltraumbehörde NASA die Solarzellen für
ihre Weltraumsatelliten. Seit 1974 gibt es Solarzellen sogar schon für Jedermann zu
kaufen und seitdem versuchen Bastler aus aller Welt ihre Autos mit Solarenergie zu
betreiben69.
Fotoelektrische Zellen, die auf dem Dach des Autos angebracht werden, können
Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln. An der Unterseite der Zellen wird die
Spannung abgenommen und dann entweder direkt zum Elektromotor geleitet oder
zunächst in einer Batterie gespeichert70.
Der große und offensichtliche Vorteil eines Solarautos bestünde darin, dass man von
fossilen Rohstoffen unabhängig bleibt. Abgesehen von der Problematik der zwingend
notwendigen direkten Sonneneinstrahlung ergibt sich aus der großen Anzahl der
benötigten Zellen ein bisher ungelöstes Platzproblem, da die bisherigen Solarautos
noch nicht sehr leistungsfähig sind. Sie müssten sehr leicht sein, um überhaupt fahren
zu können, bieten daher meist nur Platz für einen Fahrer. und eignen sich derzeit noch
nicht für den Straßenverkehr.71
69
70
71
BRANDENBURG, T.: Das Auto – Was ist Was Band 53 aktualisierte Auflage, Nürnberg 2010, S. 43
HEUCK, K., DETTMANN, K.-D., SCHULZ, D.: Elektrische Energieversorgung – Erzeugung, Übertragung und
Verteilung elektrischer Energie für Studium und Praxis, Wiesbaden 2010, S. 51
Tessloff Verlag (Hrsg.): http://www.wasistwas.de/technik/eure-fragen/autos/link//8046fe4d6c/article/was-ist-einsolarauto.html, vom 12.01.2008
29
4.3.2 Wasserstoff zur Stromerzeugung
Wie Wasserstoff gewonnen wird, was ihn so besonders macht und wie eine
Brennstoffzelle Aufgebaut ist beziehungsweise funktioniert, wurde bereits weiter
Oben schon erläutert.
Der ohne Zweifel sehr viel modernere Umgang mit Wasserstoff als die Verwendung in
Verbrennungsmotoren, ist die Umsetzung von Wasserstoff in Brennstoffzellen.
In diesen müssen keine großen mechanischen Teile bewegt werden, wie zum Beispiel
im Kolbenmotor, und somit auch auf die Schmierung mit Ölen verzichtet werden
kann, entstehen keinerlei Schwefeloxide, keine Kohlenwasserstoffe, kein
Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, sondern es wird reiner Wasserdampf erzeugt72.
In Verbrennungsmotoren mit Wasserstoff als Treibstoff werden nur wenige
umweltbelastende Stoffe freigesetzt. Was darüber hinaus den Einsatz von Wasserstoff
zur Gewinnung von Energie so sinn- und reizvoll macht ist die Tatsache, dass nur ein
einziger Schritt notwendig ist und dadurch der Wirkungsgrad mit über 40 Prozent fast
doppelt so hoch ist, als beim Einsatz von Wasserstoff in Verbrennungsmotoren73.
4.3.3 Batterietechnologie
Elektrische Alternativen zum herkömmlichen Verbrennungsmotor sind zwar schon zur
Genüge vorhanden, jedoch muss die dazu benötigte elektrische Energie irgendwo
gespeichert werden, womit sich die Notwendigkeit der Speicherung in Batterien ergibt.
Es gibt unzählige Arten von Batterien und auch mindestens genauso viele
Anwendungsgebiete, aber für den Automobilbereich eignen sich bei weitem nicht alle.
Manche sind zu schwach, manche zu schwer, viele sind zu groß, andere laden
beziehungsweise entladen nicht schnell genug, die meisten haben sowieso mehr als
eines dieser Probleme. Die Frage ist also, welche Art von Batterie bietet den besten
Kompromiss.
Es gibt zahlreiche Anwendungen für Hochleistungsbatterien im Fahrzeugbereich und
die Auslegung erfolgt entsprechend dem Bedarf bezüglich Leistung, Energie und
Spannungsbereich, alles weitere ergibt sich dann von selbst74.
• Spezifische Leistung (Watt pro Kilogramm): Die spezifische Leistung gewinnt
vor allem dann an Bedeutung, wenn die geforderten maximalen Lade- und
Entladeleistungen kürzer sind. Also gerade bei Start/Stopp-Vorgängen wie sie
72
73
74
HOFMANN, P.: Hybridfahrzeuge – Ein alternatives Antriebskonzept für die Zukunft, Wien 2010, S. 149
30
für die Hybridtechnologie gerne eingesetzt werden, kann die spezifische
Leistung eine große Gewichtung haben.
• Spezifische Energie (Wattstunde pro Kilogramm): Hiermit ist die auf das
Gewicht der Batterie bezogene Energiespeicherfähigkeit gemeint, welche
besonders dann eine Rolle spielt, wenn lange und kontinuierliche Lade- und
Entladevorgänge gefordert sind, wie es auch bei der Kilometerleistung eines
Fahrzeuges sehr wichtig ist.
• Spezifischer Energiedurchsatz (Kilowattstunden pro Kilogramm): Multipliziert
man die beim Entladen und Laden bewegten Energiemengen mit der Anzahl
der Ladezyklen, so erhält man den spezifischen Energiedurchsatz. Für eine
herkömmliche Starterbatterie war der spezifische Energiedurchsatz weitgehend
egal, jedoch wird er für regelmäßige Beschleunigungs- und Bremsvorgänge wie
in Hybridfahrzeugen zu einem entscheidendem Kriterium75.
4.3.3.1 Nickel-Metallhybrid
In den letzten Jahren hat sich das Nickel-Metallhybrid-Batteriesystem, kurz NiMH, als
zuverlässig und leistungsfähig für Hochleistungsanwendungen im Automobilbereich
erwiesen. Jahrelange Tests von Fahrzeugbatterien haben gezeigt, dass die höchsten
Anforderungen bezüglich Leistungsdichte, Robustheit und Sicherheit entsprechen.
Aus elektrochemischer Sicht sind NiMH-Batteriesysteme bereits ausgereift, man
erwartet also keine signifikanten Verbesserungen der Performance, lediglich in der
Optimierung des Gesamtsystems bezüglich Batteriemanagement und Kosten besteht
noch Potenzial76.
Was die NiMH-Batterien gerade für den Fahrzeugbereich so interessant macht ist, dass
es kein generelles Lebensdauerproblem gibt, der „Memory-Effekt“ existiert nicht, es
ist ein hoher spezifischer Energiedurchsatz möglich und das selbst bei niedrigen
Temperaturen. Obendrein handelt es sich um ein robustes System mit einer hohen
passiven Sicherheit.77
4.3.3.2 Lithium-Ionen
Aus Sicht der Performance einer Batterie hat klar die Lithium-Ionen-Batterie, kurz LiIon, die Nase vorn. Im Vergleich zu einer NiMH-Batterie hat eine Li-Ion-Batterie eine
in etwa doppelt so hohe spezifische Energie und eine um 50 Prozent höhere
75
76
77
HOFMANN, P.: Hybridfahrzeuge, Wien 2010, S. 163
31
spezifische Leistung. Da jedoch die Erhöhung der Lebensdauer und die Verbesserung
der Sicherheit die Hersteller noch vor Probleme stellen, ist leider der Reifegrad noch
nicht auf dem Level einer NiMH-Batterie und somit ist dieses Batteriesystem im
Fahrzeugbereich noch nicht einsatzbereit78.
Noch sind reine Elektroautos nicht wirklich attraktiv, da sie in ihrer Reichweite meist
noch drastisch eingeschränkt sind oder die Batterien so groß sein müssen, dass kaum
noch Platz im Kofferraum bleibt. In diesem Bereich können Li-Ion-Batterien punkten,
da sind leicht und kompakt sind. Sie sind jedoch sehr empfindlich, da sie das relativ
instabile Lithiumkobaldoxid als Basis verwenden, welches jedoch nach 3 bis 4 Jahren
an Leistung verliert und auch sehr brand- beziehungsweise explosionsgefährlich ist
falls es ramponiert oder überladen wird. Das lässt sich zwar auch unter Kontrolle
bringen, ist jedoch sehr aufwändig und kostet somit auch in der Herstellung noch zu
viel für einen wirtschaftlich sinnvollen Einsatz.
Die Forscher des jungen Start-up Unternehmen „A123 Systems“, einer Ausgründung
des renommierten Massachusetts Institute of Technology, oder einfach M.I.T.,
versprechen jedoch eine viel effizientere Lösung. Anstatt des Kobaldoxid werden
Nanopartikel aus Lithium-Eisenphosphat mit Spuren anderer Metalle vermengt,
wodurch die Feuergefahr drastisch sinkt, auch im Falle eines Unfalls. Außerdem sollen
die Batterien auch die Lebenderwartung von herkömmlichen Li-Ion-Batterien in den
Schatten stellen, denn anstatt 3 bis 4 Jahre, sollen die Batterien von A123 Systems bis
zu 15 Jahre lang 80 Prozent ihrer Maximalkapazität beibehalten können79.
Solche Versprechen verhalfen dem Unternehmen zu einem der höchst finanzierten
Start-ups der USA und Unternehmen wie General Electric, Motorola, Duracell und
Black & Decker warten interessiert auf die Früchte ihrer Investitionen. General Motors
hat sich sogar ein Mitvertriebsrecht gesichert und plant schon bald die neue
Technologie in Serie herzustellen beziehungsweise einfließen zu lassen80.
4.3.3.3 Blei-Säure
Aus ökonomischer Sicht ist die Blei-Säure-Batterie allen heute bekannten
Batteriesystemen überlegen. Seit Jahrzehnten hat sie sich als gewöhnliche Autobatterie
bewährt. Mit ein paar technischen Modifikationen lässt sich das Leistungsverhalten
78
79
HEISE, C. und HEISE, A.: Technology Review spezial: Auto der Zukunft, Deutschland 2008, S. 64
80
AOL: http://techcrunch.com/2008/08/08/is-the-ipo-window-opening-up-again-a123-systems-files/, vom 06.06.2011
32
von Bleibatterien deutlich verbessern und durch den Austausch von Materialien lässt
sich auch eine erhebliche Verbesserung der Zyklenlebensdauer bewirken.
Doch leider wird das Blei-Säure-System nicht den extremen Anforderungen an
Energiedurchsatz und Zyklenfestigkeit gerecht, wie sie in Hybridfahrzeugen verlangt
wird. Für Start/Stopp-Automaten, wo sie in vielen Fahrzeugen zu finden ist, kann sie
jedoch auf Grund der moderaten Energiedurchsatzforderungen recht gut eingesetzt
werden81.
Als Fazit ergibt sich, dass die Technologien, die selbständig Strom erzeugen, wie eine
Brennstoff- oder Solarzelle, wirtschaftlich noch nicht ausreichend oder praktikabel
genug sind, um zumindest derzeit in der Praxis Verwendung zu finden. Für
Elektrofahrzeuge kommen daher zurzeit nur Batterien zum Einsatz, wobei die Zukunft
voraussichtlich bei den Lithium-Ionen-Batterien liegt, vorausgesetzt es gelingt, die mit
ihnen derzeit noch verbundenen Nachteile in den Griff zu bekommen.
81
33
Motorenkunde
5
MOTORENKUNDE
Egal welchen Treibstoff oder welche Art von Motor in ein Auto verbaut wird, alle
Motoren müssen den in etwa gleichen Anforderungen, um überhaupt eine Chance zu
haben, verwendet zu werden. Die wichtigsten sind82:
• Der Motor muss so klein wie möglich und leicht sein.
• Die Reibungsverluste im Motor müssen minimiert werden.
• Der Treibstoff benötigt einen ausreichenden Energiewert.
• Es müssen die angepeilten Reichweiten ohne Tankstopp erreichbar sein.
• Der Motor muss vom Stillstand bis zur erwarteten Endgeschwindigkeit
stufenlos regulierbar sein.
• Der Antrieb muss Erschütterungen und Bewegungen standhalten, um in einem
Auto eingesetzt werden zu können.83
• Das System muss sicher und zuverlässig sein, um Unfälle zu vermeiden.
• Treibstoff und Motor müssen auch bei widrigen Temperaturen funktionieren.
• Das Antriebskonzept muss dynamisch sein, um ein sicheres Fahren zu
gewährleisten.
• Den gesetzlichen Vorschriften muss entsprochen werden.
• Der Motor muss leise und effizient arbeiten.84
Welche Treibstoffe schaffen alle diese Kriterien und können diese Treibstoffe auch in
genügender Menge bereitgestellt werden? Gibt es dazu auch schon funktionsfähige
Motoren, die allen Anforderungen gerecht werden? In den folgenden Kapiteln wird
versucht, Antworten auf diese Fragen zu finden.
5.1 Der Dieselmotor
Der am 18. März 1858 in Paris geborene Rudolf Diesel, vollendete sein Studium des
Maschinenbau erfolgreich an der Technischen Hochschule München und beschäftigte
sich dort mit der Konstruktion einer Wärmekraftmaschine mit möglichst hohem
Wirkungsgrad. Gemeinsam mit der Maschinenfabrik Augsburg und der Firma F.
Krupp entwickelte er den Dieselmotor in den Jahren 1893 bis 1897.85
82
83
84
85
REIF, K. (Hrsg.): Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe – mit Brennstoffzellen und alternativen
Kraftstoffen, Wiesbaden 2010, S. 29ff
VINTERA, O.: Ein techno-ökonomischer und ökologischer Vergleich zwischen konventionellen und Alternativen
Antrieben, sowie Treibstoffen im Personenkraftwagenbereich – unter dem speziellen Aspekt der Nachhaltigkeit,
Diplomarbeit der Wirtschaftsuniversität Wien, Wien 2006, S. 18 f
MOLLENHAUER, K., TSCHÖKE, H.: Handbuch Dieselmotoren, Berlin 2007, S. 579 f
WUNDERLICH, D.: http://www.dieterwunderlich.de/Rudolf_Diesel.htm, vom 10.01.2008
34
Motorenkunde
Im Prinzip funktioniert der Dieselmotor ähnlich wie der Ottomotor, aber eben nicht
ganz so. Ebenfalls in vier Takte unterteilt, läuft ein Zyklus wie folgt ab86.
Im ersten Takt wird zunächst reine Luft angesaugt und der Kolben fährt auf den
unteren Totpunkt. Im zweiten Takt wird diese Luft durch die Aufwärtsbewegung des
Kolbens auf ca. 30 bis 55 bar verdichtet, wobei sich die angesaugte Luft auf 700 bis
900°C erhitzt. Jetzt erst wird der Dieselkraftstoff in die Brennkammer eingespritzt und
durch die heiße, komprimierte Luft erfolgt die selbstständige Verbrennung des
Dieselkraftstoffes, die so genannte Selbstzündung. Dadurch steigt wiederum der
Innendruck gewaltig an, und der Motor leistet seine Arbeit. Im vierten Takt wird dann,
das entspricht auch dem Ottomotor, das verbrannte Gemisch ausgestoßen87.
In früheren Dieselmotoren, wurde häufig das Vorkammersystem verwendet. In
Verhältnis 1:2 ist der Brennraum hier in die Vorkammer und in den Hauptbrennraum
unterteilt. Die beiden Brennräume sind durch mehrere, verhältnismäßig kleine,
Bohrungen, auch Schusskanäle genannt, miteinander verbunden. Während des zweiten
Taktes, der Verdichtung, wird ein Teil der verdichteten Luft auch in die Vorkammer
gepresst. Der Kraftstoff wird kurz vor dem Erreichen des oberen Totpunktes, in eine
Vorkammer anstatt in den Brennraum des entsprechenden Kolbens eingespritzt,
wodurch auf Grund des Sauerstoffanteils in der Vorkammer eine Teilverbrennung des
eingespritzten Kraftstoffes möglich ist. Beim Kaltstart ist die Vorkammer jedoch zu
kalt, daher ist die Vorwärmung der angesaugten Luft durch eine extra Glühkerze nötig,
das bekannte „vorglühen“. Des Weiteren entsteht durch diese Teilverbrennung eine
hohe Temperatur, die für einen rasanten Druckanstieg sorgt. Durch die Schusskanäle
wird der gesamte Inhalt der Vorkammer in den eigentlichen Brennraum geschossen,
wo erst die eigentliche Verbrennung stattfindet88.
Die Vorteile des Vorkammersystems liegen darin, dass durch den geringen Innendruck
ein weicher Motorlauf ermöglicht wird, sich immer ein gleichmäßiges Gemisch bildet,
ein kurzer Zündverzug stattfindet und eine relativ hohe Maximaldrehzahl erreichbar
ist. Die Nachteile sind der etwas höhere Kraftstoffverbrauch und das „zeitintensive“
Vorglühen.89
86
ROBERT BOSCH GmbH.: Dieselmotor-Management – Systeme und Komponenten 4. Auflage, Wiesbaden 2004, S.
25
87
ROBERT BOSCH GmbH.: Dieselmotor-Management – Systeme und Komponenten 4. Auflage, Wiesbaden 2004, S.
26
88
BRAESS, H.-H. und SEIFFERT, U. (Hrsg.): Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik, Wiesbaden 2007, S. 228
89
MÜLLER, M.: http://www.gleisbau-welt.de/site/motorkunde/dieselmotor.htm, vom 12.01.2008
35
Motorenkunde
Abb. 2: Der Dieselmotor
Quelle:
MÜLLER, M.: http://www.gleisbau-welt.de/site/motorkunde/dieselmotor.htm, vom 12.01.2008
In den meisten Autos mit Dieselmotor ist heutzutage schon ein moderner
Dieseldirekteinspritzer zu finden. Bei der Direkteinspritzung von Diesel wird der
Kraftstoff für die Verneblung mit sehr hohem Druck durch eine Mehrlochdüse im
zweiten Takt in die verdichtete Ansaugluft gespritzt. Auch die Glühkerzen zum Starten
des Motors sind nicht mehr erforderlich, da die Abkühloberfläche des Brennraumes
relativ klein ist und die kalte Ansaugluft beim Starten durch den hohen
Verdichtungsdruck sehr schnell erhitzt wird.
Die Vorteile der Direkteinspritzung liegen im geringeren Wärmeverlust, in der
problemlosen Starteigenschaft bei kaltem Motor sowie im niedrigen
Kraftstoffverbrauch. Die Nachteile sind der raue, harte Motorlauf, auch als „nageln“
bekannt, und der relativ große Zündverzug.
36
Motorenkunde
5.2 Der Ottomotor
Nikolaus A. Otto war der Erfinder und auch Namensgeber des Ottomotors, welcher
nach dem Viertaktprinzip arbeitet. Er wurde am 10. Juni 1832 in Deutschland, als
sechstes Kind einer Bauernfamilie geboren. Seit seiner Kindheit war er ein
technikbegeisterter Mensch und beschäftigte sich schon von klein auf mit der
Funktionsweise von Gasmotoren. Seit 1862 konnte die anfängliche
Freizeitbeschäftigung zu seinem Beruf und begann sich voll und ganz dem
Motorenbau zu widmen. Bekannt wurde er jedoch erst durch den, von ihm erfundenen
4-Taktmotor, dessen erstes funktionierendes Exemplar er 1876 erstmals der
Öffentlichkeit präsentierte90.
Der Motor arbeitet in vier Takten, die in Reihenfolge wie folgt heißen: Ansaugen,
Verdichten, Arbeiten und Ausschieben.
Zu Beginn des Ansaugtaktes öffnet sich das Einlassventil, durch welches, wegen eines
vorherrschenden Unterdruckes im Zylinder, ein Benzin-Luftgemisch in den Raum
oberhalb des Kolbens einströmt. Der Unterdruck entsteht durch die Abwärtsbewegung
des Kolbens und den daraus resultierenden Sog. Sobald der Kolben den unteren
Totpunkt erreicht hat, schließt sich das Einlassventil. Währenddessen hat sich die
Kurbelwelle bereits um 180 Grad gedreht und es folgt der nächste Takt91.
Als nächstes folgt das Verdichten, wofür alle Ventile geschlossen sein müssen. Der
Kolben wird nun wieder nach oben, zum oberen Totpunkt gedrückt. Es kommt zu
einer starken Verdichtung des Gemisches im Zylinder und die Temperatur steigt auf
ca.1.900°C. Auch diesmal macht die Kurbelwelle eine Drehung um 180°.
Sobald die Kompression beendet ist, erzeugt die Zündkerze einen Funken, welcher das
Gemisch sofort entzündet. Dadurch entsteht ein enormer Überdruck, welcher den
Kolben wieder zurück zum unteren Totpunkt bewegt und somit die Kurbelwelle um
weitere 180° dreht. Ab hier arbeitet der Motor schon selbstständig.
Ist der Kolben ganz unten angekommen, öffnet sich das Auslassventil, und das
Ausschieben beginnt. Der Kolben wird durch den Schwung der Kurbelwelle wieder
nach oben geschoben und drängt dabei die verbrannten Gase aus dem Brennraum. Ist
er wieder am oberen Totpunkt angekommen, schließt sich das Auslassventil, das
90
TeleComp Multimedia GmbH: http://www.loreley.de/otto-museum/, vom 10.01.2008
91
ROBERT BOSCH GmbH.: Ottomotor-Management – Systeme und Komponenten 3. Auflage, Wiesbaden 2005,
S.17
37
Motorenkunde
Einlassventil öffnet sich und ein neuer Ansaugtakt beginnt. Auch hier legt die
Kurbelwelle wieder 180° zurück92.
Bei einem vollständigen Zyklus eines Viertaktmotors legt die Kurbelwelle also 720°
zurück. Nur durch ein Schwungrad läuft der Motor relativ ruhig und bei Motoren mit
mehr Zylindern, bei denen die Takte zeitversetzt ausgeführt werden, läuft der Motor
meist noch ruhiger.93
92
ROBERT BOSCH GmbH.: Ottomotor-Management – Systeme und Komponenten 3. Auflage, Wiesbaden 2005,
S.17
93
MÜLLER, M.: http://www.gleisbau-welt.de/site/motorkunde/viertaktmotor.htm, vom 12.01.2008
38
Motorenkunde
Abb. 3: Der Ottomotor
Quelle:
MÜLLER, M.: http://www.gleisbau-welt.de/site/motorkunde/viertaktmotor.htm, vom 12.01.2008
Die Volkswagen AG hat sich überlegt, wie man den Ottomotor effizienter machen
kann und hat die Benzindirekteinspritzung zur Marktreife gebracht, den so genannten
FSI-Motor (Fuel Stratified Injection). Das bereits aus der Dieseltechnik bekannte
System der Direkteinspritzung hält nun auch Einzug bei den Benzinern und hierbei
verspricht sich der Hersteller „einen niedrigen Kraftstoffverbrauch und eine
Motorcharakteristik mit hoher Leistung und agilem Ansprechverhalten. Die FSI-
39
Motorenkunde
Technologie ist der logische Schritt zu einer leistungsstarken sowie
verbrauchsoptimierten Motorengeneration.“94
Bei der FSI-Technologie kommt es zur Einspritzung des Kraftstoffes direkt in den
Brennraum. Mit einem Druck von 30 bis 110 bar dosiert das Einspritzventil die
Kraftstoffmenge millisekundengenau, wodurch der verdampfende Kraftstoff während
des Einspritzvorganges die Zylinderladung deutlich abkühlt. Dies hat zwei Vorteile,
nämlich zum Einen führt das zur Steigerung der Zylinderfüllung, was die
Motorleistung entsprechend ansteigen lässt und zum Anderen wird durch den
Kühlungseffekt die Klopfneigung des Motors verringert, wodurch sich das
Verdichtungsverhältnis der FSI Motoren deutlich höher ausgelegen lässt als bei
herkömmlichen Motoren95.
Die Motoren sind mit zweistufigen Schaltsaugrohren ausgerüstet, die im
Teillastbetrieb eine starke Luftströmung erzeugen und dadurch für einen niedrigen
Kraftstoffverbrauch und eine geringere Abgasemission sorgen, wohingegen bei
Volllast die Luft mit minimalen Verlusten angesaugt wird und der Motor somit eine
Erhöhung an Drehmoment und Leistung erzielen kann.96
5.3 Elektromotor
Für Automobile haben Elektromotoren als Antrieb bemerkenswerte Vorteile. Zum
einen ist die Drehmomentcharakteristik nahezu ideal, da schon ab der Drehzahl Null
annähernd das maximale Drehmoment erreicht wird. Zum anderen könnte man sich,
bei entsprechender Übersetzung, ein Getriebe vollkommen sparen. Immerhin
verbraucht ein herkömmliches Getriebe bei einem Kolbenmotor bis zu 10 Prozent der
Leistung97. Zu guter Letzt erlauben Elektromotoren eine neue Vielfalt an
Möglichkeiten was den Antrieb, die Steuerung der einzelnen Räder aber auch der
Energierückgewinnung angeht. Ob Allradantrieb, elektronisch steuerbare
Stabilisierung oder der Verzicht auf die mechanische Bremse, mit dem richtigen
Konzept und dem passenden Motor kann man
das alles verwirklichen98.
Es gibt viele verschiedene Elektromotoren, aber fast alle arbeiten nach dem gleichen
Prinzip. Ganz grob und einfach gesagt „beruht es auf der magnetischen Anziehung und
94
Porsche Austria GmbH & Co OG: http://www.audi.at/tech.php?c=fsi, vom 12.01.2008
95
SPICHER, U. (Hrsg.): Direkteinspritzung im Ottomotor IV, Renningen 2003, S. 164
96
Porsche Austria GmbH & Co OG: http://www.audi.at/tech.php?c=fsi, vom 12.01.2008
97
98
40
Motorenkunde
Abstoßung zwischen einer von Strom durchflossenen beweglichen Spule und einem
feststehenden Magneten.“99
1819 entdeckte der dänische Physiker und Philosoph Hans Christian Ørsted das
Phänomen des Elektromagnetismus. Bereits im gleichen Jahr veröffentlichte Michael
Faraday seine Arbeitsergebnisse über "elektromagnetische Rotation". Bei dieser
Konstruktion rotiert ein elektrischer Leiter um einen festen Magneten und im
Gegenexperiment ein beweglicher Magnet um einen festen Leiter100.
Im Jahr 1834 entwickelte Hermann Jacobi in Potsdam den ersten praxistauglichen
Elektromotor und baute den 220 Watt starken Motor 1838 in Sankt Petersburg in ein
Boot ein, das für sechs Personen zugelassen war101.
Damit war die Grundlage für einen elektromotorischen Antrieb bekannt und soweit
entwickelt, dass er zur Anwendung gebracht werden konnte.
Im Jahre 1861 entwickelte Ányos Jedlik die Dynamomaschine, die dann 1866 von
Werner von Siemens im Jahre 1866 patentiert wurde. Sie ermöglichte erstmals eine
Erzeugung elektrischer Energie in größerem Umfang. Nach diesem Durchbruch
gelangte der Elektromotor zu einer breiten, praxistauglichen Anwendung.102
Weiterführend werden in nächsten Unterkapiteln die wichtigsten Modelle von
Elektromotoren für den Automobilen Einsatz vorgestellt und näher beschrieben näher
beschrieben.
5.3.1 Gleichstrommotor
Ein unbeweglichen Teil, der Stator, und ein drehbar gelagerter Teil, der Rotor
zeichnen diese Maschine aus. Die meisten Gleichstrommotoren sind als Innenläufer
ausgeführt, der Rotor ist der innere Teil ist, der Stator der äußere. Beim Außenläufer
ist das genau umgekehrt103.
Betrachtet man konventionellen Gleichstrommaschinen, so ist festzustellen, dass der
Stator aus einem Elektromagneten besteht, bei kleineren Maschinen aus einem
Permanentmagneten. Der Rotor wird bei konventionellen Maschinen auch Anker
genannt104.
99
100
EDUCATION HIGHWAY Innovationszentrum für Schule und Neue Technologie GmbH:
http://home.eduhi.at/just4fun/sites/elektromotor.htm, vom 09.01.2008
GREINER, W.: Klassischer Elektrodynamik, Frankfurt am Main 2008, S. 489
101
KLEINHOLZ, J.: http://www.elektro-motoren.org/elektromotoren/, vom 10.06.2011
102
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromotor, vom 13.03.2009
103
FISCHER, R.: Elektrische Maschinen, München-Wien 2006, 32f
104
FISCHER, R.: Elektrische Maschinen, München-Wien 2006, 33
41
Motorenkunde
Abb. 4: Gleichstrommaschine
Quelle:
Wikimedia Foundation Inc.:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a8/Gleichstrommaschine.svg, vom
10.03.2009
Nun muss der Motor seine Leistung entfalten, dafür werden eine oder mehrere Spulen
auf dem Anker in einem magnetischen Feld so platziert, dass ein Drehmoment
entsteht. Die Wicklungen des Ankers werden hierzu über einen Polwender
angeschlossen.
An dem Polwender sind die Schleifkontakte so angeordnet, dass sie während der
Drehung die Polung der Ankerwicklungen folgendermaßen wechseln, dass diejenigen
Wicklungen von in Strom entsprechender Richtung durchflossen werden, die sich quer
zum Erregerfeld bewegen105.
Als Schleifkontakte dienen Bürsten, welche aus einem Material gefertigt sind, welches
eine verschleißarme gute Kontaktierung bietet. In der Praxis wird oft selbst
schmierender Graphit (teilweise gemischt mit Kupferpulver) verwendet; für kleinere
Motoren kommen auch gerne Edelmetall-Bürsten zum Einsatz106.
Gleichstrommaschinen zeichnen gutes Anlaufverhalten und gute Regelbarkeit aus.
105
106
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromotor, vom 14.03.2009
42
Motorenkunde
5.3.2 Drehstrommotor
Ein Drehstrommotor wird mit Dreiphasenwechselstrom bzw. „Drehstrom“ betrieben.
Diese Stromart führt in drei getrennten Leitern jeweils eine eigene periodisch
wechselnde Spannung, deren zeitliche Abläufe gegenüber den anderen beiden
Leiterspannungen um jeweils 120° vor- bzw. nachlaufend versetzt sind. Speist man
also drei Elektromagnet-Spulen mit jeweils einer Leiterspannungsphase des
Drehstromsystems, dann wird in jeder Spule ein Magnetfeld erzeugt, dessen zeitlicher
Ablauf genauso wie der Spannungsverlauf gegenüber den anderen Spulen-Feldern um
eine Drittelperiode versetzt ist107.
Abb. 5: Dreileiter Phasen
Quelle:
LEUSCHNER, U.: http://www.udo-leuschner.de/basiswissen/SB123-phasen.jpg, vom 12.03.2009
Diese drei Spulen sind in einem Kreis zueinander angeordnet, daraus ergibt sich, dass
aus den einzelnen Spulen-Magnetfeldern ein gemeinsames, aufsummiertes Magnetfeld
entsteht, das zwar stets gleich groß ist, seine fortlaufende Richtungsänderung findet
jedoch exakt im Einklang mit der Frequenz bzw. der Perioden-Wiederholung des
Drehstromes statt. Dieses Magnetfeld „dreht“ sich also exakt mit der Geschwindigkeit,
die von der Frequenz vorgegeben ist. Nehmen wir ein Beispiel: Bei 50 Herz dreht sich
das Magnetfeld 50-mal in der Sekunde um sich selbst108.
107
FISCHER, R.: Elektrische Maschinen, München-Wien 2006, 141f
108
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Drehstrommotor, vom 11.03.2009
43
Motorenkunde
Abb. 6: Drehstromgenerator
Quelle:
Raumenergiefördergesellschaft:
http://www.rafoeg.de/10,Forschungsprojekte/20,Generatoren/Images/drehstromgenerator_schema.jpg, vom
12.03.2009
Nimmt man einen Magneten, beispielsweise einen Eisenkörper oder einen
Stabmagneten und bringt ihn an einer mittigen Achse in das rotierende Magnetfeld ein,
so wird dieser „Rotor“ mit gedreht. Das Gleiche geht jedoch auch umgekehrt, und
somit kann er mechanische Energie in Drehstrom umwandeln. Diese bietet die
Möglichkeit ihn sowohl als elektrischer Generator als auch als Elektromotor zu
betreiben109.
5.3.3 Reluktanzmotor
Ein Reluktanzmotor ist eine andere Bauform des Elektromotors, bei dem der Rotor aus
einem weichmagnetischen Material besteht - also keine Permanentmagnete, sondern
Materialien wie beispielsweise Eisen - und der Stator die Magnetspulen enthält110. Ein
Reluktanzmotor hat eine unterschiedliche Anzahl Zähne an Rotor und Stator.
Die mit Magnetspulen bestückten „Statorzähne“ werden abwechselnd ein- und
ausgeschaltet und somit ziehen die Zähne mit den unter Strom gesetzten Wicklungen
jeweils die nächstgelegenen Zähne des Rotors an. Sobald der Rotorzahn normal zum
Statorzahn steht, wird die nächste Phase auf einen der anderen Statorzähnen
109
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Drehstrommotor, vom 11.03.2009
110
44
Motorenkunde
eingeschaltet. Somit dreht sich der Rotor auf Grund des geringsten magnetischen
Widerstandes immer weiter111.
Abb. 7: Reluktanzmaschine
Quelle:
Wikimedia Foundation Inc.: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/e/e0/Reluktanzmotor.JPG, vom 12.03.2009
Meistens ist ein geschalteter Reluktanzmotor auf drei oder mehr Phasen aufgebaut.
Sonderbauformen mit nur zwei oder einer Phase sind selten.
Haupteinsatzgebiete eines Reluktanzmotors sind Hochgeschwindigkeitsmotoren, wie
sie zum Beispiel in rein von Elektromotoren angetriebenen Elektrofahrzeugen zu
finden sind. Ihre günstige Herstellung und leichte Ansteuerung machen sie trotz ihres
relativ lauten Lärmpegels besonders reizvoll112.
5.3.4 Brennstoffzelle
Ein herkömmlicher Ottomotor könnte auch mit Wasserstoff betrieben werden, doch
noch besser würde sich Wasserstoff einsetzen lassen, um damit Strom zu erzeugen, da
hier fast keine mechanischen Verluste in Kauf genommen werden müssten. Um aus
Wasserstoff Strom zu erzeugen, werden Brennstoffzellen eingesetzt. Die
Funktionsweise der Brennstoffzelle wurde von Sir William Robert Grove entdeckt,
111
RIEKEN, M.: http://boogaloo.gmxhome.de/GRM_Allg.html, vom 14.03.2009
112
45
Motorenkunde
welcher bereits 1839 feststellte, dass sich mittels Elektrolyse aus Wasserstoff und
Sauerstoff Wasser erzeugen lässt und umgekehrt!113
Abb. 8: Brennstoffzelle
Quelle:
EWE Aktiengesellschaft: http://www.initiativebrennstoffzelle.de/ibz_neu/live/menu_presse/psfile/bild/11/070502gr421c5c4dd832a.jpg, vom 15.03.2009
Für den Kraftfahrzeug-Sektor sind PEM-Brennstoffzellen, also Brennstoffzellen mit
einem Polymer Elektrolyt Membran besonders geeignet, da für diese Art der
Brennstoffzelle das moderate Temperaturniveau mit 80°C und die hohe Energiedichte
stehen.
Wasserstoff wird auf der Seite der Anode beigeführt und teilt sich mit Hilfe des
Katalysators in negative Ladungsträger und positive Wasserstoffionen. Auf der Seite
der Kathode wird gleichzeitig Sauerstoff, ebenfalls mit Hilfe eines Katalysators, in
zwei negative Sauerstoffionen geteilt. Eine Spannungsdifferenz zwischen der Kathode
und der Anode ist entstanden.
Die positiven Wasserstoffionen werden nun von den negativen Sauerstoffionen
angezogen und diffundieren daher durch die Elektrolytmembran, welche jedoch für
negativen Ladungsträger nicht leitend ist. Diese müssen nun den längeren Weg im
113
LEUSCHNER, U.: http://www.udo-leuschner.de/basiswissen/SB131-04.htm, vom 12.01.2008
46
Motorenkunde
äußeren Stromkreis nehmen, wo sie sich zum Antrieb eines Verbrauchers nutzen
lassen können. An der Kathode angekommen, verbinden sich alle Ladungen wieder
miteinander und es entsteht nichts anderes als Wasser und Wärme in Form von
Wasserdampf.
Das reicht aber noch nicht aus, denn erst wenn mehrere Dutzend solcher einzelner
Brennstoffzellen zu einem so genannten „Fuel Cell Stack“ zusammengefügt werden,
entsteht ein leistungsfähiges Modul114.
Der Vorteil von einem mit Wasserstoff betriebenen Autos wäre ebenfalls wieder die
Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen, doch im Moment wäre diese Aussage noch
falsch. Der Grund dafür ist, dass wir zwar keine fossilen Rohstoffe für die
Fortbewegung brauchen, doch die Herstellung von Wasserstoff benötigt welche,
womit der Aspekt der Umweltfreundlichkeit wieder verworfen werden kann. Lässt
sich Wasserstoff jedoch einmal 100 Prozent umweltfreundlich nur mit Hilfe von
regenerativen Rohstoffen erzeugen, könnte das den Durchbruch für die Brennstoffzelle
bedeuten115.
5.4 Sonstige Motoren
Folgende Motoren haben zwar wahrscheinlich keine große Zukunft in der neuen
automobilen Welt, man kann es jedoch nicht ausschließen, da die Automobilhersteller
schon des Öfteren altbekannte Ideen aufgegriffen und diese zu neuem Ruhm geführt
haben.
5.4.1 Wankelmotor
Der deutscher Ingenieur Felix Wankel wurde im August 1902 geboren und entwickelte
nach Arbeiten in verschiedenen Motorenwerken den Drehkolbenmotor, den er 1959
der Öffentlichkeit vorstellte und welcher bereits 1967 seinen ersten Einsatz in einem
Mazda in den USA hatte.116
Ebenfalls im Viertakt-Ottomotor-Prinzip operiert auch der Wankelmotor, wobei im
Wankelmotor anstelle der Hubkolben dreiecksförmige Kolben/Scheiben sind, welche
in einem in der Mitte leicht eingeschnürtem Oval rotieren. Der jeweilige Arbeitsraum
Wird entlang der Gehäusewand verschoben.
114
115
116
EICHLSEDER, H., KLELL, M.: Wasserstoff in der Fahrzeugtechnik – Erzeugung, Speicherung, Anwendung,
Wiesbaden 2008, S. 9
FREUND, A.: http://www.der-wankelmotor.de/Felix_Wankel/felix_wankel.html, vom 11.08.2008
47
Motorenkunde
Bei der Rotation bildet der dreikantige Kolben mit der Gehäusewand drei Kammern
mit variablem Volumen. In jeder dieser Kammern läuft während einer Kolbendrehung
ein vollständiger Viertakt-Ottoprozess mit Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und
Ausstoßen ab. Somit spielen sich also in den drei Kammern immer drei von den vier
bekannten Arbeitstakten gleichzeitig ab und nach jeder vollen Kolbendrehung hat der
Motor dreimal den kompletten Viertakt-Ottoprozess durchlaufen. Die einzigen
bewegten Teile des Wankelmotors sind die Exzenterwelle sowie der Kolben. Die
Einlass- und Auslassöffnungen werden vom Kolben selbst geöffnet und auch wieder
verschlossen. Die sichelförmigen Kammern ändern infolge der überlagerten Kreis- und
Drehbewegung des Kolbens ihren Rauminhalt und können somit das BenzinLuftgemisch komprimieren und nach der Entzündung wieder Platz für die Explosion
schaffen.
In der folgenden Grafik sind alle vier Takte genau gekennzeichnet und bedürfen keiner
weiteren Erklärung117.
117
VAN BASSHUYSEN, R., SCHÄFER, F. (Hrsg.): Handbuch Verbrennungsmotor – Grundlagen, Komponenten, Systeme,
Perspektiven, Wiesbaden 2010, S. 417
48
Motorenkunde
Abb. 9: Der Wankelmotor
Quelle:
Gemeinde Buchrain: http://www.schulen-luzern.ch/buchrain/mo/b/explosion/wankel.gif, vom 12.01.2008
Natürlich hat auch ein Wankelmotor Vor- und Nachteile. Zu seinen Stärken gehören
die extrem hohe Laufruhe und die sehr geringe Teileanzahl und der geringe
Raumbedarf. Seine Nachteile machten ihn jedoch zu einer seltenen Rasse. Zum einen
wäre die schwere Realisierung eines Dieselmotors zu erwähnen, dann noch der hohe
Fertigungsaufwand und zu guter letzt ein relativ hoher Kraftstoff- und Ölverbrauch.118
5.4.2 Gasturbine (Strömungsmaschine)
Bei Gasturbinen wird mit einem Verdichter komprimierte Luft in eine Brennkammer
gefördert. Bei konstantem Druck wird dort gasförmiger oder flüssiger Brennstoff
118
MÜLLER, M.: http://www.gleisbau-welt.de/site/motorkunde/wankelmotor.htm, vom 11.01.2008
49
Motorenkunde
zugeführt und in einem kontinuierlichen Prozess verbrannt. Die Verbrennungsabgase
expandieren in der Turbine und geben ihre Energie ab. Der größte Teil der
Turbinenleistung (ca. 2/3) dient zum Antrieb des Verdichters, mit dem Überschuss (ca.
1/3) wird bei einem Strahltriebwerk mit Hilfe einer Schubdüse der Vorschub erzeugt
und bei einer Wellenleistungsgasturbine über ein Getriebe eine Arbeitsmaschine
angetrieben119.
Gasturbinen
sind
nach
dem
Strömungsprinzip
arbeitende
Verbrennungskraftmaschinen, die man mit den Otto- und Dieselmotoren vergleichen
kann. Sie verbinden die Vorteile der Strömungsmaschinen wie einfacher Aufbau,
vibrationsfreier Lauf durch fehlende oszillierende Massen, geringes spezifisches
Leistungsgewicht, zeitlich gleichförmiges Drehmoment, höhere Drehzahl mit denen
der „Maschinen mit innerer Verbrennung“120.
Abb. 10: Strömungsmaschine - Gasturbine
Quelle:
Wikimedia Foudation Inc.: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1b/GasTurbine.jpg, vom 10.03.2009
In der folgenden Abbildung sind die Arbeitsabläufe in einem Kolbenmotor denen in
einem Gasturbinentriebwerk gegenübergestellt. Gemeinsam sind beiden
Kraftmaschinen die Vorgänge Ansaugen (a), Verdichten (b), Verbrennen (c,
Wärmezufuhr),
119
120
VAN BASSHUYSEN, R., SCHÄFER, F. (Hrsg.): Handbuch Verbrennungsmotor – Grundlagen, Komponenten, Systeme,
Perspektiven, Wiesbaden 2010, S. 417
Management Center Innsbruck Internationale Hochschulen GmbH:
www.mci4me.at/mci4me/app/download/Theoretische_Einführung.pdf, vom 09.03.2009
50
Motorenkunde
Arbeiten (d) und Auslassen (e).
Abb. 11: Vergleich: Gasturbine - Kolbenmotor
Quelle:
Management Center Innsbruck Internationale Hochschulen GmbH:
www.mci4me.at/mci4me/app/download/Theoretische_Einführung.pdf, vom 10.03.2009
Gegenüber dem Kolbenmotor haben die Gasturbinen jedoch den konstruktiven Vorteil,
dass sie eine reine Rotationsbewegung haben. Weiters findet die Verbrennung in einer
solchen Strömungsmaschine kontinuierlich statt, was bedeutet, dass keine kontrollierte
Schließnadelbewegung für die Einspritzdüse notwendig ist, da diese stets offen ist.121
Mit einer Gasturbine könnte ein Auto zwar auch direkt angetrieben werden, jedoch
liegt die praktischere Anwendung eher in einem Hybridsystem, wobei die Gasturbine
zur Stromerzeugung verwendet wird, um zum Beispiel damit eine Batterie zu speisen.
So kann die Turbine konstant in ihrem effizientesten Drehzahlbereich arbeiten und
somit einen möglichst hohen Wirkungsgrad erreichen122.
5.4.3 Stirling-Motor
Der schottische Geistliche Robert Stirling erfand mit 26 Jahren den Stirlingmotor.
Nach der Dampfmaschine wurde das 1816 das Geburtsjahr der nun zweitältesten
Wärmekraftmaschine. Die zahlreiche Opfer durch Kesselexplosionen der
aufkommenden Hochdruckdampfmaschinen, trieben Stirling an, mit seinem Motor
eine Alternative anzubieten123.
Die erste Blüte erlebte der Stirlingmotor als Einzel-Energiequelle in Privathaushalten
Ende des 19. Jahrhunderts. In den dreißiger Jahren des folgenden Jahrhunderts verhalf
die Firma „Philips“ dem Stirlingmotor zu weiteren Aufschwung.
121
122
123
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Stirlingmotor, vom 22.06.2011
51
Motorenkunde
Mit der Erfindung des Diesel- und Verbrennungsmotors und durch den Zweiten
Weltkrieg wurde die weitere Entwicklung unterbrochen124.
Beim Stirlingmotor wird Gas als Arbeitsmedium in einem geschlossenen Raum
erwärmt. Das sich ausdehnende Gas wird auf einen Arbeitskolben übertragen und in
mechanische Arbeit umgesetzt, danach abgekühlt und wieder komprimiert. Ein
Kreisprozess entsteht. Das Gas bleibt innerhalb des Motors und wird nicht
ausgetauscht. Somit kann der Stirlingmotor abgesehen von einer gegebenenfalls durch
Verbrennung betriebenen externen Wärmequelle, ohne die Emission von Abgasen
arbeiten. Die äußere Wärmezufuhr und anschließende Kühlung des Gases war der
wunde Punkt dieses Motors. Es wurde eine Lösung gefunden, indem die Motoren mit
einer gleichmäßig heißen Zone und einer gleichmäßig kalten Zone ausgestattet
wurden.125
In der folgenden Abbildung sind die 3 allgemeinen Konfigurationen von
Stirlingmotoren abgebildet. Die wesentlichen Module sind dabei gleich und
unabhängig von der Bauausführung gelten auch ähnliche Prozessabschnitte.
Abb. 12: Die 3 prinzipiellen Bauarten von Stirling-Maschinen: Alpha-, Beta-, Gamma-Typ
Quelle:
Karlsruher Institut für Technologie: http://www-ifkm.mach.uni-karlsruhe.de/Html/Project/Stirling/bild4.gif, vom
10.03.2009
124
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Stirlingmotor, vom 22.06.2011
125
Höhere Technische Bundes-Lehranstalt Zeltweg (Hrsg.): http://www.htl-zeltweg.asngraz.ac.at/stirlingmotor/stirlingmotor.htm, vom 11.03.2009
52
Motorenkunde
Heutzutage hat er eine große Bedeutung im Zusammenhang mit Blockheizkraftwerken
und Kraft-Wärme-Kopplungen. Über den Stirlingmotor wird gesagt, sie er sei der
Motor der Zukunft. Auch die Möglichkeit der extremen Miniaturisierung macht den
Stirlingmotor sehr interessant, doch konnte er sich bisher auf breiter Ebene nicht
durchsetzen.
Aber auch im Automobilbereich erlebt hat er dank der Klimadebatte er eventuell seine
Renaissance126, immerhin kann ein Stirlingmotor ab einer Differenz von nur 0,5°C
arbeiten.
Ein Differenz von 70°C – 80°C, was der mittleren Differenz zwischen der Temperatur
des Kühlwassers eines Kolbenmotors und der Umgebungstemperatur vor dem Kühler
entspricht, erscheint also als durchaus brauchbar. Vor allem da diese Energie bei
einem herkömmlichen Kolbenmotor einfach verloren geht, ein stationär arbeitender
Stirlingmotor hingegen Strom für das Bordnetz erzeugen und überdies die
Kühlwirkung in einer noch effektiveren Form realisieren könnte127.
Die unzähligen Einsatzmöglichkeiten, welche bis jetzt in der Kosten-/Nutzenrechnung
der Automobilhersteller durchgefallen sind, werden auf einmal wieder interessant und
könnten bei der Lösung vieler Probleme eines weitaus effektiveren EnergieManagements behilflich sein.
Die beachtlichen Potenziale in der Prozessgestaltung und Prozesskombination werden
wohl zunehmend die Maschinengestalt und deren Prozesse prägen128.
Zurückkommend auf die am Anfang dieses Kapitels gestellte Frage, lässt sich nach
Betrachtung der einzelnen Motoren sagen, dass derzeit keine dieser Varianten
eindeutig bevorzugt wird, sondern der Trend eher in einer Kombination von
unterschiedlichen Konzepten liegt.
Zusammenfassend lässt sich also folgender Schluss ziehen: Die für die allernächste
Zukunft geltende „Lösung“, auf die sich die Automobilindustrie im Wesentlichen zu
einigen scheint, ist das „Hybridfahrzeug“. In Zusammenhang damit ergibt sich
einerseits die Möglichkeit für vielfältige neue Kombinationen in späterer Folge,
anderseits erscheint es derzeit auch als eventuelle Zwischenlösung die beste
Alternative zu sein.
126
127
128
Höhere Technische Bundes-Lehranstalt Zeltweg (Hrsg.): http://www.htl-zeltweg.asngraz.ac.at/stirlingmotor/stirlingmotor.htm, vom 11.03.2009
53
Motorenkunde
Die weitere zukünftige Entwicklung ist jedoch stark abhängig von eventuellen neunen
wissenschaftlichen Erkenntnissen in Bezug auf die Umwelt und die Antriebsstoffe.
54
Was ist „Hybrid“ überhaupt
6
WAS IST UNTER „HYBRID“ ZU VERSTEHEN
Vorweg wäre eine Begriffserklärung sicherlich nützlich, um für Klarheit zu sorgen,
worum es sich bei dem Begriff „Hybrid“ eigentlich handelt.
Generell versteht die Biologie unter Hybriden tierische, sowie pflanzliche Lebewesen,
die aus unterschiedlichen Zuchtlinie, Arten oder Rassen hervorgegangen sind. Also
aus der Sicht der Biologie, wäre wohl eines der ersten, von „Menschenhand“
geschaffene, Hybrid-Fortbewegungsmittel das Maultier. Bereits die Sumerer züchteten
diese Mischung um eine Verbindung der Ausdauer und Genügsamkeit eines Esels mit
der Muskelkraft eines Pferdes zu erreichen129.
Im Bereich der Technik und der Naturwissenschaft begann der Begriff erst ab dem 18.
Jahrhundert eine Bedeutung zu erhalten. In der Technik bezeichnet Hybrid ein System,
welches zwei unterschiedliche Technologien miteinander verbindet, und zwar gilt dies
für alle Disziplinen, von Physik über Chemie bis hin zur Molekularbiologie130.
6.1 Entwicklungsgeschichte des Hybrid im Fahrzeugbau
In dem für unseren Fall interessantesten Bereich, nämlich in der Antriebstechnik,
beginnt die Geschichte des Hybridantriebes erst mit der Erfindung der
Dampfmaschine, also genau genommen schon lange bevor Kraftstoff angetriebene
Autos erfunden wurden. Das „Wattsche Parallelogramm“ gilt als die Maschine mit
dem ersten Hybridantrieb und das schon in den 60er Jahren des 18. Jahrhunderts.
Diese Maschine hatte ein Schwungrad, welches mittels einer stationären Dampfstation
bei Bedarf als Energiespeicher dienen konnte und somit in Phasen schwacher
Leistungsaufnahmen die Drehzahl vor dem Einbruch retten konnte131.
Im 19. Jahrhundert wurde der Hybridantrieb langsam auch für die Schifffahrt genutzt,
da sich mit Hilfe einer Dampfmaschine die prinzipielle Schwäche von Segelschiffen,
nämlich bei Flaute über keinen Antrieb zu verfügen, wirksam überwunden werden
konnte. So entstanden Hybrid-Schiffe mit bis zu 200 Metern Länge, mehreren
meterhohen Masten und Dampfmaschinen mit bis zu 10.000 Pferdestärken132.
Je ausgefeilter jedoch die Dampfmaschinen an sich wurden, desto mehr verschmähte
man Hybride. Erst mit Beginn der ersten Ölkrise 1973 griff man wieder die Idee auf,
den Segelantrieb mit dem konventionellen Motorantrieb der Frachtschiffe zu
kombinieren, was auch teilweise mit bis zu 30 Prozent Einsparung an Kraftstoffkosten
129
LANG, T.: Hybrid, Königswinter 2007, S. 29
130
131
Yospot GmbH: http://autaro.de/oeko_autos/technik/motivation.html, vom 25.06.2011
132
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Binnenschifffahrt, vom 25.06.2011
55
belohnt wurde. Mittlerweile laufen sogar schon Versuche in der Ostsee bis zu 5.000
Quadratmeter große Segel auf Frachtschiffen anzubringen, womit sich Einsparungen
von bis zu 50 Prozent realisieren lassen könnten133. Auch bei U-Booten, Flugzeugen
und Schienenverkehr folgten im Laufe der Zeit mehr oder minder erfolgreiche
Versuche, wirtschaftlich und ökologisch effiziente Hybride zu erschaffen, aber
momentan ist das Wort „Hybrid“ in keinem Bereich so oft zu hören wie in der
Automobilbranche134.
Hier stellte sich schon sehr früh heraus, dass eine Kombination aus
Verbrennungsmotor und Elektroantrieb, zumindest in der Theorie, viel
Einsparungspotenzial zu bieten hat, da hier der Verbrennungsmotor immer in seinem
idealen Wirkungsbereich arbeiten kann und mit der überschüssigen Antriebsleistung,
mittels eines Generators, die Batterien aufladen kann. Das grundlegende Problem der
Hybridtechnik war jedoch nie die Vorteile aus beiden Technologien zu vereinen,
sondern eher wie man es schafft, dass sich nicht auch die Nachteile addieren:
Schadstoffe und begrenzte Ressourcen auf der einen Seite, hohes Gewicht, hohe
Kosten und das Problem der effizienten Speicherung auf der anderen135.
Schon von den Anfängen der Automobilherstellung an etabliert sich der
Verbrennungsmotor keineswegs als uneingeschränkte Antriebquelle. 1901 stellte
Locomobile 1500 dampfbetriebene Autos her. Oldsmobile, seinerzeit der führende
Produzent von Autos mit Verbrennungsmotoren, schaffte es nur auf magere 435
Fahrzeuge. Zur selben Zeit sorgten auch Elektroautos für einen beeindruckenden
Weltrekord, denn sie schlugen den Geschwindigkeits-Weltrekord für motorisierte
Fahrzeuge von 63,1 Kilometer pro Stunde und schafften es auf erstaunliche 105,9
Kilometer pro Stunde136.
Auch Ferdinand Porsche, später einmal einer der berühmtesten und erfolgreichsten
Sportwagenhersteller mit Verbrennungsmotor, erfand als 21-jähriger Mechaniker,
angestellt bei der damalige k. u. k. Hofwagenfabrik Ludwig Lohner in Wien, den
Radnarbenmotor und präsentierte 4 Jahre später das erste Auto der Welt mit
Allradantrieb, da jedes Rad mit je einem Radnarbenmotor versehen wurde137.
Später setzte Ferdinand Porsche auch auf Hybridantrieb, aber der technische Aufwand
und das enorme Gewicht der doch eher leistungsschwachen Batterien verhinderten den
133
WENZEL, E., KIRIG, A., RAUCH, C.: Greenomics, München 2008, S. 70
134
135
136
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Elektroauto, vom 17.03.2009
137
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Ferdinand_Porsche, vom 12.06.2011
56
damaligen Durchbruch. Seine Renaissance erlebte der Hybridantrieb erst wieder
Anfang der 70er Jahre mit der Ölkrise. Neben General Motors, einem der größten
Autohersteller aller Zeiten, entwickelte auch Toyota erste Studien mit Hybridantrieb.
Der Toyota Century GT45, war ein Fahrzeug mit einer Gasturbine, welche ein System
aus 2 Elektromotoren und 20 Batterien mit Strom versorgte. Diese Variante des
Hybriden wurde bis 1985 von Toyota weiterverfolgt, erwies sich jedoch als
Sackgasse138.
Audi war dann der erste Hersteller, welcher 1997 ein serienmäßiges Hybridfahrzeug in
einer offiziellen Preisliste vorweisen konnte. Es handelte sich dabei um den Audi
„duo“, welcher auf Basis des Audi A4, einen 90 Pferdestärken starken Diesel mit
einem 29 Pferdestärken starken Elektromotor und einer rund 10 Kilowatt starke
Batterie in sich vereinte. Vorläufer war der Audi „duo“ aus dem Jahre 1989, welcher
schon damals auf Basis eines Audi 100 einen Reihenfünfzylinder Ottomotor mit 136
Pferdestärken mit einem 13 Pferdestärken Elektromotor kombinierte. Doch auf Grund
des niedrigen Benzinpreises, dem damals noch fehlenden Eifer in der Unterstützung
des Klimaschutzes und der somit fehlenden Nachfrage, wurde die Produktion bereits
1998 wieder eingestellt, und Audi zog sich ganz aus der Hybridtechnik zurück139.
Die Firma Toyota arbeitete weiterhin konsequent am Einsatz des Hybridantriebes und
brachte gerader zu der Zeit, als sich Audi zurückzog, den Prius I auf den asiatischen
Automobilmarkt und zeigte einen neuen Weg zu technischen Lösungen auf.
Honda folgte gleich im Jahre 1999 mit dem Insight auf dem amerikanischen Markt
und somit begann die neue Ära der Hybridfahrzeuge.
6.2 Betriebsarten
Durch einen Hybridantrieb gibt es für den Fahrer neue und zusätzliche Arten und
Möglichkeiten des Fahrens, die er bisher in einem herkömmlichen Kraftfahrzeug nicht
zur Verfügung hatte.
Die verschiedenen Betriebsmodi werden Folgend nur kurz theoretisch, im Kapitel
Sieben dann anhand des „Hybrid Synergy Drive“ von Toyota auch praktisch
vorgestellt.
138
Wikimedia Foundation Inc.: http://en.wikipedia.org/wiki/Toyota_Century, vom 17.03.2009
139
57
6.2.1 Boosten
Beim Boosten kann zusätzlich zum Drehmoment des Verbrennungsmotors bei Bedarf
auch noch das gesamte Drehmoment des Elektromotors auf die Antriebsräder
hinzugefügt werden, was für kurze Zeit einen extra Schub bringt.
Zu diesem Zeitpunkt werden also gleichzeitig Treibstoff als auch Energie aus der
Batterie benötigt, dafür werden die Fahrleistungen deutlich verbessert,
beziehungsweise können trotz Hubraumreduktion Fahrwerte erhalten werden140.
6.2.2 Elektrisch fahren
Wie der Name schon sagt, wird hier das gesamte Fahrzeug alleine von einem
Elektromotor bewegt, wobei das Auto emissionslos und nahezu lautlos fahren kann.
Hierbei steht der Verbrennungsmotor komplett still und es wird nur Energie aus der
Batterie benötigt.
6.2.3 Generatorbetrieb
In diesem Modus wird der Verbrennungsmotor nicht nur zur Fortbewegung des
Fahrzeuges eingesetzt, sondern ein Teil der Leistungsenergie die von ihm ausgehen
wird dazu genutzt, um den Elektromotor zu betreiben und somit die Batterien
aufzuladen.
Hierbei arbeitet der Verbrennungsmotor zwar ganz normal, jedoch wird überschüssige
Energie in Strom umgewandelt, die dann in der Folge wieder das Fahrzeug antreiben
kann. Da somit auch eine permanente Stromzufuhr garantiert ist, kann bei dieser
Variante komplett auf die Lichtmaschine verzichtet werden, da auch das Bordnetz
gespeist werden kann141.
6.2.4 Rekuperation
Bei der Rekuperation wird versucht soviel elektrische Energie wie nur möglich zurück
zu gewinnen, welche sonst nur in Wärme umgewandelt und somit unnutzbar wird.
Sobald der Fahrer bremst, versucht der Elektromotor mit seinem maximalen
Schleppmoment das Auto zum Stillstand zu bringen und gleichzeitig jedoch die
Batterien mit Strom zu versorgen. Sollte das Schleppmoment nicht groß genug sein,
beziehungsweise ist die Bremsung zu abrupt, wird für die restliche Energie weiterhin
eine konventionelle Bremse eingesetzt, wobei diese Energie dann endgültig verloren
geht. Die Bremse bleibt noch immer notwendig, da uns mit den momentan zur
140
BLESSING, U.: http://www.hybrid-autos.info/technik/hybrid-betriebsmodi/, vom 17.03.2009
141
58
Verfügung stehenden Möglichkeiten der Technik nur zirka 50 Prozent der Energie
rekuperiert werden können142.
Im Regelfall sollte jedoch der Einsatz der Bremse nicht mehr notwendig sein und
somit wird nicht nur Energie gewonnen, sondern auch die Feinstaubbelastung gesenkt,
da bei weitem nicht mehr soviel Bremstaub freigesetzt wird.
6.2.5 Segeln
Segeln beschreibt den Zustand, bei dem sowohl der Verbrennungsmotor als auch der
Elektromotor still stehen und nicht arbeiten. Es beginnt, wenn der Fahrer den Fuß vom
Gaspedal nimmt und den Wagen rollen lässt. Nun bremst der Motor und
herkömmliche Autos verlieren einiges an Schwung. Ein Hybrid kann jedoch den
Verbrennungsmotor abschalten, wenn der Fahrer vom Gas geht und sich, nur
verlangsamt vom Widerstand der Luft und der Haftung der Reifen, energieeffizient
weiterbewegen143.
6.2.6 Start/Stopp
Sobald die Steuerung darauf schließt, dass der Fahrer das Fahrzeug zum Halten
bringen möchte, genau in dem Moment wird der Verbrennungsmotor abgeschaltet, um
somit schon etwas Treibstoff zu sparen.
Auch zum Starten des Verbrennungsmotors muss der Fahrer nichts machen, da alles
automatisiert abläuft, das heißt sobald der Fahrer das Bremspedal loslässt und auf das
Gaspedal drückt wird in Bruchteilen einer Sekunde der Verbrennungsmotor wieder
gestartet, ohne das der Lenker etwas davon merkt, er kann also ruckfrei wieder
anfahren144.
6.3 Hybridvarianten
Bei Hybriden gibt es mittlerweile eine Unzahl von verschiedenen Varianten, jeder
einzelne Hersteller versucht individuelle Lösungen zu entwickeln und bewirbt die
Vorteile seines Konzeptes. Dennoch lassen sich Hybridfahrzeuge grob gliedern, und
zwar hinsichtlich ihrer Leistung in Micro-, Soft- und Strong-Hybride und hinsichtlich
ihres Aufbaus in Parallel-, Seriell- und Misch-Hybride.
142
143
144
KREITSCHMAN, U.: http://www.priuswiki.de/wiki/Rekuperation, vom 16.03.2009
Axel Springer AG: http://www.welt.de/motor/article3256117/Dieser-Hybrid-Porsche-kann-segeln.html, vom
17.03.2009
BLESSING, U.: http://www.hybrid-autos.info/technik/hybrid-betriebsmodi/, vom 17.03.2009
59
6.3.1 Gliederung nach Leistung
Streng genommen ist ein Micro-Hybrid gar kein echter Hybridantrieb, da ein solcher
grundsätzlich durch das Vorhandensein zweier unterschiedlicher Antriebsquellen
ausgezeichnet sein muss, was aber hier nicht so ist.
Micro-Hybridfahrzeuge verfügen meist nur über eine Start-Stopp-Funktion und einen
Rekuperationsmotor zum Laden des Starterakkus. Der Elektromotor treibt jedoch nicht
den Antrieb des Fahrzeuges an, sondern ist rein zur Energiegewinnung da. Somit
liegen die Vorteile zu einem konventionellen Antrieb rein in der Kraftstoffeinsparung
durch An- und Auslassen des Motors145.
Dies birgt jedoch auch Nachteile, unter anderem den, dass durch das vermehrte
Anlaufen des Motors logischerweise auch ein höherer Verschleiß der Kurbelwelle
gegeben ist, da diese mit einer reibungsfreien Lagerung auf eine andauernde Rotation
ausgelegt ist. Die Zukunft wird zeigen, wie groß diese Auswirkungen sein werden und
wie sehr sie sich auf die Lebensdauer und die Anfälligkeit des Motors auswirken. Fakt
ist jedoch, dass auf Grund eben dieses erhöhten Verschleißes viele Hersteller
hochwertiger Motoren noch auf eine Start-Stopp-Funktion verzichten, da sie ihren
guten Ruf als Hersteller zuverlässiger Motoren erhalten wollen und dabei sogar das
Risiko eingehen Kunden zu verlieren, die Kraftstoff sparen wollen146.
Elektromotoren in der Kategorie der Micro-Hybride haben meist nur eine Leistung
von 2 bis 3 Kilowatt, ein Spannungsniveau wie das normale Bordnetz von 12 Volt und
bringt im Regelfall zwischen 5 und 10 Prozent Treibstoffersparnis mit sich147.
Bei einem Soft-Hybrid hat der Elektromotor eine rein unterstützende Rolle und
verhilft dem Verbrennungsmotor nur zu einer Leistungssteigerung in Boost-Modus.
Auch hier kann natürlich wieder eine Bremskraftrückgewinnung und einen StartStopp-Funktion beinhaltet sein und ein Verzicht auf die konventionelle Lichtmaschine
ist auch möglich148.
Bei Soft-Hybriden liegt die Leistung des Elektromotors meist schon bei 10 bis 15
Kilowatt, das Spannungsniveau bei 42 bis zirka 150 Volt und es sollten sich im
145
VAN BASSHUYSEN, R., SCHÄFER, F. (Hrsg.): Handbuch Verbrennungsmotor – Grundlagen, Komponenten,
Systeme, Perspektiven, Wiesbaden 2010, S. 1065
146
147
BLESSING, U.: http://www.hybrid-autos.info/technik/hybrid-varianten/, vom 17.03.2009
148
SCHÄFER, H.: Integrierter Starter-Generator (ISG), Renningen 2001, S. 31
60
Normalfall Treibstoffeinsparungen in der Größenordnung von 10 bis 15 Prozent
realisieren lassen. Parallel-Hybridfahrzeuge werden oft als Soft-Hybrid ausgeführt149.
Die auch häufig Voll-Hybrid genannten Konzepte der Strong-Hybride sind auch
schon dank ihres leistungsstarken Elektromotors ohne Hilfe eines Verbrennungsmotors
fähig ein Fahrzeug zu bewegen, einschließlich Anfahren und Beschleunigen. Somit
kann ein Strong-Hybrid lokal sogar 100 Prozent emissionsfrei betrieben werden. Die
Kosten und das zusätzliche Gewicht sind jedoch relativ hoch und sollten auf jeden Fall
mitbetrachtet werden150.
Sie erreichen schon Leistungen von über 15 Kilowatt, ein permanentes
Spannungsniveau über 100 Volt und realisieren Treibstoffeinsparungen von über 20
Prozent. Strong-Hybride bilden auch meist die Grundlage für SeriellHybridfahrzeuge151.
6.3.2 Gliederung nach Aufbau
Bei einem Parallel-Hybridantrieb arbeitet der Elektromotor gemeinsam mit dem
Verbrennungsmotor um das Fahrzeug fort zu bewegen und in mindestens einem
Betriebszustand wirken die die Kräfte beziehungsweise Drehmomente der einzelnen
Antriebe gleichzeitig auf den Antriebsstrang. Diese Art der technischen Umsetzung
ermöglicht sowohl eine schwächere Auslegung des Elektromotors als auch des
Verbrennungsmotors, was wiederum Kosten, Gewicht und Platz spart152.
Parallel-Hybride lassen sich am kostengünstigsten als Soft-Hybrid verwirklichen, von
dem bereits die Vor- und Nachteile erläutert wurden.
Im Gegensatz zu einem Parallel-Hybrid, besteht bei einem Seriell-Hybrid zur
angetriebenen Antriebsachse keinerlei mechanische Verbindung zum eigentlichen
Verbrennungsmotor. Er treibt lediglich einen elektrischen Generator an, welcher
Stromversorger für den Elektromotor ist und die Batterien lädt153.
Da die Fahrleistung unabhängig vom Verbrennungsmotor ist, kann ein viel kleinerer
und schwächerer Verbrennungsmotor eingesetzt werden, der stets in seinem optimalen
Wirkungsbereich arbeiten kann und keinen großen Hubraum oder eine Aufladung zum
149
150
151
152
153
REIF, K. (Hrsg.): Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe – mit Brennstoffzellen und alternativen
Kraftstoffen, Wiesbaden 2010, S. 16
61
Ausgleich von Tälern in der Leistungskurve mehr benötigt. Dafür muss der
Elektromotor das gesamte geforderte Drehmoment bzw. Leistung erbringen, was ihn
dafür wieder etwas großer und schwerer macht154.
Die Vor- und Nachteile sind wiederum bereits im Zuge der Strong-Hybride erläutert
worden.
Ein Misch-Hybrid kombiniert einen teilweise Seriell- und mit einem teilweise ParallelHybrid variabel miteinander und das Ganze sogar noch während der Fahrt
entsprechend den Fahrzuständen. Je nach Bedarf kann entweder nur der
Verbrennungsmotor mit Hilfe des Generators für die Energieerzeugung und den
Antrieb des Elektromotors zuständig sein, oder aber auch mechanisch mit den
Antriebswellen gekoppelt werden und mit Unterstützung des Elektromotors in den
Boost-Modus gehen. Es muss lediglich mittels einer automatisch betätigten Kupplung
zwischen den beiden Betriebsarten umgeschaltet werden, wodurch immer der optimale
Antrieb gewählt werden kann155.
Weiters gibt es auch so genannte Leistungsverzweigte-Hybridantriebe, bei denen ein
Teil der Leistung des Verbrennungsmotors weiterhin für den Antrieb des Fahrzeuges
zuständig ist, der andere jedoch gleichzeitig im Generatorbetrieb das elektrische
System des Autos auflädt, beziehungsweise am Laufen hält156.
154
155
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Hybridelektrokraftfahrzeug, vom 17.03.2009
156
62
Die neue Generation
7
DIE NEUE GENERATION
Neben der Demonstration des Hybridantriebes am Beispiel des Toyota Prius 1, erfolgt
auch die technische Beschreibung anderer, zukunftsweisender Fahrzeugkonzepte. Des
Weiteren wird auch bei diesen eine Übersicht über einzelne Modelle gegeben. Dieser
Überblick zeigt die verwirrende Vielfalt auf, der sich der Kunde stellen muss, aber
auch die für die unmittelbare Zukunft geplanten Weiterentwicklungen, die derzeit
noch nicht auf dem Markt erhältlich sind. Es soll hier nicht beabsichtigt werden, eine
neue Autofachzeitschrift zu erstellen. Vielmehr liegt der Sinn dieser Ausführungen
darin, dass selbst bei genauer Recherche und unter Berücksichtigung aller Faktoren,
die für die Automobilindustrie hinsichtlich zukunftstauglicher Fahrzeuge von
Bedeutung sind, sich derzeit kein eindeutiger Weg abzeichnet, auf dem sich die
Automobilbranche trifft157.
7.1 Der Pionier … Die Erfolgsstory der Toyota Motor Corporation
Vor über einem Jahrzehnt hat Toyota den Prius auf den Markt gebracht und damals
konnte niemand erahnen, was er damit auslösen würde. Doch woher wussten die
japanischen Ingenieure in welche Richtung sich Markt und Branche entwickeln würde
und warum haben es die anderen Hersteller nicht gewusst? Oder war es doch nur
Zufall?158
Kein Vorstandsvorsitzender eines europäischen oder amerikanischen Autokonzerns
würde je eine investitionsintensive Entscheidung treffen von der er wüsste, dass sie
frühestens in 20 Jahren, also bei seinem übernächsten Nachfolger, Früchte tragen
könnte. Es werden hauptsächlich Investitionen getätigt, deren Ergebnis auch sofort
greifbar sind und Ausgaben überschaubar bleiben, was auch ein Mitgrund sein könnte,
warum sich die Automobilbranche der westlichen Welt momentan in einer so
schweren Krise befindet159.
Das Spitzenmanagement eines japanischen Konzerns wie zum Beispiel Toyota
hingegen, sieht seine Hauptaufgabe darin, weit in die Zukunft zu blicken und egal wer
die Lorbeeren dafür erntet, Hauptsache dem Unternehmen wird es auch in Zukunft gut
gehen, frei nach dem Motto: „Wir sind heute der profitabelste Autobauer der Welt.
157
158
159
STEIL, D. (Hrsg.): http://www.focus.de/finanzen/finanz-news/toyota-zukunft-des-elektroautosungewiss_aid_571476.html, vom 22.06.2011
BECKER, H.: Phänomen Toyota, Heidelberg 2006, S. 172
63
Die neue Generation
Was müssen wir tun und welche Weichen müssen wir möglichst bald stellen, um auch
in zwei Jahrzehnten mit Automobilen profitabel zu wirtschaften?“160
Mit diesem nicht primär von absehbaren finanziellen Vorteilen geprägten Vorstoß in
die Bereiche von Entwicklung und Forschung hat Toyota sich einen bleibenden
Ehrenplatz in der Geschichte der Automobilindustrie erworben. Dieses Unternehmen
hat damit eine Entwicklung in Gang gesetzt, deren Ende bis heute noch nicht
abzusehen ist.
7.1.1 Die Entstehung des ersten Serien-Hybridfahrzeuges der Welt
„Gründen Sie Ihre Managemententscheidungen auf eine langfristige Philosophie,
selbst wenn dies zu Lasten kurzfristiger Gewinnziele führen sollte.“161
Dies ist das höchste Firmencredo von Toyota und deswegen rief man auch „Global
21“ ins Leben, wo der Name gleichzusetzen ist mit dem Programm, nämlich
Anforderungen für das Auto des 21. Jahrhunderts zu definieren. Und nach dieser
Philosophie fing man bei Toyota bereits Anfang der 90er Jahre mit den erforderlichen
Überlegungen für das nächste Jahrhundert an, obwohl es zu diesem Zeitpunkt noch
kein Anzeichen einer Umwelt- beziehungsweise Finanzkrise beim Endverbraucher
gab. Das Unternehmen war erfolgreich wie fast nie zuvor, doch die Verantwortlichen
wussten, dass der Zenit des Erfolges erreicht war. So entstand die „Toyota Earth
Charter“, welche die Grundlagenpolitik und das Regelwerk für Vorgehen und
Verhalten für die Zukunft skizzieren soll und bis jetzt unverändert ist162.
160
161
162
64
Die neue Generation
Abb. 13: Die „Toyota Earth Charter“
Quelle:
Toyota Motor Manufactoring (UK) Ltd.: http://www.toyotauk.com/main/download/pdf/European%20%20Policy%20&
%20Earth%20Charter.pdf, vom 20.03.2009
65
Die neue Generation
„Global 21“ wurde jedoch nicht konkret für die Entwicklung eines Hybridfahrzeuges
ins Leben gerufen, vielmehr wurden einfach nur zwei Ziele definiert. Zum einen, sollte
man die Fertigungsmethode für Autos des 21. Jahrhunderts entwickeln, zum anderen
sollte man Entwicklungsmethoden für das Auto des 21. Jahrhunderts erforschen. Das
Team sollte also die Größe des Fahrzeuges minimieren, gleichzeitig aber das
Platzangebot für die Passagiere maximieren. Auch den Verbrauchswert des damaligen
Toyota „Sparmeisters“, dem Corolla, von 8 Litern auf 100 Kilometer sollte deutlich
unterboten werden. Das war der Startschuss für die Entwicklung des Prius I163.
Im September 1993 begann das Team mit seiner Arbeit und schon 3 Monate später
war ein Konzept mit 5 wesentlichen Eigenschaften geboren. Ein längerer Radstand für
einen größeren Innenraum, eine hohe Sitzposition für bequemes Ein- und Aussteigen,
eine aerodynamisch optimierte Karosserie, ein Benzinverbrauch von maximal 5 Litern
und der Einsatz eine neuartigen stufenlosen Getriebes, ein so genanntes Continuously
Variable Transmission, kurz CVT-Getriebe164.
Um jedoch in der weiteren Entwicklung nicht auf vordergründige technische Aspekte
fixiert zu sein, rief der Chefentwickler alle Mitarbeiter des Konzerns zu einer Art
Brainstorming auf, um neuen kreativen Input von „projektfremden“ Köpfen zu
erlangen und entwickelte das Prinzip „Neues Denken durch neue Köpfe“. Dadurch
kristallisierten sich schnell zwei wichtige Begriffe heraus, „Umwelt“ und „natürliche
Ressourcen“. Unter diesen Aspekten erschien ein Hybridantrieb als die beste Lösung,
vor allem da man nicht nur den Betrieb im Fahrzeug selbst, sondern den kompletten
Zyklus von der Herstellung bis zur Entsorgung berücksichtigte. Er bietet eine gute
Mischung aus sparsamem Kraftstoffverbrauch, geringen Emissionen an
Treibhausgasen und Schadstoffen und einer Alltagstauglichkeit, wie sie der Kunde aus
konventionellen Autos gewohnt ist165.
Es wurde beschlossen, für die Tokio Motorshow 1995 ein Konzeptauto zu entwickeln,
was jedoch zugleich auch die Machbarkeitsstudie für die Produktion in Serie sein
sollte. Aus 80 verschiedenen Hybridtypen wurde systematisch ein Motor nach dem
anderen aussortiert, bis sich letztendlich die ideale Kombination gefunden hatte. Die
Entscheidung für den Hybridantrieb einen Ottomotor zu wählen und keinen sparsamen
Dieselmotor, fiel bei Toyota nach umfangreichen Untersuchungen. Unter anderem
163
164
165
66
Die neue Generation
wurde festgestellt, dass ein Liter Diesel um zirka 12 Prozent mehr CO2-Ausstoß
erzeugt als ein Liter Benzin und das in der Entwicklung von Benzinmotor noch viel
mehr Einsparungspotenzial steckt als bei Dieselaggregaten166.
Mit Hilfe eines Dreijahresplanes wurde die Zukunft des, damals noch namenlosen,
Toyota Prius besiegelt. Von der Erstellung des Prototypen, über den Aufbau der
Produktion einer Serienversion, bis zum Einschulen der Werkstätten und dessen
Personal, wurde alles bis ins kleinste Detail geplant, damit Ende 1997 der erste Prius
vom Fließband laufen kann167.
Der Prototyp war auf der Tokio Motorshow erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt
worden und entwickelte zum Shooting Star der ganzen Messe, eine unglaublicher
Motivationsschub für die Entwickler.
Vom Tonmodell bis zum Serienauto vergingen nur 15 Monate, dass war ein
eindeutiger Rekord in der Geschichte von Toyota. Selbstverständlich wurde dabei aber
weder improvisiert noch übereilt gehandelt, Toyota hat sich einfach auf seine
Kernkompetenzen besonnen und auf bereits fertige Komponenten zurückgegriffen168.
So diente der kleine 1,5 Liter Vierzylindermotor, der gerade für den neuen Toyota
Yaris entwickelt wurde, als Antriebsaggregat. Auch die Erfahrung, die Toyota schon
im Bereich der Elektroautos mit dem RAV 4 EV, einer kleinen Sonderserie des RAV
4, welche rein elektrisch angetrieben wurde, sammeln konnte, flossen in den Prius ein,
wobei die beschränkte Größe der Batterie bis zuletzt für Kopfzerbrechen sorgte, da ja
ein ganzer Ottomotor samt Benzintank auch noch untergebracht werden mussten. Um
dieses Problem zu lösen, ging Toyota kurzer Hand ein Joint Venture mit „Matsushita
Electrics“ ein und gründete die Firma „Panasonic EV Energy“. An Ende kam dann
eine Batterie mit einem Volumen von 75 Litern und einem Gewicht von 75
Kilogramm, inklusive Kühlsystem und Steuereinheit, heraus und lieferte eine
Spannung von 273 Volt und eine maximale Leistung von 20 Kilowatt169.
Bis zum Februar 1997 wurden 20 bis 30 Vorserienfahrzeuge gefertigt, ausgiebig
getestet und im Dezember 1997 begann schon die Markteinführung und das erste
seriengefertigte Hybridauto der Welt wurde zu einem sensationellem Preis von nur
2.000.000 japanischer Yen, was dem Preisniveau eines normalen Toyota Corolla
166
167
168
169
KREITSCHMAN, U.: http://www.priuswiki.de/wiki/Hybrid-Batterie, vom 20.03.2009
67
Die neue Generation
entsprach, auf dem asiatischen Markt angeboten. Auf dem europäischen und dem
amerikanischen Markt wurde der Prius erst im Jahre 2000 in seiner bereits
überarbeiteten Version zum Verkauf angeboten und avancierte vor allem in den USA
zum Verkaufsschlager und zum Aushängeschild für Promiente und Kampagnen,
welche sich dadurch ein „grüneres“ Image erhoffen170.
Schon kurz nach seiner Markteinführung gewann der Prius in seiner Heimat den
begehrten Titel des „Auto des Jahres“ und Toyota kam mir der Produktion gar nicht
mehr nach und mittlerweile liegt die Jahresproduktion schon bei über 270.000
Fahrzeugen pro Jahr171.
7.1.2 Die Technik
Über die Entwicklungskosten für den ersten Hybridantrieb des Prius I schweigt Toyota
bis jetzt, sicher ist jedoch, dass alleine mit einem Modell das Investitionsvolumen von
geschätzt einer Milliarde Dollar172 niemals zurück verdient werden kann, schon gar
nicht wenn man mit einem realistischem Absatz von zirka 1.000 Fahrzeugen pro
Monat gerechnet hat. Erst mit dem künftigen Einsatz in mehreren Fahrzeugen im
ganzen Konzern verteilt, wird die Rechnung aufgehen können, doch bis dahin wird
Toyota die neue Technik subventionieren müssen, damit sich überhaupt einmal die
passende Nachfrage nach solchen Fahrzeugen einstellt. Doch die Kosten für solch eine
Grundlagenforschung und für die Entwicklung eines komplett neuen Antriebsystems
erwirtschaften sich bei keinem Unternehmen von heute auf morgen. Toyota hat
momentan einen enormen Vorteil vor der Konkurrenz, denn abgesehen vom
technischen Vorsprung durch die jahrelange Erfahrung mit Hybridantrieben,
unterbietet Toyota jetzt schon alle gesetzlichen Grenzwerte von Abgaswerten, wie sie
erst in den nächsten Jahren zur gesetzlichen Verpflichtung für alle Hersteller werden173.
7.1.2.1 Toyota „Hybrid Synergy Drive“
„Hybrid Synergy Drive“, kurz auch HSD genannt, lautet das Konzept der neuen
Generation von Toyota Hybrid-Fahrzeugen, zu denen auch der Toyota Prius, das
weltweit meistverkaufte Hybrid-Fahrzeug, zählt.
Bislang wurden die Elektromotoren eher als Hilfsaggregate in Hybridfahrzeugen
angesehen und die Höchstleistung wurde immer durch den Benzinmotor zu Verfügung
170
Axel Springer AG: http://www.welt.de/welt_print/article2288546/Toyota-faehrt-allen-davon.html, vom 12.06.2011
171
172
173
KREITSCHMAN, U.: http://www.priuswiki.de/wiki/Abgasnorm, vom 22.06.2011
68
Die neue Generation
gestellt. Im Hybrid Synergy Drive hingegen steht der Elektromotor im Mittelpunkt,
auch dann, wenn es um Leistung geht174.
Natürlich war den Ingenieuren von Toyota auch die Umweltfreundlichkeit ein
Hauptanliegen, die Fahrleistungen des neuen Prius sollte aber mit konventionellen
Autos mithalten können, beziehungsweise diese sogar überbieten175.
HSD ist somit keine Evolutionsstufe des ursprünglichen Toyota Hybrid Systems
„THS“, sondern eigentlich ein eigenständiger und neuer Ansatz. Es wird versucht
höchstmögliche Fahrfreude zu vermitteln und die Umwelt trotzdem weitgehend zu
schonen. HSD kombiniert also Fahrvergnügen und herausragende Fahrleistung mit
möglichst niedrigem Kraftstoffverbrauch, geringen Emissionen und leisem Lauf176.
Die ausgefeilte HSD-Technologie ist konventionellen Antriebskonzepten nicht nur
durch einen äußerst geringen Kraftstoffverbrauch und minimierte Emissionen
überlegen, sondern vielmehr auch durch die genutzte Synergie zwischen dem Elektround Benzinantrieb, wobei während der Fahrt immer ganz automatisch der optimale
Betriebsmodus ausgewählt wird177.
HSD ist ein so genanntes Misch-Hybridsystem, da es die Vorteile des Parallel- mit
denen des Seriell-Hybridsystem verbindet. Es kann nur mit dem Verbrennungsmotor
alleine gefahren werde, nur mit dem Elektromotor angetrieben werden, aber auch
beide Motoren zusammen können für Antrieb sorgen. Des Weiteren ist man mit der
stufenlos variablen Leistungsverzweigung in der Lage, gleichzeitig für Vortrieb, als
auch für die elektrische Versorgung des Fahrzeuges zu sorgen178.
Während des normalen Fahrbetriebs versorgt der Benzinmotor den Generator mit der
Kraft, die er braucht, dem Elektromotor Strom zu liefern, aber auch gleichzeitig über
eine spezielle Kraftweiche die Vorderräder antreibt. Das Verhältnis der
Kraftverteilung wird permanent überwacht und stets so verteilt, dass ein maximaler
Wirkungsgrad gewährleistet ist179.
174
HEIGL, N.: Automobil und Umwelt, Norderstedt 2007, S. 74
175
KREITSCHMAN, U.: http://www.priuswiki.de/wiki/Prius, vom 22.06.2011
176
177
178
179
Toyota Deutschland GmbH:
http://www.toyota.de/innovation/environment/green_technologies/hybrid_synergy_drive.aspx, vom 22.03.2009
Toyota Motor Corporation: http://www.toyota-global.com/innovation/environmental_technology/hybrid/, vom
23.06.2011
69
Die neue Generation
Abb. 14: Hybrid Synergy Drive Energy Monitor – Normaler Fahrbetrieb
Quelle:
TOYOTA FREY Austria Ges.m.b.H.: http://www.hybrid-zukunft.at/img/content/pop_technik_01.jpg, vom 21.03.2009
Wenn Höchstleistungen gefragt sind, wie beispielsweise bei Überholvorgängen, dann
wird automatisch in den Boost-Modus geschaltet. Hierbei bringt die Batterie ihre
gespeicherte Energie noch zusätzlich ins System ein, um Benzin und Elektromotor
wirkungsvoll zu unterstützen. Das Ergebnis ist eine gleichmäßige und dynamische
Beschleunigung180.
180
70
Die neue Generation
Abb. 15: Hybrid Synergy Drive Energy Monitor – Boost-Modus
Quelle:
Wenn man vom Gas geht oder bremst, wird blitzschnell in den Rekuperations-Modus
gewechselt und der Elektromotor wird zum Generator des regenerativen
Bremssystems. Kinetische Energie wird somit in elektrische Energie umgewandelt,
welche dann in der Batterie gespeichert wird181.
181
71
Die neue Generation
Abb. 16: Hybrid Synergy Drive Energy Monitor - Rekuperation
Quelle:
Wenn das Fahrzeug anhält, beziehungsweise in begriff ist anzuhalten, wird
automatisch der Benzinmotor gestoppt. Die Klimaanlage, welche in diesem Fall
elektrisch und nicht mechanisch betrieben wird, und auch sonstige elektrische
Komfort- und Unterhaltungsgeräte laufen jedoch weiter, sodass die Insassen keinerlei
Beeinträchtigung verspüren182. Und damit die Batterie auch stets ausreichend Energie
bereithält um den Motor auch wieder problemlos in Gang zu bringen, wird ihr
182
72
Die neue Generation
Ladezustand bis zu 20 Mal in der Sekunde überwacht. Sobald eine vordefinierte
Grenze unterschritten wird, springt automatisch der Benzinmotor an, um die Batterie
wieder aufzuladen183.
Abb. 17: Hybrid Synergy Drive Energy Monitor – Start/Stopp-Modus
Quelle:
Sofern die Batterien aufgeladen sind und keine extremen Beschleunigungen aus dem
Stand oder der Fahrt erforderlich sind, ebenso wie beim Rückwärtsfahren, wird das
Fahrzeug nahezu geräuschlos und vor allem emissionsfrei von dem Elektromotor
angetrieben. Diese Fähigkeit ermöglicht dem Fahrer eine Form der Rücksichtnahme
auf die Mitmenschen, die mit herkömmlichen benzin- und dieselbetriebenen
Fahrzeugen nicht zu vergleichen ist, denn erstmals macht es das Hybridfahrzeug dem
Fahrer möglich, mit einem einfachen Tastendruck den so genannten „Electric
183
73
Die neue Generation
Vehicle“-Fahrmodus zu aktivieren. So kann zum Beispiel in Wohnsiedlungen,
Parkhäusern oder in der Nähe von Erholungsanlagen so wie Spielplätzen bewusst auf
den Einsatz vom Benzinmotor verzichtet werden184.
Abb. 18: Hybrid Synergy Drive Energy Monitor – Elektrisch fahren
Quelle:
Ein weiterer wichtiger Punkt des HSD ist die Umstellung auf einen
Hochspannungsschaltkreis. Dieser ermöglicht es, die Betriebsspannung des
Elektromotors und des Generators von ursprünglich 274 Volt, wie zum Beispiel im
Prius I, auf 500 Volt zu erhöhen. Bei konstanter Stromstärke führt die höhere
Spannung zu einer höheren Leistung. Bei gleicher zu erzielender Leistung erlaubt die
höhere Spannung hingegen ein Absenken der Stromstärke und damit eine
Minimierung der Leistungsverluste, mithin einen höheren Wirkungsgrad. Somit wurde
184
74
Die neue Generation
es möglich, den Elektromotor mit einer geringeren Stromstärke zu betreiben und auf
diese Art einen erheblichen Beitrag zur erwünschten Effizienzsteigerung zu leisten185.
Noch einen wichtigen Beitrag zur Effizienzsteigerung leistet auch der speziell
abgestimmte Verbrennungsmotor, welcher nach dem Atkinson-Zyklus arbeitet. Es
handelt sich hierbei um eine besondere Ventilsteuerung, wobei die Einlassventile erst
so spät schließen, dass das Benzin-Luft-Gemisches teilweise wieder den Ansaugtrakt
erreicht und von anderen Zylindern wieder verwertet werden kann. Dies erlaubt, einen
Treibstoff mit geringer Klopffestigkeit in einem Motor mit hoher Verdichtung zu
verbrennen, obwohl dass normalerweise zu ungewünschten Fehlzündungen führen
würde. Somit steigt der Wirkungsgrad des Motors und darüber hinaus ist er auch
wirtschaftlicher, da er auch mit normalem Superbenzin fahren kann und nicht das
wesentlich teurere Superplusbenzin benötigt186.
Diese Technik ist nicht neu, im Gegenteil, sie ist nur 10 Jahre jünger als der Ottomotor
selbst, allerdings führt sie zu einem relativ geringen Drehmoment im niedrigen
Drehzahlbereich. Was früher störte, ist bei einem Hybrid jedoch insofern kein Problem
mehr, da genau in diesem niedrigen Drehzahlbereich der Elektromotor sein höchstes
Drehmoment hat und somit den Nachteil wettmachen kann187.
In Verbindung mit ein paar Detailmaßnahmen, wie zum Beispiel der
Gewichtsreduktion und der Verminderung der inneren Reibungswiderstände188, erreicht
der Verbrennungsmotor einen für Ottomotoren untypisch hohen Wirkungsgrad und, in
Ergänzung mit dem großen Elektromotor, stellt einen der besten Hybridantriebe dar,
die derzeit auf dem Markt sind189.
Um all diese Technik im Auto unter zu bringen, ohne dass dabei Platz im Innenraum
verloren geht, hat man sich bei Toyota auch ein bisschen Technik aus dem
Flugzeugbau bedient. Anstatt auf gängige, jedoch schwere und mechanische und
hydraulische Lösungen zurück zu greifen, nutzt man nun die so genannte by-wireTechnik. Dadurch lassen sich viele platzintensive mechanische Teile, wie zum
Beispiel das Lenkgestänge (Drive-by-wire), das Schaltgestänge (Shift-by-wire) und
185
186
REIF, K. (Hrsg.): Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe, Wiesbaden 2010 , S. 30
187
REIF, K. (Hrsg.): Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe, Wiesbaden 2010 , S. 30
188
HEIGL, N.: Automobil und Umwelt, Norderstedt 2007, S. 83
189
Verkehrsclub Deutschland e.V.: http://www.vcd.org/auli_2010_2011.html, vom 23.06.2011
75
Die neue Generation
theoretisch auch das komplette Bremssystem (Brake-by-wire), durch elektrische
Leitungen und Servomotoren ersetzten190.
Um jedoch keine Risiken an der Sicherheit einzugehen, muss jederzeit sichergestellt
sein, dass es zu keinem Ausfall kommen kann, was bei einem mechanischem System
nur der Fall sein kann, falls etwas abbricht. Das sollte so gut wie ausgeschlossen sein.
Ein elektronischer Fehler kann sich hingegen jederzeit einschleichen, was wiederum
fatal für den Fahrer wäre. Ein redundantes System muss geschaffen werden, in dem
die Daten schnell und zuverlässig über mehrere von einander getrennte Leitungen
geschickt werden können, damit der Ausfall eines Kreislaufes durch den Anderen
abgefangen und ersetzt werden kann.
Mit der Technik, die Toyota im HSD einsetzt, lassen sich die Steuerbefehle sogar in
Echtzeit umsetzen, was eine noch nie da gewesene Präzision erlaubt, da sich in
mechanischen oder hydraulischen Steuerungseinheiten unvermeidbar eine
Verzögerung einstellt, hierbei jedoch nicht191.
Zusammenfassend bleibt zu sagen, dass das HSD von Toyota der Technology seiner
Mitbewerber insbesondere durch seine Fähigkeit, in jeder Fahrsituation automatisch
die optimale Betriebsart zu wählen, weit voraus ist: Vom reinen Elektroantrieb,
welcher für höchste Wirtschaftlichkeit sorgt, bis hin zum Boost-Modus, bei welchem
Benzinmotor und Elektromotor mit Batterieunterstützung für eine maximale
Beschleunigung sorgen. Das System weist dem Verbrennungsmotor jeweils seiner
effizientesten Funktion zu und überwacht stetig das Verhältnis der Wirkungsgrade von
Krafterzeugung und Antriebskraftverteilung. Durch den starken Wirkungsgrad und die
hohe Leistung des Elektromotors ist dessen Anteil am Antrieb mittlerweile schon sehr
groß, so dass der Ottomotor in entsprechenden Fahrsituationen schon früher als bisher
vom Antrieb getrennt und gestoppt werden kann, falls er nicht seinen optimalen
Wirkungsgrad erreichen kann. Daraus ergibt sich auch eine Erhöhung der Reichweite
bei rein elektrischem Betrieb.
Nach eigenen Angaben von Toyota wurde dank der über 1.000.000 verkauften
Hybridfahrzeuge der CO2-Ausstoß bereits um mindestens 3.500.000 Tonnen
reduziert192.
190
KREITSCHAMNN, U.: http://www.priuswiki.de/wiki/Prius, vom 22.06.2011
191
192
BETHSCHEIDER-KIESER U., Future Cars, Ludwigsburg 2008, S. 82
76
Die neue Generation
7.1.2.2 „Lexus Hybrid Drive“
Die Geschichte des Hybridantriebes von Lexus ist eng mit der Geschichte von Toyota
verbunden. Lexus wurde erst 1989 gegründet und sollte die Premium-Marke des
Toyota-Konzerns werden. Der Großteil der Luxusmarken kann auf eine meist mehr als
100-jährige Geschichte zurückblicken und somit hat die Konkurrenz schon ein
etabliertes Image. Doch anstatt auf einer gewachsenen Geschichte basiert Lexus auf
einer rein strategischen Entscheidung, da der Erlös aus einer Luxuslimousine, nach
einer Faustformel, der von zehn verkauften Kompaktklassefahrzeugen entspricht. Und
um sich als erste nicht westliche Automarke im Premiumsegment durchsetzen zu
können, war viel Arbeit notwendig und man verschrieb sich der Idee, ein Auto zu
bauen, das sich mit den besten Limousinen der Welt messen kann193.
Mittlerweile verkauft die Marke zirka 500.000 Fahrzeuge im Jahr und liegt gemessen
an den Verkaufszahlen in den USA sogar vor BMW, Mercedes und Audi. Für einen
nicht unerheblichen Teil dieses Erfolges sorgt der Hybridantrieb, welcher bei Lexus
eine ganz spezielle Rolle spielt194.
Bei den meisten Herstellern wird der Hybridantrieb dazu eingesetzt, um zu zeigen wie
benzinsparend und ökonomisch ein bestimmtes Modell fahren kann, meist aber mit
Verzicht auf Fahrspaß und Leistung. Anders bei Lexus, denn hier übernimmt der
Hybridantrieb jeweils den Platz des Topmodells in jeder Baureihe. Natürlich werden
auch hier ein niedriger Verbrauch und ein geringer CO2-Ausstoß angestrebt, allerdings
will man auch zeigen, dass dadurch nicht zwangsläufig auf hohe Leistungen, Luxus,
Komfort und Fahrvergnügen verzichten muss.
Das „Lexus Hybrid Drive“, kurz auch LHD genannt, wurde erstmals 2005 auf den
Markt gebracht. Das LHD basiert auf dem bewährten HSD von Toyota, allerdings mit
deutlich leistungsfähigeren Komponenten. Da hier jedoch noch mehr die Leistung im
Vordergrund steht als bei Toyota, wurde die Betriebsspannung von 500 Volt auf 650
Volt erhöht, um noch konsequenter die Vorteile einer hohen Spannung in punkto
Energieeffizienz nutzen zu können. Des Weiteren liefern die Elektromotoren bei fast
gleich beleibender Größe eine 2,5-fach höhere Leistung als die Elektromotoren vom
Prius195.
193
194
195
BECKER H.: Phänomen Toyota, Heidelberg 2006, S. 197
MV Media GmbH: http://www.motorvision.de/artikel/nachlassender-absatz-bei-toyota-steigende-verkaeufe-beilexus,6514.html, vom 26.06.2011
77
Die neue Generation
Es feierte seine Premiere in einem SUV (Sport-Utility-Vehicle), in einer
Fahrzeugklasse, in der man sich bis dahin über den Kraftstoffverbrauch wenig bis
keine Gedanken gemacht hatte.
Das Ergebnis des ersten Wurfes der neuen Generation ist eine absolute Sensation in
diesem Segment. Lineare Kraftübertragung ohne Schaltpausen, nur 7,6 Sekunden für
den Spurt von 0 auf 100 Kilometer pro Stunde und ein Fahrerlebnis wie in einem
kultiviertem Achtzylinder, allerdings mit dem Verbrauch und den Emissionen eines
gewöhnlichen Vierzylinders.
7.1.3 Angebotene Modelle
7.1.3.1 Lexus GS 450H
Anfang 2006 stellt Lexus den GS 450h als Topmodell für seine Mittelklassefahrzeuge
vor. Die Limousine stellte eine neue Rekordmarke für Hybridantriebe auf, da der GS
450h eine kombinierte Spitzenleistung von unglaublichen 345 Pferdestärken leisten
konnte.
Es wurde eigens ein Ottomotor entwickelt, welcher speziell für den Einsatz in einem
Hybridfahrzeug bestimmt war. Ein Sechszylinder mit 3,4 Liter Hubraum und einer
innovativen Neuerung in Bezug auf die Einspritzung. Die so genannte „D-4S
Einspritzung“ kombiniert die altbekannte Saugrohreinspritzung mit der modernen
Direkteinspritzung, um Wirkungsgrad, Emissionswerte und Verbrauch in allen
Betriebsbereichen zu optimieren. Pro Zylinder besitzt er zwei Einspritzdüsen, eine im
Saugrohr und eine im Brennraum selbst. Da die Benzindirekteinspritzung bei niedriger
Drehzahl und geringer Last keine optimale Gemischbildung erlaubt, in den anderen
Last- und Drehzahlbereichen jedoch effizienter arbeiten würde, kann das
Motorsteuergerät, je nach Drehzahl und geforderter Last selbst entscheiden, welche
Düsen nun aktiv sein sollen und welche nicht. In den Übergangsbereichen, also bei
mittlerer Last, kann sogar mit einer kombinierten Einspritzung gearbeitet werden, um
so Verbrauch und Schadstoffemissionen zu minimieren196. Dies führt außerdem auch
zu einem bemerkenswert breiten Fenster, in dem die volle Leitung des Motors
abgerufen werden kann, der schon alleine 296 Pferdestärken leistet. Aber natürlich ist
auch der Elektromotor noch etwas mehr auf Leistung getrimmt, als schon zuvor im RX
400h und liefert nun unglaubliche 200 Pferdestärken, was einem Leistungszuwachs
von zirka 20 Prozent entspricht.
196
78
Die neue Generation
Wie in allen Hybridmodellen von Lexus kommt auch hier eine Nickel-MetallhybridHochleistungsbatterie zum Einsatz und auch das regenerative Bremssystem ist
ebenfalls bei allen Modellen baugleich.
7.1.3.2 Lexus LS 600H
Als König der Hybridfahrzeuge von Lexus darf sich ohne Zweifel der LS 600h
nennen. Im Spätsommer 2007 gelangte er zu den Kunden nach Europa. Er bietet zum
ersten Mal einen Hybridantrieb in einer Oberklassen-Luxuslimousine an. Eine weitere
Premiere ist der Einsatz eines Ottomotors mit 8 Zylindern in einem Hybridfahrzeug
und eine kombinierte Leistung von 445 Pferdestärken, was die Rekordmarke vom GS
450h nochmals um 100 Pferdestärken übersteigt. Somit weist der Motor das
Leistungsniveau eines Zwölfzylinders mit 6 Litern Hubraum auf, wie ihn die
Konkurrenz in ihren Topmodellen verbaut, jedoch begnügt er sich mit einem
Kraftstoffverbrauch, wie man es eher von Sechszylindern her kennt. Mit nur 9,3 Litern
Durchschnittsverbrauch, liegt er bis zu 40 Prozent unter den anderen Wettbewerbern
und das trotz seines permanenten Allradantriebes197.
Der 5 Liter große Achtzylinder wurde, wie auch schon für den GS 450h, speziell auf
den Einsatz in einem Hybridfahrzeug ausgelegt und verfügt ebenfalls über das D-S4Einspritzsystem, das die Vorzüge von einer Saugrohreinspritzung mit der einer
Direkteinspritzung kombiniert. Mit noch ein paar kleineren technischen Änderungen
leistet der Motor im LS 600h satte 394 Pferdestärken. Auch der Elektromotor wurde
nochmals einer Kraftkur unterzogen und leistet mit Hilfe der Nickel-MetallhybridHochleistungsbatterie bis zu 224 Pferdestärken 198.
197
198
TOYOTA FREY Austria Ges.m.b.H.: http://www.lexus.at/range/ls/hybrid-technology/how-hybrid-works/index.aspx,
vom 25.03.2009
79
Die neue Generation
7.1.3.3 Lexus RX 400h
Angetrieben wird der Lexus RX 400h von einem 3,3 Liter V6-Benzinaggregat mit 211
Pferdestärken und zwei hocheffektiven Elektromotoren mit 167 Pferdestärken
beziehungsweise 68 Pferdestärken, die die zusätzliche Energie einer kompakten
Nickel-Metallhybrid-Hochleistungsbatterie erhalten. Dieser Hybridantrieb mobilisiert
im Boost-Modus dementsprechend die enorme Systemleistung von 272 Pferdestärken
falls nötig und liefert in jeder Lebenslage recht ansehnliche Fahrwerte. Bei
langsamerer Fahrt oder leichtem Anfahren, wird der Lexus, wie auch bei den
Fahrzeugen von Toyota, ausschließlich per Elektroaggregat, also absolut emissionsfrei
angetrieben199.
Schon alleine die Kraft ist beeindruckend, jedoch die Art wie diese Kraft auf die vier
angetriebenen Räder gebracht wird ist noch erstaunlicher. Als erstes SUV verfügt der
RX 400h über einen rein elektrischen Allradantrieb, was soviel heißt, als dass keine
Kardanwelle und auch kein Verteilergetriebe als mechanische Verbindung zwischen
den Vorderachse und der Hinterachse gibt. Für den Antrieb der Hinterräder ist alleine
der Kleinere der beiden Elektromotoren zuständig, welcher sich der gleichen
Energieversorgung bedient wie der andere Elektromotor, aber inklusive Vorgetriebe
und Differenzial nur 41 Kilogramm wiegt und somit erhebliche Gewichtsvorteile mit
sich bringt. Und dank des CVT-Getriebes ist die Beschleunigung linear und ohne
spürbare Übergänge zwischen den Umschaltvorgängen von einem Motor auf den
Anderen. Das stufenlose Getriebe arbeitet ohne Schaltverzögerung und
Zugkraftunterbrechung200.
7.1.3.4 Toyota Auris HSD
Seit September 2010 gibt es das bewährte HSD auch in der Kompaktklasse. Im Toyota
Auris HSD soll Hybridtechnik auch für den etwas kleineren Geldbeutel erschwinglich
werden.
Die Maximale Systemleistung von 136 Pferdestärken wird durch den Einsatz eines 1,8
Liter Benzinmotor mit 99 Pferdestärken in Kombination mit einem 82Pferdestärken
Hochleistungs-Elektromotor verwirklicht201.
199
200
201
TOYOTA FREY Austria Ges.m.b.H.: http://www.lexus.at/range/rx/hybrid-technology/performance/index.aspx, vom
25.03.2009
News Networld Internetservice GmbH (Hrsg.): http://www.autorevue.at/aktuell/halbstromer.html, vom 14.02.2011
80
Die neue Generation
Noch wird der Auris HSD mit einem Nickel-Metallhybrid-Akkumulator ausgeliefert,
der bei einer Geschwindigkeit von 50 Kilometer pro Stunde für eine rein elektrische
Fahrdistanz von 2 Kilometer reicht. Doch bereits in der Modellpflege 2012 soll dieser
einem Lithium-Ionen-Akkumulator weichen, über dessen Leistung allerdings noch den
Mantel des Schweigens liegt202.
Ähnlich wie im Prius 3, kommen auch hier optional Solarzellen zum Einsatz, welche
den Strom für die Standlüftung liefern. Hierbei soll ein Aufheizen der Fahrgastzelle
verhindert werden, ohne dass dabei die Batterie des Auris unnötig angezapft werden
muss203.
Dank des ausgereiften HSD und des geringen Gewichtes des Fahrzeuges schafft der
Auris HSD laut Toyota einen erstaunlich geringen Durchschnittsverbrauch von gerade
einmal 3,8 Liter auf 100 Kilometer mit einem CO2-Ausstoß von nur 89 Gramm pro
Kilometer.
Das Einstiegsmodell von Toyota in die Hybridwelt beginnt bei 22.980 Euro 204 und ist
somit eine kostengünstige Alternative zum Prius 3.
7.1.3.5 Toyota Prius 3
Mittlerweile bietet Toyota den Prius schon in der dritten Generation an. Dank der
Weiterentwicklung des HSD sollen mehr Leistung und weniger Verbrauch die neuen
Merkmale sein. Immerhin gibt Toyota an, fast 90 Prozent des Hybridsystems erneuert
zu haben205.
Der auf 1,8 Liter Hubraum vergrößerte Vierzylinder Benzinmotor leistet 98
Pferdestärken und in Verbindung mit den 80 Pferdestärken des überarbeiteten
Elektromotors bietet der Prius 3 eine maximale Systemleistung von 134 Pferdestärken
und 207 Newtonmeter Drehmoment. Dank einer Gewichtsersparnis der
Antriebskomponenten um 20 Prozent und einer Motordrehzahlsenkung ist trotzdem
ein Durchschnittsverbrauch von 4,7 Liter auf 100 Kilometer zu realisieren, was in etwa
10 Prozent im Vergleich zum Vorgänger entspricht206.
202
203
204
News Networld Internetservice GmbH (Hrsg.): http://www.autorevue.at/aktuell/halbstromer.html, vom 30.06.2011
TOYOTA FREY Austria Ges.m.b.H.: http://www.toyota.at/innovation/design/concept_cars/auris_hsd/index.aspx,
vom 15.02.2011
TOYOTA FREY Austria Ges.m.b.H.: http://www.toyota.at/cars/new_cars/auris/pricelist.aspx, vom 15.02.2011
205
OSTMANN, B.: Auto, Motor und Sport - ECO-Drive I/2009, Stuttgart 2009, S. 88
206
KORNHERR, C.: Autorevue 4a/2009 - Sonderheft Umwelt und Innovation, Wien 2009, S 26
81
Die neue Generation
Der bekannte Nickel-Metallhybrid-Akkumulator soll Energie für bis zu 1,5 Kilometer
rein elektrisches Fahren gut sein und in seiner neuen Form dazu noch mehr
Kofferraum zur freien Verfügung lassen.
Als weiteres Highlight lässt sich im neuen Prius auch ein Schiebedach ordern, welche
mit Solarzellen bestückt wurde, um somit an sonnigen Tagen den System zu mehr
Leistung verhelfen soll, gerade wenn dann die Klimaanlage in vollem Betrieb ist207.
Das Design des Prius 3 wurde nur gering verändert, aber auch hier wurde, wie zum
Beispiel mit den neuen LED-Scheinwerfern, alles Mögliche getan, um den Verbrauch
zu reduzieren.
Zu haben ist der Hybrid-Kassenschlager aus Fernost in Österreich bereits ab 27.276
Euro208 und dürfte somit auch weiterhin so erfolgreich wie seine Vorgänger werden.
7.1.4 Geplante Modelle
7.1.4.1 Lexus CT 200h
Auch Lexus bringt nach den eher oberklassigen Hybridfahrzeugen einen
Kompaktwagen auf Basis des Toyota Prius auf den Markt. Kultiviert und kraftvoll soll
er sein und vor allem soll er ins Premium-Image von Lexus passen.
Wie schon erwähnt, übernimmt der Lexus CT 200h die Basis des Toyota Prius 3 und
wartet ebenfalls mit einen 1,8 Liter Benzinmotor und einem Elektromotor zur
Unterstützung auf. Die maximale Systemleistung liegt mit 136 Pferdestärken nur
knapp über dem Prius, aber dank eines überarbeiteten Fahrwerkes und einer steiferen
Karosserie soll er für merkbar verbesserten Fahrspaß sorgen209.
Für mehr Agilität soll ebenfalls der Sport-Modus sorgen, welcher die elektrische
Lenkung versteift und die Gaspedal-Kennlinie verschärft.
Der Nickel-Metallhybrid-Akkumulator verspricht eine rein elektrische Fahrdistanz von
2 Kilometern bei maximal 45 Kilometer pro Stunde und wird mittels Rekuperation
wieder aufgeladen.
Leichtbau, LED-Technologie, eine durchdachte Aerodynamik und das überarbeitet
LHD ergeben laut Lexus einen Durchschnittsverbrauch von 3,8 Liter auf 100
207
208
209
TOYOTA FREY Austria Ges.m.b.H.: http://www.toyota.at/e-brochures/slot019_tcm303938543.zip/slot019/index.html?webtrendsID=ATDE, vom 15.02.2011
TOYOTA FREY Austria Ges.m.b.H.: http://www.toyota.at/cars/new_cars/prius/pricelist.aspx, vom 15.02.2011
Motor Presse Stuttgart GmbH & Co. KG: http://www.auto-motor-und-sport.de/fahrberichte/lexus-ct-200h-imfahrbericht-edel-kompakter-mit-hybridtechnik-1914574.html, vom 20.10.2010
82
Die neue Generation
Kilometer, was ihn insgesamt sparsamer und trotzdem agiler als den Toyota Prius 3
machen soll.
Ab 29.280 Euro210 wird er ab Anfang des Jahres 2011 in der Basisversion zu haben
sein und will im Markt des Audi A3 und der des BMW Einser um die umweltbewusste
Kundschaft werben.
7.1.4.2 Toyota Prius PHV
Voraussichtlich 2012 kommt der neue Toyota Prius Plug-In Hybrid Vehicle, kurz PHV
zu den Händlern nach Europa, und bereits jetzt sind 500 dieser Fahrzeuge bei
ausgewählten Flottenkunden im Einsatz211.
Der Prius PHV basiert im Wesentlichen auf dem Toyota Prius 3, allerdings wird der
Nickel-Metallhybrid-Akkumulator durch einen Leistungsstärkeren Lithium-IonenAkkumulator ersetzt. Dadurch lässt sich im rein elektrischen Betrieb eine Reichweite
von zirka 20 Kilometer realisieren und auch eine gesteigerte Höchstgeschwindigkeit
von 100 Kilometer pro Stunde. Auf längeren Stecken arbeitet der Prius PHV dann wie
ein normaler Prius 3, also wie ein normales Hybridfahrzeug212.
Um gerade für Kurzstecken immer einen möglichst vollen Akkumulator zur
Verfügung zu haben, ist der Prius PHV zusätzlich noch mit der sogenannten „PlugIn“-Technologie ausgestattet. Diese erlaubt es dem Besitzer sein Fahrzeug an jedem
passendem Stromanschluss unkompliziert in knapp 1,5 Stunden wieder vollständig zu
laden.
Als Durchschnittsverbrauch gibt Toyota 2,6 Liter auf 100 Kilometer an, was fast die
Hälfte des Durchschnittsverbrauches des Prius 3 ist und somit besonders für Käufer
mit einem hohen Kurzstreckenanteil ihrer Fahrten von unter 20 Kilometer interessant
sein wird213.
Offen bleibt noch der Preis, der stark an die Preisentwicklung der Lithium-IonenAkkumulatoren gebunden sein wird. Experten rechnen allerdings bei den momentanen
Preisen mit einem Aufpreis von gut 1.000 Euro zum Standard-Prius 3.
210
TOYOTA FREY Austria Ges.m.b.H.: http://www.lexus.at/range/ct/ct-200h/details/pricelist.aspx, vom 18.01.2011
211
Motor Kurier 07.01.2011, Wien 2011, S. 3
212
213
TOYOTA FREY Austria Ges.m.b.H.: http://www.toyota.at/innovation/design/concept_cars/prius_plugin/index.aspx,
vom 15.02.2011
Motor Kurier 07.01.2011, Wien 2011, S. 3
83
Die neue Generation
Tab. 2:
Toyota Motor Corporation - Übersicht der vorgestellten Kraftfahrzeuge
Quelle:
Gesammelte Daten aus der Arbeit (Kapitel 7.1.3, Kapitel 7.1.4)
TOYOTA FREY Austria Ges.m.b.H.: http://www.toyota.at/, vom 18.04.2011
TOYOTA FREY Austria Ges.m.b.H.: http://www.lexus.at/, vom 18.04.2011
LANG, T.: Hybrid, Königswinter 2007
STAN, C.: Alternative Antriebe für Automobile, Heidelberg 2008
84
Die neue Generation
Man kann dieser Tabelle entnehmen, dass die Technik im Bereich
der
Hybridfahrzeuge schon relativ fortgeschritten ist und sich für unterschiedliche
Autotypen eignet, vom durchschnittlichen Gebrauchsfahrzeug bis zu Luxusmodellen
oder Allradfahrzeugen. Des Weiteren wird auch die Möglichkeit aufgezeigt, hier alle
möglichen Kombinationen von unterschiedlichen Systemen einzusetzen. Damit kann
als erwiesen angesehen werden, dass bei dem heutigen Stand der Technik
Hybridfahrzeuge in der Praxis sowohl alle vom Markt bisher an Automobile gestellten
Anforderungen erfüllen können als auch dem geforderten Umgang mit alternativen
Energieträgern und Schadstoffemissionen entsprechen214.
Soweit sich aus dieser Aufstellung zum jetzigen Zeitpunkt überhaupt eine halbwegs
realistische Bilanz über die Zukunft der Automobilherstellung ziehen lässt, kann man
davon ausgehen, dass die unmittelbare Zukunft dem Hybridauto gehören wird,
zumindest bis andere Techniken besser ausgereift beziehungsweise praxistauglicher
sind.
Zur Untermauerung dieser Schlussfolgerung bedarf es jedoch eines Überblicks über
die Entwicklung neuer Techniken im Motorenbau oder Treibstoffanwendung, die bei
anderen repräsentativen Autoherstellern stattfinden.
7.2 Honda Motor Company
Am Anfang von Honda stand Toyota. 1948 verkaufte Soichiro Honda seine „Tokai
Seiki Heavy Industries“ an die Toyota Motor Company, um mit diesem Startkapital
sein neues Unternehmen, die Honda Motor Company, zu gründen. Heute gilt die
Honda Motor Company als größter Motorenhersteller der Welt und hat eine
Jahresproduktion von 22 Millionen Motoren215. Die Palette der Modelle reicht vom
Zwölfzylinder Formel 1 Motor bis zum Einzylinder 2-Takt Rasenmähermotor.
7.2.1 Die Technik
Spricht man von Hybrid, ist auch heute noch häufig der Prius gemeint.
Als Pionier in der Hybrid Entwicklung schaffte es Toyota, sowohl im KompaktBereich mit dem Prius als auch im Luxus-Segment mit Lexus das öffentliche
Bewusstsein bei den Sparmodellen mit einer Kombination aus Verbrennungsmotor
und Elektromotor zu wecken216.
214
215
216
HAUS DER TECHNIK e.V.: http://www.battery-power.eu/presse/single-news/article/naechster-haltumweltzone.html, vom 26.06.2011
Österreichischer Automobil-, Motorrad- und Touring Club:
http://www.oeamtc.at/netautor/pages/resshp/anwendg/1134333.html, vom 23.07.2009
85
Die neue Generation
Honda betrat 1999, auch schon früh, die „Hybrid-Bühne“ mit einem Konzept, welches
sich wesentlich von Toyota unterschied. Während Toyota auf das Konzept des
Vollhybrids zu setzen, beschränkte sich Honda auf die Mild-Hybrid-Technologie, bei
der der Elektromotor keine alleinige Antriebsleistung übernimmt, jedoch den
Ottomotor unterstützt, woher auch der Name „Integrated Motor Assist“, kurz IMA,
stammt. IMA lässt sich relativ einfach in bestehende Modelle und Plattformen
integrieren und ist somit eine kostengünstigere und somit kundenfreundlichere
Lösung217.
Beim Thema Verbrauchseinsparungen wird vor allem auf die Sensibilisierung des
Fahrzeuglenkers selbst wertgelegt. Schon vor über 20 Jahren hielt der Bordcomputer
mit der Anzeige des Durchschnittsverbrauchs Einzug in die Autos und führte wegen
der Leistungsmotivation der Autofahrer bei Treibstoffverbrauch zu erheblichen
Einsparungen, womit diese Art der Verbrauchsanzeige wahrscheinlich eine der
wirkungsvollsten Kraftstoffspar-maßnahmen der letzten 20 Jahre war. Mit „erhobenem
Zeigefinger“ assistiert im neuen Insight allerdings der „Eco Assist“ dem Fahrer,
dessen wichtigstes Ziel von nun an sein wird, so viele digitale Blumen wie möglich zu
sammeln, die für Kraftstoffsparendes Fahren vergeben werden. Bei unwirtschaftlicher
Fahrweise verwelkt der digitale Garten, bei sparsamer Fahrt jedoch sprießt es in alle
Richtungen. Natürlich sind das nur kleine Schritte in Richtung Umweltbewusstsein, es
handelt sich eher um ein Langzeitprojekt. Sammelt der Fahrer über mehrere Jahre und
tausende Kilometer genügend „Bonuspunkte“, dann leuchtet im Display eines Tages
ein Pokal samt Siegerkranz. Kaufen kann man sich darum zwar nichts, aber der Fahrer
hat dann das befriedigende Gefühl alles richtig gemacht zu haben und wer braucht
schließlich keine Belohnung für Leistung. Außerdem macht diese Art des Feedbacks
auch Spaß und regt den Ehrgeiz des Einzelnen an, auch im Wettstreit mit Freunden218.
217
218
86
Die neue Generation
Abb. 19: Honda IMA - Funktionsweise
Quelle:
Discovery Communications Inc.: http://i.treehugger.com/files/honda-civic-hybrid-02.jpg, vom 07.03.2011
7.2.2.1 Honda Civic IMA
Mit diesem Modell schaffte Honda schon früh den Sprung auf den Hybridmarkt in
Europa. Bereits 2004 fasste Honda mit nur 394 Exemplaren des Honda Civic IMA, nur
für ausgewählte deutsche Händler zu Vorführungszwecken, langsam Fuß in Europa,
seit 2006 jedoch war er bereits in der nächsten Generation für Jedermann unter dem
neuen Namen Honda Civic Hybrid zu erstehen219.
Der Civic Hybrid basiert auf der Plattform des Vorgängermodells und weist ein für die
Kompaktklasse übliches Platzangebot auf: 4,55 Meter lang, 350 Liter
Kofferraumladevolumen und Platz für 5 erwachsene Passagiere. Wie der Insight ist
auch der Civic Hybrid ein Mild-Hybrid, bei dem der Elektromotor den Ottomotor nur
unterstützt, beziehungsweise kann in der neuesten Generation auch schon teilweise für
kurze Strecken oder im langsamen Stadtverkehr alleine den Vortrieb übernehmen.
Auch hier verrichtet ein 1,3 Liter Vierzylinder Benzinmotor, im Civic Hybrid
allerdings mit 95 Pferdestärken und 123 Newtonmeter Drehmoment, seinen Dienst
unter der Motorhaube, welcher von einem 20 Pferdestärken Elektromotor tatkräftig
unterstützt wird, welcher auch hier zwischen dem Ottomotor und dem stufenlosen
CVT-Getriebe sitzt. Hinter der Rückbank befindet sich die Nickel219
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Honda_Civic_IMA, vom 10.01.2011
87
Die neue Generation
Metallhybridbatterie, die eine Spannung von 158 Volt liefert, was allerdings im
Gegensatz zum Insight dazu führt, dass der Civic Hybrid über keine umklappbare
Rückbank verfügt220.
Die Fahrleistung des Civic Hybrid ist am ehesten mit dem eines 1,6 Liter Vierzylinder
Motors vergleichbar, wobei der Durchschnittsverbrauch von 4,9 Liter pro 100
Kilometer beim Modellwechsel nochmals um fast 5 Prozent auf 4,6 Liter pro 100
Kilometer gesenkt werden konnte, womit man laut Hersteller eine Strecke von 1.068
Kilometer mit einer einzigen Tankfüllung schaffen kann. Und mit einem CO2-Ausstoß
von nur 109 Gramm pro Kilometer nimmt der Civic Hybrid in der „Umweltliste 2007“
des Verkehrsclubs Deutschland auch einen Spitzenplatz ein. In Anbetracht dieser
Fakten erhielt Honda 2004 für diesen Hybrid-Motor in der 1,0- bis 1,4-Liter-Klasse
die „Engine of the Year“-Auszeichnung221.
7.2.2.2 Honda CR-Z
Mit dem Honda CR-Z bringen die Japaner nun auch ein Sport-Coupe mit MildHybridantrieb auf den Markt. Er soll sich besonders durch sein sportliches Design vom
Rest der Hybridwelt abheben.
Der Honda CR-Z teilt sich die Plattform mit dem Honda Insight, allerdings wurde
diesmal ein 1,5 Liter i-VTEC Benzinmotor mit dem bereits bewährten IMAHybridsystem gekoppelt. Gemeinsam bringen sie eine maximale Systemleistung von
124 Pferdestärken und 174 Newtonmeter Drehmoment an die Antriebsräder. Trotz
dieser Leistung und des relativ kleinen Elektromotors verspricht Honda einen
Durchschnittsverbrauch von nur 5,0 Liter auf 100 Kilometer222.
Eine weitere Premiere ist das 6-Gang-Schaltgetriebe, welches noch nie zuvor in einem
Hybridfahrzeug Einzug gehalten hat, da alle anderen Hersteller auf ein CVTbeziehungsweise ein Automatikgetriebe als die beste Kombination mit einem
Hybridsystem setzen. Dies soll aber im Honda CR-Z nicht nur optimal funktionieren,
es soll auch noch zusätzlich den sportlichen Charakter unterstreichen223.
Das so genannte „3-Mode-Drive-System“ von Honda bietet dem Fahrer die Auswahl
zwischen drei verschiedenen Fahrmodi, welche in sekundenschnelle per Knopfdruck
ausgewählt werden können. Der Clou, das 3D-Multiinformationsdisplay wechselt den
Farbton passend zum Fahrmodus und so leuchtet die Anzeige im „ECON-Modus“
220
221
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Honda_Civic_IMA, vom 20.08.2009
222
KURIER Zeitschriftenverlag und Druckerei Ges.m.b.H. (Hrsg.): Motor Kurier 16.07.2010, Wien 2010, S. 4
223
Honda Austria Gesellschaft m.b.H.: http://www.honda.at/content/automobile/modelle_crz_hybrid_highlights_antrieb.php, vom 16.02.2011
88
Die neue Generation
grün, blau im „Normal-Modus“ und im „Sport-Modus“ sieht der Fahrer „rot vor seinen
Augen“224.
Der hybride Fahrspaß ist ab 22.200 Euro225 zu haben und soll vor allem eine jüngere
Zielgruppe ansprechen. Zusätzlich hat Honda für das kommende Jahr auch noch eine
stärker motorisierte Variante mit annähernd 200 Pferdestärken angekündigt, womit
dem Anspruch an die Sportlichkeit endgültig ausreichend genüge getan sein sollte.
7.2.2.3 Honda Insight 1
1999 wagte Honda den Einstieg in den noch sehr kleinen und elitären Markt der
Hybridfahrzeuge, allerdings nur in Amerika, da das Design des eigenförmigen
Zweisitzers, seinen experimentellen Charakter offensichtlich mit Absicht
unterstreichen sollte.
Bei seiner Vorstellung war der kleine 995 Kubikzentimeter Dreizylinder Ottomotor
der leichteste in der Einliter-Klasse weltweit. Komplett aus Leichtmetall gefertigt,
leistet er 78 Pferdestärken und ein maximales Drehmoment von 127 Newtonmeter.
Der zwischen Verbrennungsmotor und Kraftübertragung integrierte Elektromotor ist
mit nur 6 Zentimetern Breite sehr schmal und leitet dennoch 13,6 Pferdestärken226.
Hinter den beiden Sitzen befindet sich eine Batterie aus NiMH-Akkumulatoren mit
einer Nennspannung von 144Volt. Während der Beschleunigung oder bei
Bergauffahrten unterstützt der Elektromotor zusätzlich den Verbrennungsmotor; beim
Abbremsen oder Bergabfahren fungiert er als Generator und lädt die Akkumulatoren
mittels Rekuperation. Ein Computer steuert dabei, welche Leistung vom
Verbrennungsmotor erbracht wird und welche vom Elektromotor.
Mit einem Durchschnittsverbrauch von 3,4 Litern auf 100 Kilometer und einer CO2Emission von nur 80 Gramm pro Kilometer war er das erste serienmäßige 3-LiterAuto mit Ottomotor227.
Aber nicht nur der Motor, auch der Großteil der Karosserie ist aus Leichtmetall
gefertigt, was sich in einem Gewichtsvorteil von 40 Prozent im Gegensatz zu einer
entsprechenden Konstruktion aus Stahl niederschlägt und den Honda Insight zu einem
Fliegengewicht mir nur 835 Kilogramm macht. Zusammen mit einem, für
Serienfahrzeuge bis heute ungeschlagenen Luftwiderstandswert von 0,25 und einem
224
225
226
227
Honda Deutschland GmbH: http://www.honda-crz.de/?t=Index#News/Press/Detail.114, vom 16.02.2011
Honda Austria Gesellschaft m.b.H.: http://www.honda.at/content/automobile/modelle_crz_hybrid_technische_daten.php, vom 16.02.2011
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Honda_Insight, vom 24.08.2009
89
Die neue Generation
hervorragend harmonierenden CVT-Getriebes besitzt der Honda Insight hohe
dynamische Qualitäten trotz geringem Kraftstoffverbrauch228.
Von den nur zirka 12.000 überhaupt produzierten Exemplaren des Insight wurden
zwischen 2000 und 2003 nur 123 Fahrzeuge an deutsche Händler zu
Präsentationszwecken und zum leasen für Firmen also nicht zum Verkauf ausgeliefert.
Als Testfahrzeug konzipiert, hat Honda den Insight nie auf dem deutschen Markt
angeboten229.
7.2.3.1 Honda Insight 2
Mit der nächsten Generation des Insight gelang Honda ein erfolgreicher Einstieg in die
Hybridwelt. Die Ingenieure haben vermehrt auf die Kundenwünsche berücksichtigt
und einen Hybridantrieb für ein Auto gebaut und nicht umgekehrt. Die Karosserieform
ist in der Normalität angekommen, es gibt endlich vier Türen und auch die oft
geforderte umlegbare Rückbank, welche bisher aus antriebstechnischen Gründen nicht
realisierbar war, hat ihren Weg in den Insight gefunden. Die Antriebstechnik
entspricht der des Honda Civic IMA, wurde aber zu fast 100 Prozent neu konstruiert,
um Größe und Kosten zu reduzieren. Ein weiterer Vorteil des neuen Insight liegt darin,
dass es sich um ein reines Hybrid-Modell handelt, also keine Anpassungskosten des
Hybridkonzeptes an ein bestehendes, konventionelles Auto entstehen. Die kompakte
Batterie, die nur mehr 38 Kilogramm wiegt, ist unter dem Kofferraum untergebracht,
welcher somit immer noch ein Volumen von 408 Liter aufweist und dank der bereits
erwähnten umlegbaren Rückbank auf 1.017 Liter erweiterbar ist230.
Das Grundkonzept des Antriebes ist gleich geblieben, nur wurde der Ottomotor durch
einen etwas größeren 1,3 Liter Vierzylinder mit 88 Pferdestärken ersetzt. Der
Elektromotor mit knapp 14 Pferdestärken bleibt unverändert und soll, wie auch im
Vorgänger, möglichst häufig den Vortrieb übernehmen oder ihn zumindest
unterstützen. Der Durchschnittsverbrauch ist geringfügig auf 4,4 Liter Superbenzin
und die CO2-Emmision minimal auf immer noch vorbildliche 101 Gramm pro
Kilometer gestiegen, Werte die sich immer noch sehen lassen können.231.
228
229
OSTMAN, B.: Auto, Motor und Sport - ECO-Drive I/2009, Stuttgart 2009, S. 82
230
231
Honda Austria Gesellschaft m.b.H.:
http://www.honda.at/content/automobile/modelle_insight_hybrid_technische_daten.php?mv=1073, vom 20.08.2009
90
Die neue Generation
Honda will im kommenden Jahr bereits 200.000 Stück des neuen Insight absetzen und
somit den Jahresabsatz von Hybridmodellen der Honda Palette auf 500.000 Stück
steigern. Die sind zwar sehr optimistische Annahmen, gerade in Zeiten der
Wirtschaftskrise, aber die Chancen für ein familientaugliches Hybridauto standen
jedenfalls nie besser232. Denn bislang galt, vor dem Sparen kommt zuerst die relativ
teure Anschaffung eines Hybridautos. Nicht so beim Honda Insight, denn mit einem
Preisniveau ab 19.990 Euro kostet der Insight mehr als 6.500 Euro weniger als dem
Prius und liegt durchaus im Bereich herkömmlicher Kompaktwagen233.
7.2.3.2 Honda Jazz Hybrid
Auf dem Pariser Autosalon feierte er 2010 seine Weltpremiere und bereits ab dem
Frühjahr 2011 soll er in Europa auf den Markt kommen. Mit dem Jazz Hybrid will
Honda den Hybridantrieb auch im Kleinwagensegment auf die Straße bringen.
Wie im Honda Insight kommen auch im Jazz derselbe 1,3 Liter Benzinmotor mit dem
IMA-Hybridsystem und das bereits bekannte CVT-Getriebe zum Einsatz. Ein „EcoAssist“ verrät dem Fahrer permanent, ob er auf dem richtigen Weg ist, die
angegebenen 4,5 Liter Durchschnittsverbrauch pro 100 Kilometer zu erreichen oder
nicht234.
Ähnlich wie im Honda CR-Z zeigt auch hier die Hintergrundbeleuchtung des Tachos
auf dem ersten Blick, ob man sich optimal verhält, oder ob Verbesserungspotenzial in
der Fahrweise besteht235.
Rein elektrisches Fahren ist auch im Honda Jazz Hybrid nicht möglich, da der
Elektromotor und die Batterie dafür zu klein dimensioniert sind. Dafür ist das Segeln
möglich, womit zumindest beim dahin Gleiten mit geringeren Geschwindigkeiten
zusätzlich Benzin gespart wird236.
Über den endgültigen Preis ist noch nichts bekannt, allerdings soll er laut Honda nicht
wesentlich vom Preis des normalen Honda Jazz abweichen.
232
233
234
235
236
Österreichischer Automobil-, Motorrad- und Touring Club:
http://www.oeamtc.at/netautor/pages/resshp/anwendg/1134333.html, vom 23.07.2009
Honda Austria Gesellschaft m.b.H.: http://www.honda.at/specials/car/jazzhybrid/index.php, vom 16.02.2011
Autohaus Amian GmbH & Co. KG: http://www.honda-amian.de/Honda_Jazz_Hybrid.html, vom 01.07.2011
Unister GmbH: http://www.auto.de/magazin/showArticle/article/44580/Paris-2010-Honda-Jazz-Hybrid-verbraucht-44-Liter, vom 16.02.2011
91
Die neue Generation
Tab. 3:
Honda Motor Company - Übersicht der vorgestellten Kraftfahrzeuge
Quelle:
Honda Austria Gesellschaft m.b.H.: http://www.honda.at/, vom 18.04.2011
OSTMANN, B.: Auto, Motor und Sport - ECO-Drive I/2009, Stuttgart 2009
92
Die neue Generation
Zum Unterschied von Toyota, der seine Modellpalette durch die Lexus-Modelle in
Richtung Fahrzeuge der gehobenen Klasse erweitert, versucht Honda offensichtlich
mit einem eher jugendlich-flotten Image eine andere Käuferklasse anzusprechen und
richtet seine Modellpalette eher nach sportlicheren und erschwingliche Kleinfahrzeuge
aus. Die Entwicklung des „Eco-Assist“ mag auf den ersten Blick lediglich als Spielerei
aussehen, dennoch ist der Grundgedanke zu begrüßen, beim Autolenker über ein
deutliches Feedback Sensibilisierung beziehungsweise eine Gewöhnung an eine
ökologische Fahrweise erreichen zu wollen. Diese „Erziehung“ des Lenkers zu einem
verantwortungsbewussten Autofahrer ist ein prinzipiell gegensätzliches Konzept zu all
jenen fahrunterstützenden Assistenzsystemen, die dem Lenker die Entscheidungen
abnehmen und quasi an seiner Stelle das richtigen Fahrverhalten ausführen. Damit soll
der sicherheitstechnisch hohe Stellenwert von entsprechenden Assistenzsystemen nicht
geschmälert werden. Es ist an dieser Stelle dennoch ein Denkanstoß, in wieweit ein
mehr und mehr „verantwortungsfreies“ Fahren nicht einen Fahrstil fördert, der in
Anbetracht des ungeheuer steigenden Verkehrsaufkommens gehäuft zu kritischen
Situationen
führt,
speziell
in
Zusammenhang
mit
den
steigenden
Geschwindigkeitsleistungen und erhöhten Beschleunigungswerten moderner
Motoren237.
7.3 BMW AG
Seit 1917 gibt es die Bayrischen Motoren Werke, welche sich jedoch erst ab 1928 den
Bau von Automobilen zuwandten. Seitdem steht das Motto „Freude am Fahren“ auf
dem Fahrplan zum Erfolg der BMW AG.
Bei BMW steht der Fahrer im Mittelpunkt und man verpflichtet sich in erster Linie
ihm. Die Ingenieure sollen nicht einfach irgendein Automobil bauen, es soll auch
Emotionen wecken und in seiner Dynamik Begeisterung und Faszination auslösen,
egal ob reine „Fahrmaschine“ oder Oberklassenlimousine.
Seit 1997 informiert BMW alle zwei Jahre die Öffentlichkeit mit dem „Sustainable
Value Report“ über die ökologischen Aktivitäten die gesetzt werden, um eine
Nachhaltigkeit des Unternehmens zu gewährleisten238.
7.3.1 Die Technik
Um der oben genannten Philosophie treu zu bleiben, muss ein umweltschonendes
Automobil nicht nur den heutigen Standards entsprechen, sondern auch den
237
238
WITTMANN-MEDIA: http://auto-presse.de/autonews.php?newsid=11754, vom 02.07.2011
BMW AG: http://www.bmwgroup.com/bmwgroup_prod/d/nav/index.html?
http://www.bmwgroup.com/bmwgroup_prod/d/0_0_www_bmwgroup_com/verantwortung/management_nachhaltigkeit/ueb
erblick.html, vom 14.02.2011
93
Die neue Generation
individuellen Bedürfnissen des Fahrers gerecht werden. Deshalb setzt BMW nicht rein
auf die Reduzierung des Kraftstoffverbrauches um jeden Preis, sondern versucht nicht
nur den Flottenverbrauch stetig zu reduzieren sondern auch nachhaltige Produkte
herzustellen, welche konkurrenzfähig sind und vor allem auch attraktiv für den
Kunden sind239.
Um größtmögliches Fahrvergnügen bei höchstmöglicher Effizienz zu erreichen, ist
mittlerweile fast jedes Automobil von BMW serienmäßig mit „BMW
EfficientDynamics“ ausgestattet.
Es handelt sich hierbei um ein umfassendes Technologiepaket, welches zwar keine
bahnbrechenden Visionen beinhaltet sondern vielmehr sinnvolle und intelligente
Maßnahme, um den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu senken, dabei aber
auch gleichzeitig die Fahrleistungen zu erhöhen240.
Neben Leichtbau und der Verbesserung der Aerodynamik, setzt BMW vor allem auf
effizienter arbeitende Benzin- und Dieselmotoren in Verbindung mit einer „Auto StartStopp-Funktion“.
Alleine mit diesen relativ kleinen Eingriffen konnte BMW seinen Flottenverbrauch in
den letzten beiden Modellgenerationen um mehr als 25 Prozent senken241.
Abb. 20: BMW EfficientDynamics - Maßnahmen
239
240
241
BMW AG (Hrsg.): BMW Innovationen, München 2010, Digitaler Datenträger
BMW AG: http://www.bmw.de/de/de/insights/technology/efficientdynamics/phase_1/measures_introduction.html,
vom 14.02.2011
94
Die neue Generation
Quelle:
SCHÜTT; C.: http://www.7-forum.com/news/2007/efficient_dynamics1-c.jpg, vom 07.03.2011
Mit „BMW Active Hybrid“ geht der Automobilkonzern noch einen Schritt weiter und
will mit ausgewählten Modellen zeigen, dass ein Hybridfahrzeug auch dynamisch,
sportlich und trotzdem noch effizient sein kann.
Hierbei wird aktuell auf einen Hochleistungs-Elektromotor in Verbindung mit einem
V8-TwinPower Turbomotor gesetzt. Zusammen mit dem „Hybrid-Management“ soll
trotz gesteigerter Fahrleistung eine Verbrauchsreduktion von bis zu 20 Prozent
möglich sein242.
Abb. 21: BMW EfficientDynamics - Auswirkungen
Quelle:
SCHÜTT; C.: http://www.7-forum.com/news/2007/efficient_dynamics-c.jpg, vom 07.03.2011
7.3.2.1 BMW Active Hybrid 7
Auch im obersten Luxussegment platziert BMW ein Hybridfahrzeug, welches
Sportlichkeit und Effizienz gekonnt zusammenführt. Mit dem Active Hybrid 7 lassen
sich die Laufruhe und die Leistung eines Zwölfzylinders mit dem Verbrauch eines
Sechszylinders im selben Fahrzeug vereinen.
In diesem Siebener BMW arbeitet ein leistungsstarker Elektromotor zusammen mit
einem TwinPower Turbo V8 Motor. Dadurch entsteht eine maximale Systemleistung
242
BMW AG (Hrsg.): BMW Active Hybrid 7 und X6 Proschüre, München 2010, S. 24
95
Die neue Generation
von 465 Pferdestärken und 700 Newtonmeter Drehmoment, welche die
Luxuslimousine in nur 4,9 Sekunden die 100 Kilometer pro Stunde Marke aus dem
Stand beschleunigt243. In punkto Beschleunigung macht ihn dies zu einem der
Spitzenreiter unter den Hybridfahrzeugen.
Wie im Active Hybrid X6, wird auch im Active Hybrid 7 das „EfficientDynamics“Technologiepaket verwendet und zusätzlich wird noch auf konsequenten Leichtbau
gesetzt. Hochfeste Stahle und spezielle Aluminiumlegierungen sparen Gewicht und
kommen sowohl der Fahrdynamik, als auch dem Verbrauch positiv zugute, womit ein
Durchschnittsverbrauch von nur 9,4 Litern Superbenzin auf 100 Kilometer erreicht
wird244.
Ab 129.800 Euro245 kann man in Österreich ein stolzer Besitzer eines Active Hybrid 7
werden, allerdings kann der Preis mit Extras wie unzähligen Assistenzsystemen oder
einem Champagnerkühler im Fond auch gerne über 170.000 Euro steigen. Dafür
bekommt man allerdings Möglichkeit sich auf die wohl luxuriöseste und dynamischste
Art in einem Hybridfahrzeug fortzubewegen.
7.3.2.2 BMW Active Hybrid X6
Der BMW Active Hybrid X6 ist ein Sports Activity Coupe mit der Performance eines
Sportwagen, jedoch mit deutlich gesenkten Verbrauchswerten dank moderner „Active
Hybrid“ Technik.
Mit zwei drehmomentstarken Elektromotoren, welche alleine schon 91 Pferdestärken
und bis zu 260 Newtonmeter an Drehmoment liefern können und einem doppelt
aufgeladenem Benzinmotor, steht eine maximale Systemleistung von 485
Pferdestärken und 780 Newtonmeter Drehmoment zur Verfügung, welche durch ein
elektrisches Mitteldifferenzial an alle vier Räder geleitet wird. Dadurch ist der 2,5
Tonnen schwere X6 in der Lage in nur 5,6 Sekunden von 0 auf 100 Kilometer pro
Stunde zu beschleunigen.
Die Hochleistungsbatterie mit Nickel-Metallhybrid-Technologie und einer Kapazität
von 2,4 Kilowattstunden macht es dem X6 möglich, bis zu 2.5 Kilometer mit 60
Kilometer pro Stunde rein elektrisch zu fahren und somit emissionsfrei246.
243
244
245
246
BMW Austria GmbH:
http://www.bmw.at/at/de/newvehicles/7series/sedan_active_hybrid/2009/carconfigurator/content.html, vom 14.02.2011
96
Die neue Generation
Zusätzlich ist noch das „EfficientDynamics“-Technologiepaket mit einer
Bremskraftrückgewinnung,
der
Hybrid-Start-Stopp-Funktion
und
die
rollwiderstandsreduzierten Spezialreifen mit an Bord. Somit schafft es der Active
Hybrid X6 trotz seiner Leistung und seines Gewichtes einen Durchschnittsverbrauch
von nur 9,9 Liter pro 100 Kilometer zu erreichen.
All das ist natürlich nicht besonders billig. Der BMW Active Hybrid X6 ist in
Österreich ab 119.900 Euro247 erhältlich, was ihn zu einer eher seltenen Erscheinung
auf Österreichs Straßen werden lässt. Mit diesem Auto will BMW offenbar eine ganz
spezifische Käuferschicht ansprechen und zeigt dieser, entsprechend seinem Motto,
eindrucksvoll, dass Hybrid auch mehr Fahrspaß trotz geringerem Verbrauch bringen
kann.
7.3.3.1 BMW Concept 5 Series Active Hybrid
Mit dem Concept 5 Series Active Hybrid, soll der Hybridantrieb auch bald in die
BMW Fünfer Serie Einzug halten.
Ein Reihensechszylinder Benzinmotor mit der TwinPower Turbo Technologie soll von
einem 54 Pferdestärken starkem Elektromotor unterstützt werden und als Speicher
dient ein weiterentwickelter Lithium-Ionen-Akkumulator.
Ansonsten lehnt sich das Konzept des Concept 5 Series Active Hybrid sehr an die zwei
bereits am Markt befindlichen Fahrzeuge Active Hybrid 7 und Active Hybrid X6 an:
Leichtbau,
Auto-Start-Stopp-Funktion,
Bremskraftrückgewinnung
und
rollwiderstandsreduzierte Spezialreifen gehören zur Serienausstattung.
Neu jedoch ist das vorausschauende Energiemanagement. Es soll beispielsweise auf
Basis der Navigationsdaten die Entfernung zum Fahrziel bestimmen und mit Hilfe
dieser Informationen den optimalen Zeitpunkt errechnen, um den Verbrennungsmotor
abzuschalten und somit möglichst viele Kilometer rein elektrisch zu fahren. Weiters
sollen auch Daten der Bordsysteme und sogar topographische Daten in das
Energiemanagement mit einbezogen werden. Somit weiß das Auto schon über jede
Steigung beziehungsweise Gefälle bescheid, bevor das Fahrzeug diese Stelle
247
BMW Austria GmbH:
http://www.bmw.at/at/de/newvehicles/x/x6_active_hybrid/2009/carconfigurator/configurator.html, vom 14.02.2011
97
Die neue Generation
tatsächlich erreicht hat, was einen optimalen Einsatz der verschiedenen Betriebsmodi
gewährleisten soll248.
Im Moment sind weder Preise noch Termine bekannt, aber spätestens in der nächsten
Generation der BMW 5 Serie soll der Concept 5 Series Active Hybrid sein Debüt
feiern können.
7.3.3.2 BMW Concept Active E
Ab 2011 will BMW sein Concept Active E auf den Markt bringen. Hierbei handelt es
sich um ein voll alltagstaugliches Elektrofahrzeug auf Basis des BMW Einser Coupe.
Angetrieben wird das Concept Active E durch einen leistungsstarken aber kompakten
Elektrosynchronmotor an der Hinterachse, welcher 170 Pferdestärken und 250
Newtonmeter von der ersten Drehzahl weg liefert249.
Auch im Concept Active E ist das „EfficientDynamics“-Technologiepaket in
Verwendung. Da kein Verbrennungsmotor an Bord ist, kann die ganze Technik des
Elektroantriebes dort verbaut werden, wo sonst der Motor, das Getriebe und der Tank
sind, was dazu führt, dass das Concept Active E vier vollwertige Sitze und bis zu 200
Liter Kofferraumvolumen bieten kann.
Die Reichweite der eigens für dieses Fahrzeug entwickelten flüssigkeitsgekühlten
Lithium-Ionen-Akkumulatoren ist mit 160 Kilometern angegeben und die Ladezeit
soll nur 3 Stunden in Anspruch nehmen250.
Preise für den BMW Concept Active E gibt es noch nicht, aber BMW sucht in kürze
Fahrer für die Versuchsflotte. Freiwillig über die BMW-Homepage melden kann sich
jeder der Interesse hat, aktiv an der Weiterentwicklung der automobilen Zukunft teil
zu nehmen.
248
249
250
BMW Austria GmbH:
http://www.bmw.at/at/de/insights/technology/efficientdynamics/phase_1/5series_activehybrid_introduction.html, vom
15.02.2011
BMW Austria GmbH:
http://www.bmw.at/at/de/insights/technology/efficientdynamics/phase_1/concept_active_e_main_introduction.html, vom
15.02.2011
BMW Austria GmbH:
http://www.bmw.at/at/de/insights/technology/efficientdynamics/phase_1/concept_active_e_main_introduction.htm, vom
15.02.2011l
98
Die neue Generation
7.3.3.3 Mini E
Eine Kleinserie von 600 Fahrzeugen ist bereits in Los Angeles, New Jersey, Berlin
und London auf den Straßen und soll wichtige Informationen für BMW liefern. 2013
erst soll dann eine überarbeitete Version in Serie gehen.
204 Pferdestärken und 220 Newtonmeter Drehmoment leistet der Asynchron-VierpolMotor im Mini E, was ihn nur 7 Pferdestärken schwächer macht als das momentane
Topmodel, den Mini Cooper Works. Auch die Beschleunigung in nur 8,5 Sekunden
von 0 auf 100 Kilometer pro Stunde zeigen, dass der Mini E auf keinen Fall
untermotorisiert ist251.
Allerdings wiegt der Mini E auch um 300 Kilogramm mehr als seine fossil
angetriebenen Brüder, was vor allem dem enorm großen Lithium-Ionen-Akkumulator
zu verdanken ist. Dieser fiel sogar so groß aus, dass die Rückbank geopfert werden
musste und der dadurch auf zwei Sitze geschrumpfte Mini nur noch mit einem
Kofferraumvolumen von 60 Litern aufwarten kann. Dafür liefern die 5088
Einzelzellen auch eine Gesamtkapazität von 35 Kilowattstunden, was für 250
Kilometer Reichweite reichen soll, ein Spitzenwert für reine Elektrofahrzeuge252.
Sowie die anderen Elektroautos hat auch der Mini E das Problem, dass es kein
ausreichendes Versorgungsnetz an Elektrotankstellen gibt. Deswegen hat man das
Projekt „Mini E“ gemeinsam mit dem Energiekonzern Vattenfall entwickelt und jeder
der 600 Testfahrer bekommt für daheim eine so genannte Wallbox, mit der eine
komplette Ladung in nur 2,5 Stunden möglich ist. Eine herkömmliche Steckdose tut es
auch, allerdings dauert eine Ladung in Amerika, wo ja nur 110 Volt aus der Dose
kommen, dann zirka 20 Stunden253.
Zu kaufen gibt es den Mini E momentan überhaupt noch nicht und die 600
handverlesenen Testpiloten müssen für den Mini E 850 US-Dollar Leasingrate zahlen.
Hierbei inkludiert sind allerdings alle notwendigen Wartungsarbeiten und die bereits
erwähnt Wallbox254.
251
252
253
BMW AG: http://www.mini.at/minimalism/product/mini_e/index.html, vom 17.02.2011
254
99
Die neue Generation
Tab. 4:
BMW AG - Übersicht der vorgestellten Kraftfahrzeuge
Quelle:
BMW AG: http://www.bmw.at/, vom 18.04.2011
BMW AG: http://www.mini.at/, vom 18.04.2011
KORNHERR, C.: Auto, Motor und Sport - ECO-Drive I/2009, Stuttgart 2009
100
Die neue Generation
Die unbestrittene Sinnhaftigkeit und Effizienz dieses Managementkonzepts zeigt auf,
dass die Tage, in denen der Autolenker die Technik seines Fahrzeuges beherrschte und
die jeweilige Motorleistung nach eigenem Gutdünken wählen konnte, gezählt sind.
Auch für den Alltagsgegenstand Auto gilt in Zukunft, dass die Technik uns so weit
überflügelt hat, dass ein individuelles Eingreifen kaum mehr möglich ist. Damit ist
eine gewisse Abhängigkeit verbunden, wie in bereits vielen anderen Bereichen unseres
Alltagslebens, man denke nur an die Abhängigkeit vom Strom, dessen kompletten
Ausfall wir in unserer Lebensweise kaum mehr verkraften können.
7.4 Mercedes Benz
Carl Benz gilt mit der Patentierung seines Motorwagens, ein selbstfahrendes Fahrzeug
mit Verbrennungsmotor als Erfinder des modernen Automobiles. Bis heute hat sich am
Grundprinzip des Motorwagens nichts geändert, dennoch wird auch bei MercedesBenz stetig weiterentwickelt.
7.4.1 Die Technik
Momentan kann es sich kein Automobilhersteller der Welt leisten, nichts zum Thema
Umweltschutz beizutragen. Mercedes-Benz experimentiert schon lange mit den
verschiedensten alternativen Antriebsarten, aber erst in den letzten Jahren haben sich
einige davon bis zur Marktreife entwickelt. Bei Mercedes-Benz haben sie
unterschiedliche Namen, aber das gleiche Ziel, nämlich die Effizienz zu verbessern.
BlueEfficiency, BlueTEC, F-Cell, E-Cell und natürlich Hybrid sind für MercedesBenz die Zukunft im Automobilbau.
Hinter dem Namen BlueEfficiency steckt ein Bündel intelligenter Maßnahmen, um
mittlerweile 85 Modelle des Herstellers effizienter und umweltfreundlicher zu machen.
Je nach Modell, beinhaltet es eine verbesserte Aerodynamik, einen bivalenten
Erdgasantrieb, eine Optimierung der Motoren und Getriebe, rollwiderstandsreduzierte
Leichtlaufreifen, ein ausgeklügeltes Energiemanagement und natürlich eine ECO
Start-Stopp-Funktion. Laut Mercedes-Benz ergeben diese Maßnahmen bis zu 20
Prozent Verbrauchsreduktion, was natürlich je nach Modell, Motorisierung und
Ausstattung variieren kann255.
255
Daimler AG (Hrsg.): Mercedes-Benz E-Klasse Limousine und T-Modell Proschüre, Stuttgart 2010, S. 36
101
Die neue Generation
Abb. 22: Mercedes Benz BlueEfficiency - Maßnahmen
Quelle:
TAN, P.: http://images.paultan.org/images/C180K_Improvements_Large.jpg, vom 07.03.2011
Die BlueTEC-Technologie wurde von Mercedes-Benz entwickelt und basiert auf
hochmodernen Dieselmotoren mit Common-Rail-Direkteinspritzung. Hierbei handelt
es sich einerseits um die Minimierung innerer Reibwiderstände im Motor selbst, als
auch um eine effektive Nachbehandlung der Abgase. Zweiteres geschieht entweder
durch den Einsatz einen Partikelfilters in Verbindung mit einem NOxSpeicherkatalysators, auch bekannt als „Russpartikelfilter“, oder mit der neuen
AdBlue-Technologie256.
AdBlue ist eine wässrige harmlose Harnstofflösung, welche in den Abgasstrom
eingespritzt wird und somit Ammoniak freisetzt. Dieses Ammoniak kann dann im
Katalysator die Abgase zu 80 Prozent in unschädlichen Stickstoff und Wasser
reduzieren. Die Harnstofflösung wird in einem separaten Tank gelagert und bei jedem
Service in der Werkstatt wieder aufgefüllt257.
256
257
Daimler AG: http://m.mercedes-benz.de/;sg=section%3Dtechnicslexicon%3Bmethod%3Dgettechnicsdetail%3Burl
%3Dhttp%253A%252F%252Fwww3.mercedes-benz.com%252Ftechcenter%252Fcms_langpath%252Fde%252Fxml
%252Ftopic%252Fbluetec.xml/technicslexicon, vom 07.03.2011
Daimler AG (Hrsg.): Mercedes-Benz S-Klasse Proschüre, Stuttgart 2010, S. 36
102
Die neue Generation
F-Cell wird ein Modell dann genannt, wenn H2O statt CO2 aus dem Auspuff kommt.
Herzstück eines jeden F-Cell ist ein kompaktes und leistungsstarkes BrennstoffzellenSystem. Wasserstoff, welcher bei 700 bar Druck in einem speziellen Tank gasförmig
gespeichert wird, reagiert mit normalem Sauerstoff. Daraus entsteht Strom für den
Elektromotor und reiner Wasserdampf als Abgas258.
Das E-Cell-Konzept ist im Prinzip genauso aufgebaut wie die F-Cell-Technologie, nur
bezieht der Elektromotor hier seine Energie nicht aus einer Brennstoffzelle, sondern
aus einem Akkumulator. Auf Grund der fehlenden Infrastruktur an
Wasserstofftankstellen, werden in nächster Zeit jedoch eher E-Cell-Fahrzeuge auf den
Markt kommen259.
Unter Hybrid versteht man bei Mercedes-Benz das Selbe wie bei anderen Herstellern,
also einen Verbrennungsmotor kombiniert mit einem Elektromotor. Die Arbeitsweise
eines Hybrid wird schon im Kapitel „Hybrid im Fahrzeugbau“ erläutert.
Wie schon erwähnt, setzt Mercedes-Benz bereits in 85 Modellen die BlueEfficiencyTechnologie ein. Da eine Beschreibung aller dieser Modelle den Rahmen der Arbeit
sprengen würde, wird nur anhand repräsentativer Beispiele der Einsatz der
verschiedenen Technologien erklärt.
7.4.2.1 Mercedes-Benz E 200 NGT BlueEfficiency
Die Autofahrer, die mit Erdgas fahren wollen, müssen ihr Auto umrüsten lassen, der
Mercedes-Benz E 200 NGT BlueEfficiency kann das schon ab Werk.
Angetrieben wird der E 200 NGT BlueEfficiency von einem 1,8 Liter
Vierzylindermotor, welcher sowohl mit Superbenzin, als auch mit Erdgas läuft, und
dabei 163 Pferdestärken und ein Drehmoment von 240 Newtonmeter liefert.
Eine ECO Start-Stopp-Funktion ist beim Erdgasmodell vorerst nicht vorgesehen, aber
ansonsten ist das gesamt BlueEfficiency-Paket mit an Bord. Von einem
Aerodynamikpaket
über
ein
optimiertes
Motormanagement
bis
zum
rollwiderstandsreduziertem Reifen, wurde alles eingesetzt um den Verbrauch zu
258
259
Daimler AG: http://www2.mercedesbenz.at/content/austria/mpc/mpc_austria_website/de/home_mpc/passengercars/home/passengercars_world/webspecials/
techcenter_webspecial.html#/f-cell/details, vom 17.02.2011
Daimler AG (Hrsg.): Mercedes-Benz C-Klasse Limousine und T-Modell Proschüre, Stuttgart 2010, S. 15
103
Die neue Generation
minimieren. Das Ergebnis sind 8,1 Liter Benzin oder 5,5 Kilogramm Erdgas als
Durchschnittsverbrauch auf 100 Kilometer260.
Durch einen 59 Liter Benzintank und einem 19,5 Kilogramm Erdgastank lässt sich so
eine Reichweite von 1.100 Kilometer realisieren.
Der Aufpreis auf die Möglichkeit auch Erdgas in seine E-Klasse tanken zu können,
beträgt in etwa 3.000 Euro zu einem vergleichbaren Modell, was in Österreich einen
Basispreis von 49.300 Euro ergibt261. Wie schnell sich der Aufpreis für den Käufer
wieder rentiert, hängt einzig und alleine von der Anzahl der gefahrenen Kilometer und
seinem Tankverhalten ab.
7.4.2.2 Mercedes Benz ML 350 BlueTEC 4MATIC
Um den Imageschaden der SUV als Umweltsünder wieder etwas ins richtige Licht zu
rücken, bietet Mercedes-Benz die neue Blue-TEC-Technologie erstmals in der MKlasse an.
Der 2987 Kubikzentimeter große Common-Rail-Direkteinspritzungsmotor mit seinen
211 Pferdestärken ist ja an sich noch nicht das Spezielle, auch wenn er natürlich auf
minimalen Kraftstoff hin optimiert wurde. Erst die BlueTEC-Technologie mit dem
AdBlue-Zusatz macht ihn zu einem „grünen“, pardon, „blauen“ Motor. Bereits jetzt
erfüllt der Mercedes-Benz ML 350 BlueTEC 4MATIC die EU-6 Abgasnorm, welche
erst ab dem 01.09.2014 für Neufahrzeuge vorgeschrieben sein wird.
Der Tank für den Harnstoff fasst bis zu 32 Liter AdBlue und soll mehr als ausreichend
sein um für ganze Zeitspanne zwischen den vorgeschriebenen Inspektionen den CO2Ausstoß auf 231 Gramm pro Kilometer zu drücken262.
Die Preise für den Mercedes-Benz ML 350 BlueTEC 4MATIC fangen bei 71.410
Euro an263 und haben klassentypisch sind nach oben kaum Grenzen gesetzt.
260
261
262
263
Daimler AG: http://www2.mercedesbenz.at/content/austria/mpc/mpc_austria_website/de/home_mpc/passengercars/home/new_cars/models/eclass/_w212/facts/drivetrain_chassis.0005.html, vom 17.02.2011
Daimler AG: http://www2.mercedesbenz.at/content/media_library/austria/mpc_austria/Personenwagen_NG/Neuwagen/preislisten/pdf_eklasse_lim_preisliste.object-Single-MEDIA.download.tmp/Preisliste%20W212.pdf, vom 17.02.2011
JORDAN, M.: http://blog.mercedes-benz-passion.com/2010/05/mercedes-benz-ml-350-bluetec-detailbilder/, vom
17.02.2011
Daimler AG: http://www2.mercedesbenz.at/content/media_library/austria/mpc_austria/Personenwagen_NG/Neuwagen/preislisten/pdf_m_class_prices.objectSingle-MEDIA.download.tmp/Preisliste%20M.pdf, vom 17.02.2011
104
Die neue Generation
7.4.2.3 Mercedes-Benz S 400 BlueHybrid
Mit dem Mercedes-Benz S 400 BlueHybrid wollen die Stuttgarter dem Lexus LS
600H im Luxussegment Paroli bieten. Seit Ende 2010 kann man auch in Österreich
entscheiden, wer denn nun die besseren Karten hat.
Der 3,5 Liter große Sechszylinderbenzinmotor wird im Mercedes-Benz S 400
BlueHybrid nach dem Atkinson-Zyklus betrieben und leistet so 279 Pferdestärken.
Der 20 Pferdestärken starke Elektromotor mit seinen 160 Newtonmeter Drehmoment
ist dazu vorgesehen, über die damit zusammenhängende Drehmomentschwäche bei
niedrigen Drehzahlen hinweg zu helfen264.
Dieser sitzt zwischen dem Motor und dem Getriebe und fungiert sowohl als Starter, als
auch mittels Rekuperation als Generator. Rein elektrisch fahren kann man mit ihm
jedoch nicht, aber dafür ist er auch nur 4,5 Zentimeter dick und bringt mit samt der
dazugehörigen Technik auch nicht mehr als 75 Kilogramm auf die Waage265.
Eine echte Weltprämiere hingegen ist der weltweit erste Lithium-Ionen-Akkumulator
in einem Serie-Hybridfahrzeug. Er speichert zwar nur knapp 0,9 Kilowattstunden,
dafür ist er so klein, dass kein Platz im Kofferraum benötigt wird und wie eine
normale Autobatterie im Motorraum untergebracht ist. 0,9 Kilowattstunden klingt
zwar nicht viel, aber es damit dank der Bremskraftrückgewinnung möglich, den
Durchschnittsverbrauch der 2 Tonnen schweren Limousine auf 8,2 Liter auf 100
Kilometer und den CO2-Ausstoß auf 190 Gramm pro Kilometer zu senken266.
Mit der Start-Stopp-Funktion, den Leichtlaufreifen und einigen aerodynamischen
Verbesserungen, ist auch ein schon fast alles an Bord, was die BlueEfficiencyTechnology zu bieten hat.
Mit 104.000 Euro267 ist der Einstieg in die Hybrid-Luxuslimousine zwar nicht gerade
ein preisgünstiges Vergnügen, aber dafür kauft man das gute Gewissen die Umwelt
etwas mehr zu schonen gleich mit.
264
265
266
267
Motor Presse Stuttgart GmbH & Co. KG: http://www.auto-motor-und-sport.de/fahrberichte/mercedes-s-400-hybrid1327530.html, vom 17.02.2011
Daimler AG (Hrsg.): Mercedes-Benz S-Klasse Preisliste Proschüre, Stuttgart 2010, S. 6
105
Die neue Generation
7.4.3.1 Mercedes-Benz B F-Cell
Bereits Anfang Dezember 2010 lieferte Mercedes-Benz die ersten 20 Mercedes-Benz
B F-Cell an ausgewählte Kunden aus. Das Elektrofahrzeug mit Brennstoffzelle wird
unter Serienbedingungen produziert und bis 2012 sollen rund 200 davon in
Kundenhand unterwegs sein.
Der permanent erregte Synchron-Elektromotor entwickelt eine Spitzenleistung von
136 Pferdestärken und 290 Newtonmeter Drehmoment ab der ersten Umdrehung. Dies
verhilft der B-Klasse zu einer Fahrdynamik, die sogar über dem Niveau eines
Zweiliterbenzinmotors liegt268.
Da man Konzernintern ja bereits auf den Einsatz von Lithium-Ionen-Akkumulatoren
zurückgreifen konnte, so wie im Mercedes-Benz S 400 BlueHybrid, wird auch der
Speicher der für dieses Fahrzeug mit dieser Technik ausgestattet. Er wird 1,4
Kilowattstunden Strom speichern können und durch ein eigenes Kühlsystem immer im
optimalen Temperaturbereich gehalten.
Obwohl die neue Brennstoffzelle rund 40 Prozent kleiner ist, benötigt sie um 30
Prozent weniger Treibstoff und liefert dafür um 30 Prozent mehr Leistung als die
früheren Brennstoffzellenstacks von Mercedes-Benz. Auch an der Kaltstartfähigkeit
wurde gearbeitet, sodass selbst bei minus 25 Grad Celsius gewährleistet ist, dass kein
Wasser, was ja das einzige Abfallprodukt der Motors ist, im Motor oder den Leitungen
gefrieren kann269.
Getankt wird gasförmiger Wasserstoff, welcher innerhalb von nur drei Minuten mit
700 Bar Druck in drei hermetisch abgedichtete Spezialtanks gepresst wird. Die Tanks
sollen verhindern, dass Wasserstoff, auf Grund seiner geringen Dichte, unkontrolliert
an die Umwelt abgegeben wird und dabei bis zu 4 Kilogramm des Gases aufnehmen
können. Dies klingt nicht besonders viel, reicht jedoch laut Hersteller für gut 400
Kilometer Reichweite, was in etwa einem 3,3 Liter Dieselkraftstoff
Durchschnittsverbrauch auf 100 Kilometer entspricht270.
Ein intelligentes Antriebssystem sorgt selbstständig für einen optimalen Betrieb. Die
Brennstoffzelle wird nur dann angeworfen, wenn die Batteriekapazität nicht
ausreichend ist, die Rekuperation wird je nach Druck des Bremspedals optimal
268
Daimler AG: http://media.daimler.com/dcmedia/0-921-1086046-49-1363839-1-0-0-0-0-0-15269-1086040-0-1-0-0-00-0.html, vom 18.02.2011
269
270
Motorsport-Total.com GmbH: http://www.motorsport-total.com/auto/news/2010/12/MercedesBenz_uebergibt_erste_B-Klasse_F-Cell_an_Kunden_in_Deutschland_10120301.html, vom 18.02.2011
RAU, M.: http://www.greengear.de/mercedes-benz-b-klasse-f-cell/, vom 18.02.2011
106
Die neue Generation
ausgenutzt und Differenzen zu benötigten elektrischen Leistungen im momentanen
Betriebszustand werden dynamisch ausgeglichen.
Zu einer Full-Service-Mietrate von 950 Euro können die ersten 20 Testfahrer bereits
heute schon lokal emissionsfrei durch Deutschland fahren. Mercedes-Benz erhofft sich
aus dem 36 Monate dauernden Feldversuch271 genügend Erkenntnisse ziehen zu
können, um dann ein bereits serienreifes Modell anbieten zu können.
7.4.3.2 Mercedes-Benz SLS E-Cell
Bereits 2013 will Mercedes Benz den SLS E-Cell auf den Markt bringen. Der
Sportwagen wird jedoch nicht wie gewohnt mit einem brummenden Achtzylinder
ausgeliefert, sondern mit vier leistungsstarken Elektromotoren.
Ankündigte Elektrofahrzeuge gibt es ja schon viele, aber nicht mit 533 Pferdestärken.
Vier Elektromotoren leisten bis zu 880 Newtonmeter Drehmoment, welches mittels
Allradantrieb direkt an die Räder weiter gegeben wird. Die Motoren sind jedoch nicht
in den Radnarben, sondern in Paaren an den Halbachsen angebracht272.
Ihre Leistung schöpfen sie aus 324, in mehreren Paketen im ganzen Fahrzeug
verteilten, Lithium-Ionen-Zellen, welche über eine Gesamtkapazität von 48
Kilowattstunden verfügen. Dies soll ausreichen, um eine Reichweite von 150
Kilometer zu schaffen, bei ambitionierter Fahrweise jedoch bedeutend weniger. Um
sich die Energie jedoch richtig einteilen zu können, bietet die „AMG Drive Unit“ auch
einen City-Modus, bei dem zwar nur 40 Prozent der Leistung zur Verfügung stehen,
aber dafür die Akkumulatoren geschont werden. Auch die Intensität der Rekuperation
lässt sich über das Lenkrad steuern und stufenlos regulieren, womit vom Segeln auf
der Autobahn, bis zur maximalen Energieerzeugung auf Bergabfahrten alles möglich
ist273.
Im Sport-Modus beschleunigt der Mercedes-Benz SLS E-Cell bei Bedarf in 4
Sekunden von 0 auf 100 Kilometer pro Stunde, knapp 200 Kilometer pro Stunde zeigt
der Tacho dann nach zirka 11 Sekunden an und der Batterie zuliebe wird bei 250
Kilometer pro Stunde elektronisch abgeregelt274.
271
272
Daimler AG: http://media.daimler.com/dcmedia/0-921-1086046-49-1363839-1-0-0-0-0-0-15269-1086040-0-1-0-0-00-0.html, vom 18.02.2011
Österreichischer Automobil-, Motorrad- und Touring Club (Hrsg.): Auto Touring 2/2011, Wien 2011, S. 16
273
SPIEGEL ONLINE GmbH: http://www.spiegel.de/auto/fahrberichte/0,1518,702775,00.html, vom 18.02.2011
274
107
Die neue Generation
Bis zur endgültigen Serienreife soll der Elektroflitzer jedoch noch etwas an Gewicht
ab- und etwas an Energiedichte der Akkumulatoren zulegen, damit höhere
Reichweiten erzielt werden können, egal ob in der Stadt, auf dem Land oder auf der
Autobahn.
Ein Preis für den Mercedes-Benz SLS E-Cell gibt es noch nicht, spekuliert wird
derzeit allerdings über eine Summe im mittleren sechsstelligen Bereich.
108
Die neue Generation
Tab. 5:
Mercedes Benz - Übersicht der vorgestellten Kraftfahrzeuge
Quelle:
Daimler AG: http://www.mercedes-benz.at/, vom 18.02.2011
Daimler AG (Hrsg.): Mercedes-Benz S-Klasse Proschüre, Stuttgart 2010
Daimler AG (Hrsg.): Mercedes-Benz M-Klasse Proschüre, Stuttgart 2010
Daimler AG (Hrsg.): Mercedes-Benz E-Klasse Limousine und T-Modell Proschüre, Stuttgart 2010
109
Die neue Generation
Aus dieser Aufstellung lässt sich die Schlussfolgerung ziehen, das Mercedes Benz sich
derzeit anscheinend noch auf keine Technologie festlegt, aus welchen Gründen auch
immer. Damit spiegelt Mercedes Benz die derzeit vorherrschende Situation der
Automobilindustrie mit all den Unsicherheiten über die zukünftige Entwicklung wider.
7.5 Aus dem Land der Musclecars
Auch wenn man es nicht sofort mit Amerika in Verbindung bringt, aber auch in den
USA forscht man schon seit längerem daran, wie der Kraftstoffverbrauch und der
CO2-Ausstoß gesenkt werden können. Also selbst im Land der unbegrenzten
Möglichkeiten, wo ein SUV zum Stadtbild gehört wie ein Fahrrad zu Amsterdam, und
wo ein Durchschnittsverbrauch von über 20 Litern auf 100 Kilometer keine Seltenheit
ist, erkennt man also durchaus die Notwendigkeit zu Änderungen in der
Fahrzeugentwicklung und versucht, den Anschluss an die Konkurrenz nicht zu
verlieren.
Bei Ford ist es überhaupt keine Frage, dass der Hybridantrieb in der automobilen
Zukunft eine wichtige Rolle spielt und deswegen hat man sich schon entsprechend
früh mit der Entwicklung eines Hybridantriebes beschäftigt und 2004 als erster
amerikanischer Hersteller einen entsprechenden SUV auf den Markt geworfen.
Der Ford Escape Hybrid stellt sich als ein kompakter SUV dar, bei dem man
modifizierte Komponenten des Toyota Prius I übernommen hat. Somit ist er auch ein
Vollhybrid und wurde mit einem 2,2 Liter Vierzylinder Ottomotor, welcher 133
Pferdestärken liefert, und einem permanent erregtem Elektro-Synchronmotor, der
nochmals 95 Pferdestärken zusätzlich zur Verfügung stellt, ausgestattet. Schon am
Anfang der Entwicklung des Escape wurde darauf geachtet, dass die einzelnen
Bauteile des Hybridantriebes auch genügend Platz im Auto haben, womit auch die 330
Volt starke Nickel-Metallhybridbatterie und ein elektrisch geregeltes PowersplitGetriebe problemlos Raum fanden275.
Und der Erfolg gibt den Ingenieuren Recht, denn nur 6,4 Liter auf 100 Kilometer sind
für ein allradbetriebenes Auto mit knapp 1,7 Tonnen Leergewicht keine schlechte
Leistung und war somit in jedem Fall schon einmal ein Schritt in die richtige
Richtung.
Ford hat aber im Zuge seiner „Hybridoffensive“ noch andere neue Fahrzeuge in den
Werkstätten und lässt diese nach und nach auf den amerikanischen Automobilmarkt
los. Ende 2005 folgte der Mercury Mariner Hybrid und 2008 warf Ford gleich zwei
275
110
Die neue Generation
weitere Modelle auf den Markt, den Ford Fusion Hybrid und den Mercury Milan
Hybrid. Bis 2010 sollen weltweit bis zu 250.000 Hybridfahrzeuge vertrieben werden
und bis 2020 könnte der Anteil an der Gesamtproduktion bereits bei 20 Prozent
liegen276.
Die Kernmarken von General Motors sind nach wie vor auf den amerikanischen Markt
orientiert und denn dort scheint die Nachfrage für Trucks und so genannte „Fullsize“
SUV immer noch sehr hoch zu sein. Genau hier liegt auch das Problem begraben, da
eben gerade solche Fahrzeuge meist sehr schwer sind und somit auch große Motoren
mit einem hohen Benzinverbrauch benötigen. Vor dem Hintergrund der
Klimaproblematik und vor allem auch wegen der weltweit stark steigenden
Kraftstoffpreisen schlitterte General Motors in ernste wirtschaftliche Problemen.
Auch hier gibt es bei den Verantwortlichen keine Zweifel, dass gerade die
Hybridtechnik für diese Art von Fahrzeugen ein sinnvoller und effizienter Ausweg ist,
bei dem man den Verbrauch um gut und gerne 25 Prozent senken könnte277.
Um erste Erfahrungen im Bereich des Hybridantriebes zu sammeln und die größten
Vorteile in der Stadt beziehungsweise im Stadtverkehr heraus zu finden, hat man
vorerst einmal angefangen Omnibusse für den öffentlichen Verkehr mit einem
Hybridantrieb auszustatten. Das Ergebnis lässt sich in ökologischer Hinsicht sehen:
Ein Bus mit einem 8,9 Liter Reihensechszylinder-Dieselmotor mit 350 Pferdestärken
und zwei Elektromotoren mit jeweils 136 Pferdestärken. Das klingt vielleicht im ersten
Moment nicht wirklich nach „sparsam“ oder „ökologisch“, aber im Gegensatz zu den
bisher eingesetzten konventionellen Bussen konnten die Emissionen der Schadstoffe
um rund 50 Prozent, die von Stickoxiden sogar um 90 Prozent gesenkt werden. Auch
was den Verbrauch von Treibstoffes angelangt, kann hier einiges gespart werden, denn
gerechnet über den Lebenszyklus eines solchen Hybridbusses von 12 Jahren, kann ein
einziger dieser Busse bis zu 145.000 Liter Diesel sparen. Eine Stadt wie Seattle mit
rund 500 öffentlichen Transportbussen kann bis zu 7 Millionen Liter Diesel sparen und
würden alle rund 13.000 öffentlichen Verkehrsbusse in den Vereinigten Staaten durch
solche Hybridbusse ausgetauscht werden, ergäbe das eine Einsparung an Kraftstoff
von unglaublichen 180 Millionen Liter Dieselkraftstoff nach 12 Jahren. Das wiederum
würde einer Verbrauchsersparnis von etwa 500.000 Personenkraftwagen mit
Hybridantrieb entsprechen.
276
277
111
Die neue Generation
Käufer von Personenkraftwagen in den Vereinigten Staaten haben mittlerweile auch
schon eine beachtliche Auswahl an Hybridfahrzeugen aus dem General Motors
Konzern. Der Kunde kann aus 7 verschiedenen Hybridmodellen wählen, angefangen
in der Mittelklasse beim Saturn AURA Hybrid, über Crossover-Fahrzeuge wie den
Saturn VUE Hybrid bis hin zum großen Pick-Up-Truck wie den Chevrolet Silverado
Hybrid oder dem „Fullsize“ SUV GMC Yukon Hybrid278.
Anhand dieses Angebotes kann man ersehen, dass die Amerikaner weiterhin große
Autos fahren wollen, egal ob ein Klimawandel droht oder steigende Benzinpreise zu
verzeichnen sind. In der Kompakt- beziehungsweise Mittelklasse sucht man weiterhin
vergeblich nach einer Hybridalternative.
7.5.1 Die Technik
General Motors darf selbstverständlich den Anschluss an die Konkurrenz nicht ganz
verlieren und muss die Herausforderungen des Hybridantriebes auch in Zukunft
bewältigen und nimmt daher an einer weltumspannenden Kooperation teil.
Dementsprechend arbeitet seit 2006 der einst größte Automobilhersteller der Welt mit
seinen Konkurrenten DaimlerChrysler und der BMW Group zusammen, um den
Rückstand in der Entwicklung gegenüber der restlichen Konkurrenz wieder
aufzuholen.
In der „Global Hybrid Cooperation“ soll die nächste Generation von
Hybridantriebssystemen entstehen. Jedes dieser Unternehmen will dann unter
Berücksichtigung seiner eigenen, markenspezifischen Anforderungen ein
Vollhybridsystem in die Konzeption seiner Fahrzeuge integrieren279.
278
279
General Motors Company: http://www.gm.com/vehicles/results.jsp?
sort=brand&evar10=hompage_vehicles_browsebybrand, vom 25.08.2009
112
Die neue Generation
Abb. 23: General Motors E-Flex-System – Technologie Strategie
Quelle:
FM Autoportal GmbH: http://www.autogazette.de/asset/cms_image_asset/image_big/169384, vom 07.03.2011
Neben dem klassischen Vollhybridsystem arbeitet General Motors allerdings auch
noch an einem ganz eigenem Weg, dem „E-Flex-System“. Bei diesem Konzept soll die
Entscheidung über den Kraftstoff nicht im Vorfeld gefällt werden. Klimawandel,
Naturkatastrophen, sprunghafte Rohölpreise und regionale Unterschiede bieten überall
auf der Welt verschiedene Anforderungen an ein „ökonomisches“ Fahrzeug. Das EFlex-System lässt somit die Option offen, ob es mit Benzin, Diesel, Biodiesel, Ethanol,
einer Brennstoffzelle mit Wasserstoff oder aus einer Steckdose mit Energie versorgt
wird. Ziel ist also, die weltweite Diversifizierung des Energiemix zu unterstützen und
für möglichst alle Anforderungen gewappnet zu sein280.
Eine erste Studie mit diesem revolutionärem System, der Chevrolet Volt, ist bereits
2007 auf der Detroit Motor Show vorgestellt worden, in dieser Arbeit jedoch wird die
Studie erst etwas später näher vorgestellt.
280
JOHNSON, H.: A convenient Solution, Elma 2009, S. 396
113
Die neue Generation
Abb. 24: General Motors E-Flex-System - Aufbau
Quelle:
FM Autoportal GmbH: http://www.autogazette.de/asset/cms_image_asset/article_big_image/169374, vom
07.03.2011
7.5.2.1 Ford Escape Hybrid
Seit 2004 ist der Ford Escape Hybrid bereits am amerikanischen Markt. Mit einer
weiterentwickelten Hybridtechnologie vom Toyota Prius gehört er als Taxi getarnt in
New Yorks Straßen längst zum normalen Bild.
Ein 2,3 Liter Vierzylinderbenzinmotor mit 135 Pferdestärken und ein 95 Pferdestärken
Elektromotor haben mit den knapp 1,8 Tonnen und dem Allradantrieb des Escape
keine sonderliche Mühe281.
Ein 330 Volt Nickel-Metallhybrid-Akkumulator übernimmt hier die Versorgung mit
genügend Elektrizität, welche sowohl über den Motor, als auch mittels Rekuperation
selbstständig geladen wird.
Ford gibt für den Escape Hybrid einen Durchschnittsverbrauch von knapp 7,2 Liter auf
100 Kilometer an, was ihn zu einem der sparsamsten SUV mit Allradantrieb der Welt
macht282.
281
Discovery Communications LLC: http://auto.howstuffworks.com/ford-escape2.htm, vom 10.01.2011
282
Ford Motor Company: http://www.ford.com/suvs/escapehybrid/, vom 10.01.2011
114
Die neue Generation
Preislich liegt er nur 10 Prozent über dem vergleichbaren Sechszylinder Modell, was
ihn dank seiner großzügigen Abmessungen schnell zu dem Favoriten der Yellow-CabFlotte werden hat lassen.
7.5.2.2 GMC Yukon Hybrid
General Motors setzt bei den Trucks und SUV auf den Parallel-Hybridantrieb und
kombiniert einen 6 Liter Achtzylinder mit 332 Pferdestärken mit zwei bis zu je 68
Pferdestärken starken Elektromotoren. Weiters beherrscht der Ottomotor auch die
Zylinderabschaltung, bei der bis zu vier der acht Zylinder abgeschaltet werden können.
Als Energielieferant für den Elektromotor muss jedoch ein herkömmlicher
Bleiakkumulator herhalten, welcher 300 Volt liefert283.
Der GMC Yukon Hybrid zum Beispiel, welcher das oben beschriebene Setup an Bord
hat, erzielt somit Werte, von denen bei einem Auto dieses Ausmaßes vor einigen
Jahren noch zu träumen war. 5,13 Meter lang, knapp 3,2 Tonnen Leergewicht und
Platz für bis zu 8 Personen, mit diesen Gardemaßen verbrauchte der GMC Yukon bis
2008 noch gut 18 Liter auf 100 Kilometer, in der Hybridvariante gibt der Hersteller
allerdings nur noch knapp unter 12 Liter auf 100 Kilometer an, das ist eine Ersparnis
von rund einem Drittel284.
7.5.2.3 Saturn VUE Hybrid
Bei den kompakten SUV Saturn VUE Hybrid, welcher als direkter Konkurrent zum
bereits beschriebenem Ford Escape Hybrid gedacht ist, wird hingegen wieder auf das
Mild Hybrid Konzept gesetzt. Ein 20 Pferdestärken starker Elektromotor unterstützt
einen 2,4 Liter Vierzylinder-Ottomotor, welcher alleine auch schon stattliche 173
Pferdestärken leistet. Bei Einsparungen im Verbrauch ist General Motors noch nicht so
erfolgreich wie Ford, denn mit durchschnittliche 7,4 Litern auf 100 Kilometer benötigt
der Saturn um mehr als einen Liter mehr Kraftstoff als sein direkter Konkurrent285.
7.5.3.1 Chevrolet Volt
In Amerika fährt der Chevrolet Volt bereits seit einigen Monaten auf öffentlichen
Straßen, in Europa kann man sich bereits heuer auf die Markteinführung freuen.
283
284
285
Autoplenum GmbH: http://www.autoplenum.de/Auto/Testberichte/Technik--GMC-Yukon-Hybrid---SparsamerGigant-id1535.html, vom 26.08.2009
General Motors Company: http://www.gmc.com/yukonhybrid/index.jsp, vom 27.08.2009
General Motors Company: http://www.saturn.com/pages/open/default/family/hybrid.do, vom 27.08.2009
115
Die neue Generation
Der Chevrolet Volt basiert auf dem Opel Astra und ist einer der ersten Seriell-Hybride,
die in Serie auf den Markt kommen. Er besitzt zwar sowohl einen 150 Pferdestärken
starken Elektromotor, als auch einen 1,4 Liter Benzinmotor mit 85 Pferdestärken,
allerdings dient Letzterer nur als „Range Extender“ zum wiederaufladen der Batterie
und trägt nicht zum direkten Vortrieb bei286.
Der Lithium-Ionen-Akkumulator mit 16 Kilowattstunden ist flüssigkeitsgekühlt um
auch bei jeder Witterung und Temperatur im optimalen Betriebsklima seine Arbeit zu
verrichten. Dabei wird er stets von der Bordelektronik überwacht und sollte der Strom
wirklich nicht reichen, so schaltet sich unmerklich der Benzinmotor zu, um seine
Aufgabe als Generator zu verrichten. Mit einem vollen Akkumulator kann man zirka
80 Kilometer weit fahren, wenn der Benzintank ebenfalls voll ist, erhöht sich die
Reichweite auf über 500 Kilometer und man fährt die ganze Zeit über rein elektrisch287.
Ganz ohne Benzin kann der Motor jederzeit an einer Standard 230 Volt Steckdose
werden. Dieser Vorgang dauert laut Hersteller nur 3 Stunden und schon ist der
Chevrolet Volt wieder bereit für 60 emissionsfreie Kilometer288.
Ein sehr durchdachtes Highlight ist der so genannte „Berg Modus“. Man schaltet ihn
ein bevor man zu einem bergigen Streckenabschnitt kommt und das Fahrzeug fängt
dann ganz automatisch an, die Batterien zu laden, damit dann, wenn die Leistung beim
Bergauffahren abgerufen wird auf jeden Fall genügend Reserven vorhanden sind289.
Offiziell gibt es noch keine Preise für Österreich, aber angesichts des Preises von
41.000 US-Dollar in Amerika, erwarten die Fachleute einen Listenpreis ab zirka
40.000 Euro290.
7.5.3.2 Ford Focus Electric
Der Ford Focus Electric wurde auf der Detroit Auto Show präsentiert und soll 2012
bereits auf dem europäischen Markt angeboten werden. Er wird das Erste von Fünf
geplanten reinen Elektroautos aus dem Hause Ford in Serienfertigung sein.
286
287
288
289
290
Chevrolet Austria GmbH: http://www.chevrolet.at/entdecken-sie-chevrolet/blick-in-die-zukunft/volt-productionmodel.html, vom 21.06.2011
Chevrolet Austria GmbH: http://www.chevrolet.at/entdecken-sie-chevrolet/blick-in-die-zukunft/volt-productionmodel.html#_SP4, vom 16.02.2011
116
Die neue Generation
Über die Leistungsdaten wurde noch nichts veröffentlicht, allerdings soll der Ford
Focus
Electric
mittels
einer
Ein-Gang-Automatik
problemlos
ohne
Zugkraftunterbrechung auf bis zu 136 Kilometer pro Stunde beschleunigen291.
Ein besonders leichter und kraftvoller Lithium-Ionen-Akkumulator mit 23
Kilowattstunden Leistung soll je nach Fahrweise dabei bis zu 160 Kilometer genügend
Strom zur Verfügung stellen und somit durchaus geeignet für den täglichen
Stadtverkehr sein292.
Um die Kapazität der Akkumulatoren best möglich zu nutzen, hat Ford ein besonders
Informationssystem entwickelt. Nicht nur, dass es die aktuell benötigte Menge an
Energie detailliert anzeigt, es zeigt auch in der Nähe befindliche Ladestationen im
Navigationssystem an und überprüft laufend, ob die Restenergie noch ausstreicht um
den Zielort zu erreichen. Sollte das System feststellen, dass zu wenig Strom zur
Verfügung steht, plant das Navigationssystem selbstständig eine alternative „EcoRoute“, um doch noch ans Ziel zu kommen293.
Geladen werden kann der Focus Electric an jeder Steckdose, was bei 240 Volt nur drei
bis vier Stunden für eine volle Ladung dauern soll.
Der Preis für den ersten Elektro-Ford ist ebenfalls noch nicht bekannt gegeben
worden.
291
292
293
Motor Presse Stuttgart GmbH & Co. KG: http://www.auto-motor-und-sport.de/eco/ford-focus-electric-elektro-antriebim-focus-3287573.html, vom 16.02.2011
Ford Motor Company: http://www.ford.com/electric/focuselectric/2012/, vom 16.02.2011
Motor Presse Stuttgart GmbH & Co. KG: http://www.auto-motor-und-sport.de/eco/ford-focus-electric-elektro-antriebim-focus-3287573.html, vom 16.02.2011
117
Die neue Generation
Tab. 6:
Aus dem Land der Musclecars - Übersicht der vorgestellten Kraftfahrzeuge
Quelle:
Ford Motor Company: http://www.ford.com/, vom 16.02.2011
Chevrolet Austria GmbH: http://www.chevrolet.at/, vom 21.06.2011
General Motors Company: http://www.saturn.com/, vom 16.02.2011
General Motors Company: http://www.gmc.com/, vom 16.02.2011
118
Die neue Generation
Ein Fazit im Sinne einer Zusammenfassung lässt sich hier schwer abgeben, da der
amerikanische Markt, anders als der europäische, von großen Unterschieden geprägt
ist, sowohl von den Dimensionen, die zu bewältigen sind, über die Intensionen, die im
Vordergrund stehen bis hin zu den diversen Käuferschichten mit ganz
unterschiedlichen Einsatzzwecken und Bedürfnissen. Vom europäisch geprägten
Standpunkt her gesehen, ist sicherlich der Chevrolet Volt das Modell, das über die
innovativste Technologie verfügt und auch anderen Herstellern Anregungen für die
Zukunft geben kann.
7.6 Sonstige
7.6.1 Audi A1 E-Tron
Vier E-Tron Elektrostudien stellte Audi im Jahr 2010 vor, jedoch wird vermutlich der
Audi A1 E-Tron als Erster davon in Serie gehen. Ökonomisch, ökologisch und
kompakt, werden die ersten 20 Fahrzeuge bereits ab dem Frühjahr 2011 auf Münchens
Straßen zu finden sein. Die Markteinführung ist für Ende 2012 beziehungsweise
Anfang 2013 geplant.
Angetrieben wird der Audi A1 E-Tron Synchron-Elektromotor mit einer Dauerleistung
von 61 Pferdestärken und 150 Newtonmeter Drehmoment. Ist jedoch mal mehr
gefragt, schafft er auch eine kurzfristige Spitzenleistung von 102 Pferdestärken und
240 Newtonmeter Drehmoment. Allerdings ist bei 130 Kilometer pro Stunde Schluss,
was dem Ein-Gang-Automatikgetriebe zuzuschreiben ist294.
Ähnlich wie der Chevrolet Volt, hat auch der Audi A1 E-Tron einen Benzinmotor als
Reichweitenverlängerer mit an Bord. Allerdings wählte man bei Audi einen
Einscheiben-Wankelmotor mit 254 Kubikzentimeter Hubraum, da dieser viel weniger
Platz benötigt und mit allen Anbauten wie Ansaug-, Abgas- und Kühlanlage, sowie
Dämmung und Hilfsrahmen, gerade einmal 70 Kilogramm auf die Wage bringt. Er
läuft besonders vibrations- und geräuscharm konstant bei 5.000 Umdrehungen pro
Minute und erzeugt dabei eine Ladeleistung von 15 Kilowattstunden295.
Mit den 12 Kilowattstunden aus dem Lithium-Ionen-Akkumulator alleine garantiert
Audi eine Reichweite von 50 Kilometer. Ist der Benzintank ebenfalls mit 12 Litern
Superbenzin gefüllt, erhöht sich die Reichweite um das Fünffache auf über 250
294
295
AUDI AG: http://www.audi.de/de/brand/de/erlebniswelt/design___technologie/audi_e-tron/audi_a1_etron.tab_0002.html&container=tabAjax, vom 17.02.2011
119
Die neue Generation
Kilometer. Nach Normenentwurf ECE-R-101 der EU, welcher künftig für die
Ermittlung des Verbrauches für Hybrid- und Elektrofahrzeuge gelten soll, gibt Audi
einen Durchschnittsverbrauch von 1,9 Liter auf 100 Kilometer an bei einer
Feinstaubbelastung von nur 45 Gramm pro Kilometer296.
Einen Preis nennt Audi für den A1 E-Tron noch nicht. Welche Technik schlussendlich
wirklich im Serienfahrzeug Platz finden wird, darauf will sich der Hersteller auch noch
nicht 100-prozentig festlegen.
7.6.2 Mazda Tribute HEV
Schon seit 2007 rollt der Hybrid-SUV in Amerika über die Straßen und stellt für den
„Platzhirsch“, den Ford Escape Hybrid, eine Konkurrenz dar. Eine Markteinführung in
Europa blieb jedoch aus.
Mit einem 2,3 Liter Vierzylindermotor und einem permanent Magnet-WechselstromSynchronmotor ausgestattet, leistet der Mazda Tribute HEV 155 Pferdestärken. Dank
des großen Drehmoments beschleunigt er jedoch wie ein vergleichbarer SUV mit
knapp 200 Pferdestärken, benötigt dazu aber bei optimaler Fahrweise nur ein Viertel
an Benzin297.
Der Benzinmotor arbeitet nach dem Atkinson-Zyklus, was ihn besonders effizient
macht, dass dabei verloren gegangene Drehmoment wird jedoch durch den 94
Pferdestärken Elektromotor mehr als wieder ausgeglichen. Zusätzlich mit der
Rekuperation, der Fähigkeit auch rein elektrisch fahren zu können und eines
intelligenten Energiemanagements, macht dies den Mazda Tribute HEV zu einem der
Sparsamsten seiner Klasse. Nur 7,2 Liter Benzin auf 100 Kilometer soll er brauchen,
was angesichts seiner Abmessungen, seines Gewichtes und des permanenten
Allradantriebes als respektable Leistung der Ingenieure zu sehen ist298.
Ein 330 Volt Nickel-Metallhybrid-Akkumulator und ein elektrisch gesteuertes CVTGetriebe komplettieren das Gesamtkonzept, welches mit einem Basispreis von nur
rund 25.000 Dollar zu einem Kassenschlager in Großstädten und Staaten mit
besonders strengen Umweltauflagen gemacht hat.
296
297
298
Motor Presse Stuttgart GmbH & Co. KG: http://www.auto-motor-und-sport.de/fahrberichte/audi-a1-e-tron-imfahrbericht-elektroauto-mit-wankel-range-extender-2779334.html, vom 17.02.2011
Wikimedia Foundation Inc.: http://de.wikipedia.org/wiki/Mazda_Tribute#Tribute_HEV, vom 13.10.2010
Network Solutions LLC: http://www.autospectator.com/cars/models/2010-mazda-tribute-amp-tribute-hev-picturesfeatures-specs-pricing, vom 13.10.2010
120
Die neue Generation
7.6.3 Mitsubishi i MiEV
Mitsubishi bringt mit dem i-MiEV als Erstes ein Serien-Elektrofahrzeug auf den
Markt. Bereits seit Ende 2010 gibt es ihn auch bei uns in Österreich zu kaufen.
Angetrieben wird der kleine Japaner von einem wassergekühlten Synchronstrommotor
mit 67 Pferdestärken und einem Ein-Gang-Automatikgetriebe. Dies klingt nicht
besonders viel, bedenkt man aber das geringe Gewicht von nur 1.100 Kilogramm,
scheinen die 180 Newtonmeter Drehmoment ab der ersten Umdrehung wieder
vollkommen ausreichend für den Stadtverkehr299.
Die 22 aneinander gekoppelten Lithium-Ionen-Akkumulatoren haben eine
Gesamtkapazität von 16 Kilowattstunden und versprechen unter optimalen
Bedingungen eine Reichweite von 160 Kilometer. Dies ist aber nur zu schaffen, wenn
man auf Annehmlichkeiten wie Klimaanlage und Sitzheizung verzichten kann und den
„Eco-Modus“, bei dem die Leistung auf 25 Pferdestärken reduziert wird, die ganze
Zeit aktiv durch eine angepasste Fahrweise unterstützt300.
Geladen kann der i-MiEV in sieben Stunden an jeder beliebigen Steckdose werden,
oder man findet eine Schnellladestation mit 400 Volt, dann kann man auch 80 Prozent
der Batterie in knapp unter 30 Minuten laden301.
Wer unbedingt einer der ersten Elektrofahrzeugbesitzer sein will, muss seinem
Mitsubishi-Händler des Vertrauens aber auch viel bieten. Erstens gibt es nur ein
beschränktes Kontingent für Europa und zweitens beträgt der Kaufpreis 35.900 Euro302.
7.6.4 Nissan Leaf
Der Nissan Leaf ist das erste von vier Elektrofahrzeugen, die Nissan bis 2014 auf den
Markt bringen will. Im Laufe des Jahres 2011 wird er auch in Europa angeboten
werden und zeigen müssen, was in ihm steckt.
Fünf Milliarden Euro hat er gekostet. Dafür ist der Nissan Leaf das erste GroßserienElektrofahrzeug, das um diese neue Technologie herum gebaut wurde, zum
Unterschied von den bisherigen, bei denen die Technik in bestehende Fahrzeuge
299
300
301
302
DENZEL Autoimport GmbH: http://www.mitsubishi-motors.at/versions.aspx?pmid=98&bodytypeid=2627, vom
16.02.2011
121
Die neue Generation
eingepasst wurde. Somit konnte der Großteil der Technik unter dem Auto versteckt
werden, ohne kostbaren Platz im Innenraum zu verschwenden, wodurch fünf Personen
und 330 Liter Gepäck ohne weiteres zugeladen werden können. Weiters ergibt diese
Anbringung des 250 Kilogramm schweren Lithium-Ionen-Akkumulators einen tief
liegenden Schwerpunkt des Fahrzeuges, was sich wiederum positiv auf die
Straßenlage und das Fahrverhalten auswirkt303.
Der Elektromotor leistet ab der ersten Umdrehung 109 Pferdestärken und satte 280
Newtonmeter Drehmoment. Somit verzichtete man hier auch auf ein kompliziertes
Getriebe und entschied sich stattdessen eine Ein-Gang-Automatik zu verwenden. Dies
führt allerdings dazu, dass der Leaf mit Rücksicht auf die Reichweite, auf 145
Kilometer pro Stunde limitiert wurde, was angesichts seines Einsatzgebietes allerdings
kein wirkliches Problem darstellen sollte304.
Da der Leaf so leise auf den Straßen unterwegs ist, verkündet ein Lautsprecher in der
vorderen Stoßstange ab 30 Kilometer pro Stunde mittels eines anschwellenden
Surrens, dass er sich nähert, damit Fußgänger gewarnt werden. Auch beim rückwärts
Fahren gibt der Leaf ein Piepen von sich, damit ihn auch wirklich niemand übersieht.
Der eigens entwickelte Akkumulator besteht aus 48 flachbauenden Einzelelementen,
welche so aneinander laminiert wurden, dass sie effizient arbeiten können und
trotzdem möglichst wenig Raum benötigen.
Das Laden der Batterie dauert an der normalen Steckdose rund 8 Stunden, Nissan
arbeitet aber auch schon an einem flächendeckenden Versorgungsnetz an
Schnellladestationen in ganz Europa. An diesen kann der Nissan Leaf dann in nur 30
Minuten 80 Prozent seiner Batterie wieder aufladen und einer Langstreckenfahrt steht
nichts mehr im Wege305.
Der Leaf wird in Österreich zwischen 30.000 Euro und 35.000 Euro kosten und ab
Ende 2011 bei den Händlern zu bestellen sein. Die ersten Auslieferungen in Europa
haben bereits in England begonnen306.
303
304
305
NISSAN CETER EUROPE GmbH:
http://www.nissan.at/AT/de/vehicles/electricvehicles/leaf.html#vehicles/electricvehicles/leaf/leafengine/explore/energy/infos, vom 16.02.2011
306
122
Die neue Generation
7.6.5 Opel Ampera
In etwa zur selben Zeit wie der Chevrolet Volt kommt auch der Opel Ampera in
Europa auf den Markt. Ein markantes Design und eine bessere Qualitätsanmutung
sollen ihn von seinem „Zwilling“ abheben.
Da der Opel Ampera baugleich zum Chevrolet Volt ist, besitzt auch er das VoltecAntriebssystem mit dem 150 Pferdestärken starken Elektromotor und einem 1,4 Liter
Benzinmotor, welcher als Generator dient. Auch die Höchstgeschwindigkeit von 160
Kilometer pro Stunde und die Beschleunigung von Null auf 100 Kilometer pro
Stunden bleiben gleich307.
Opel wirbt jedoch im Gegensatz zu Chevrolet damit, dass der Ampera kein
Hybridfahrzeug, sondern ein Elektrofahrzeug mit verlängerter Reichweite ist308, was
jedoch Kritiker auf den Plan ruft. Diese behaupten nämlich, dass der Opel Ampera rein
technisch sehr wohl ein Hybrid, genauer gesagt ein Seriell-Hybrid, ist und werfen Opel
vor, damit seine Kunden zu täuschen.
Wie dem auch sei, selbst wenn man den ganzen Benzintank leer „fährt“, errechnet sich
daraus ein Durchschnittsverbrauch von nur 1,6 Liter Benzin auf 100 Kilometer, was
eigentlich doch die Hauptsache ist.
Gegen eine Gebühr von 50 Euro kann man sich den Opel Ampera jetzt schon
reservieren lassen, welche dann vom Kaufpreis von 42.900€ wieder abgezogen wird,
sollte man sich später für einen Kauf entscheiden309.
7.6.6 Tesla Roadster
Als einer der weltweit ersten Sportwagen mit Elektroantrieb machte der Tesla
Roadster schon lange vor seiner Markteinführung 2006 Schlagzeilen. Mit einer
Beschleunigung von 3,9 Sekunden von 0 auf 100 Kilometer pro Stunde und einer fast
dreimal so großen Reichweite wie bisherige Elektroautos soll er die Automobile
Sportwagenwelt auf den Kopf stellen.
Am 24. Juli 2006 wurde der Roadster zum ersten Mal der Öffentlichkeit vorgestellt
und bereits am 17. März 2008 lief die Produktion der Kleinserie an. Trotz eines
Stückpreises von knapp mehr als 100.000 US-Dollar gingen bereits in kürzester Zeit
307
Adam Opel AG: http://www.opel-ampera.com/index.php/aut/ampera/how_it_works/erev_voltec, vom 16.02.2011
308
Adam Opel AG: http://www.opel-ampera.com/index.php/aut/ampera/how_it_works/not_a_hybrid, vom 16.02.2011
309
Adam Opel AG: http://www.opel-ampera.com/index.php/aut/home, vom 16.02.2011
123
Die neue Generation
mehr als 100 Vorbestellungen von Käufern aus der ganzen Welt bei Tesla Motors ein,
die auch gerne eine Wartezeit von mehr als einem Jahr in Kauf nahmen310.
Die Reichweite war für den Firmengründer Martin Eberhart von Anfang an ein
maßgebendes Kriterium. Daher wurden 6831 Lithium-Ionen-Akkumulatoren, ähnlich
wie in handelsüblichen Laptopcomputern, zu 621 Zellen zusammengefasst, welche
eine Gesamtladeleistung von 53 Kilowattstunden an Ladekapazität zur Verfügung
stellen und je nach Stromquelle in 2, beziehungsweise 16 Stunden Voll geladen
werden können311.
Dieses 450 Kilogramm schwere Batteriepaket soll dem Tesla Roadster mit einer
maximalen Leistung von 250 Pferdestärken und 380 Newtonmeter Drehmoment zu
Fahrleistungen eines reinrassigen Sportwagens mit einer Lebensdauer von gut 160.000
Kilometer verhelfen312. Schon ab einer Motordrehzahl von 1 Umdrehung pro Minute
stellt der kompakte Dreiphasen-Drehstrom-Heckmotor dem Fahrer die volle Kraft zur
nach Belieben bereit, welcher aber behutsam mit Gaspedal umgehen sollte, wenn er
die angegebenen 365 Kilometer Reichweite ohne „Tankstopp“ erreichen will313.
Um den gefürchteten Explosionen des Batterieblockes, wie in den Medien immer
wieder berichtet wird, vorzubeugen, wird dieser von einer Wasser-Glykol-Mischung
auf maximal 25 Grad Celsius kühl gehalten, was nicht nur Bränden verhüten, sondern
auch einer vorzeitigen Alterung vorbeugen soll314.
Auch die konsequente Leichtbauweise trägt ihr übriges dazu bei, dass
Sportwagenfahrern großer europäischer Hersteller den Angstschweiß auf die Stirn
treibt. Der von Lotus, einer etablierten Sportwagenfirma aus England, stammende AluRahmen wiegt nur 65kg und verleiht dem Roadster sein sehr leichtes, jedoch hoch
stabiles Grundgerüst. Weiters wurde auch so manches Komfortfeature, wie eine
Klimaanlage oder eine Servolenkung, verzichtet, um die fast eine halbe Tonne
wiegende Batterie auszugleichen. Als Ergebnis bringt der US-Stromflitzer nur 1.220
Kilogramm auf die Waage und sorgt mit einer Gewichtsverteilung von 37:63 für ein
wahrhaft sportliches Handling315.
310
HEISE, C. und HEISE, A. (Hrsg.): Technology Review spezial: Auto der Zukunft, Deutschland 2008, S. 114
311
BUGGELSHEIM, R.: http://energie-und-umwelt.at/elektro-fahrzeuge/tesla-roadster-25-sport-elektroauto-713, vom
25.06.2011
312
313
314
315
Autoplenum GmbH: http://www.autoplenum.at/Auto/Testberichte/Faszination--Elektro-Cabrios---Dr--Strom-und-Mr-Heiss-id1553.html, vom 25.06.2011
HEISE, C. und HEISE, A. (Hrsg.): Technology Review spezial: Auto der Zukunft, Deutschland 2008, S. 115
124
Die neue Generation
Nicht nur von den reinen Fahrwerten wildert der Tesla Roadster im Revier von
Porsche, Ferrari und Co. und auch preislich befindet er sich dort, aber eben als
Einziger abgasfrei. Seit Anfang 2009 ist er auch in Europa am Markt und strebt trotz
seines Preises ab 89.000 Euro in den nächsten Jahren an fünfstellige Absatzzahlen. Ein
flächendeckendes Händlernetz und weitere Modelle sind seitens Tesla Motors
ebenfalls bereits in Planung.
7.6.7 VW Golf Twin Drive
Die Forschung der Volkswagen AG hat ein völlig neues Antriebskonzept entwickelt.
Der Twin Drive kann über eine normale Steckdose Strom tanken und diesen in einem
Akkumulator speichern. Der Antrieb erfolgt dann wahlweise über einen Elektro- oder
Verbrennungsmotor. Mit dem so genannten „E-Drive“ Schalter kann jeder Zeit per
Knopfdruck auf einen rein elektrischen Antrieb umgeschaltet werden. Dann kann er
völlig leise und ohne jegliche Abgase vor Ort durch besonders schützenswerte Zonen,
wie zum Beispiel ein Wohngebiet fahren316.
Im E-Modus ist der Verbrennungsmotor mit einer Leistung von 75 Kilowatt
ausgeschaltet. Für den Antrieb sorgen 3 Elektromotoren mit einer Leistung von je 30
Kilowatt. Der erste befindet sich vorne am Getriebe, die beiden anderen sitzen jeweils
in den Radnarben der Hinterräder, womit der Twin Drive über einen Allradantrieb
verfügt wenn sich das Auto im Boost-Modus befindet. Die gespeicherte Energie aus
der Batterie fließt über einen Netzverteiler direkt zu den Elektromotoren und so kann
der Twin Drive im E-Modus 40 bis 50 Kilometer zurücklegen ohne den
Verbrennungsmotor auch nur einmal zu benutzen. Es scheint nicht besonders viel, ab
wenn man die Größe der Batteriekapazität betrachtet, kann man doch sagen, dass der
Elektroantrieb sehr effizient genutzt wird, denn über 80 Prozent der gespeicherten
Energie wird in Bewegung umgesetzt317.
Auch bei diesem Konzept übernehmen die 3 Elektromotoren mit Hilfe von
Rekuperation die Funktion von Generatoren. Der Verbrennungsmotor schaltet sich
dabei ab und die überschüssige Bremsenergie wird dabei wieder in den Zellen des
316
317
HEISE, C. und HEISE, A. (Hrsg.): Technology Review spezial: Auto der Zukunft, Deutschland 2008, Digitaler
Datenträger
Datenträger
125
Die neue Generation
Lithium-Ionen-Akkumulators gespeichert318. Somit erhöht sich die Energieeffizienz des
Fahrzeuges noch einmal deutlich.
Für längere Strecken kann der E-Modus jederzeit verlassen werden beziehungsweise
springt der Verbrennungsmotor bei Bedarf von selbst wieder an und der Twin Drive
setzt die Fahrt so effizient wie möglich fort.
So kann der Verbrennungsmotor zum Beispiel bei Fahrten unter 50 Kilometer pro
Stunde einen eigenen Generator antreiben, der nun seinerseits die drei Elektromotoren
speist, womit keine Energie aus der Batterie benötigt wird319.
Bei Geschwindigkeiten über 50 Kilometer pro Stunde wählt der Twin Drive den
Modus des gekoppelten Fahrens. Dabei schließt sich die Kupplung und die Kraft des
Verbrennungsmotors wird auf die beiden Vorderräder übertragen. Somit erfolgt der
Antrieb rein mechanisch. Aber auch hier bietet der Verbrennungsmotor bei konstanter
Fahrweise noch genügend Energie, um dabei auch die Batterie zu laden. Somit wäre
im Optimalfall ein rein elektrisches Fahren in der Stadt möglich, auf der Autobahn
kann bei konstanter Fahrweise der Akkumulator wieder vollständig geladen werden
und, wieder in der Stadt angekommen, kann es komplett elektrisch weitergehen320.
Wird jedoch noch mehr Leistung gefordert, verfügt auch diese Konstruktion über den
Boost-Modus, wobei zusätzlich zum Verbrennungsmotor auch Energie aus der
Batterie abgerufen wird, damit die Elektromotoren unterstützend wirken können und
somit liefert der Golf Twin Drive im Boost-Modus sportliche 130 Kilowatt321. Die
Leistung ist sofort spürbar, da die zusätzliche Energie ohne Verzögerung durch die
beiden Radnarbenmotoren direkt an die Räder übertragen wird. Damit lässt sich sogar
noch jenseits der 150 Kilometer pro Stunde noch Leistung abrufen, was besonders im
Herkunftsland von Volkswagen von besonderer Bedeutung ist322.
Insgesamt bietet der Twin Drive für das Zusammenspiel aus Elektro- beziehungsweise
Verbrennungsmotor, Generator und Batterie sechs verschiedene Betriebsarten, wobei
das Auto abhängig von der Situation selbstständig immer den energieeffizientesten
Modus wählt.
318
319
320
321
322
Datenträger
YAHOO! Deutschland GmbH: http://de.cars.yahoo.com/09092008/348/hybrid-zukunft-wolfsburg-vw-golf-twindrivetest.html, vom 30.06.2011
SPIEGEL ONLINE GmbH: http://www.spiegel.de/auto/fahrberichte/0,1518,576180,00.html, vom 30.06.2011
Datenträger
Autoplenum GmbH: http://www.autoplenum.at/Auto/Testberichte/VW-Golf-Twin-Drive--Koalitions-Ertragid1590.html, vom 30.06.2011
126
Die neue Generation
Das Antriebskonzept lässt sich auf verschiedene Fahrzeuge von Volkswagen
übertragen, egal ob als Allradantrieb mit Radnarbenmotoren oder als reiner
Frontantrieb. Und bei einem Testverbrauch von knapp über 2,5 Liter auf 100
Kilometer323 wird ein Serienfahrzeug mit dieser Technik wohl nicht mehr all zu lange
auf sich warten lassen.
7.6.8 VW Touareg Hybrid
Bereits seit Mitte 2010 gibt es den neuen Touareg auf dem Markt. Zur
Markteinführung hat Volkswagen auch gleich einen Hybrid in petto.
Ein Sechszylinder TSI Benzinmotor mit Kompressoraufladung und ein Elektromotor
bieten eine maximale Systemleistung von 380 Pferdestärken. Dadurch, dass der neue
Touareg auch 200 Kilogramm leichter als sein Vorgänger geworden ist, katapultiert er
seine Insassen wenn nötig in nur 6,5 Sekunden von 0 auf 100 Kilometer pro Stunde324.
Der 175 Kilogramm schwere Nicke-Metallhybrid-Akkumulator sitzt platzsparend in
der Reserveradmulde und leistet maximal bis zu 34,3 Kilowattstunden. Damit sollen
trotz 2,2 Tonnen Leergewicht und permanentem Allradantrieb mehrere Kilometer mit
einer Geschwindigkeit bis zu 50 Kilometer pro Stunde rein elektrisch zu bewältigen
sein. Geladen wird er dabei durch Rekuperation und mit Hilfe der Schleppleistung,
wenn der Fahrer seinen Fuß vom Gaspedal nimmt325.
Die Direkteinspritzung, ein Acht-Gang-Automatikgetriebe, ein Start-Stopp-System
und eine hochkomplexe Bordelektronik helfen dem SUV weiters beim Sparen,
Volkswagen gibt für den Touareg Hybrid einen Durchschnittsverbrauch von 8,2 Liter
auf 100 Kilometer an326.
Nicht nur die Abmessungen des Volkswagen Touareg Hybrid sind erstaunlich groß,
sondern auch sein Preis. Ab 91.340 Euro kann er beim Händler geordert werden, gönnt
man sich allerdings ein paar Annehmlichkeiten, sind die 100.000 Euro schnell
überschritten.
323
324
325
326
Datenträger
Porsche Austria GmbH & Co OG: http://www.volkswagen.at/files/at/download/datei/touareg_pl_02_2011_web.pdf,
vom 17.02.2011
KORNHERR, C.:Autorevue 4a/2009 - Sonderheft Umwelt und Innovation, Wien 2009, S 26
Porsche Austria GmbH & Co OG: http://www.volkswagen.at/files/at/download/datei/touareg_pl_02_2011_web.pdf,
vom 17.02.2011
127
Die neue Generation
Tab. 7:
Sonstige Automobilhersteller - Übersicht der vorgestellten Kraftfahrzeuge
Quelle:
Gesammelte Daten aus der Arbeit (Kapitel 7.6)
Porsche Austria GmbH & Co OG: http://www.volkswagen.at/, vom 17.02.2011
Adam Opel AG: http://www.opel-ampera.com/, vom 16.02.2011
DENZEL Autoimport GmbH: http://www.mitsubishi-motors.at/, vom 16.02.2011
AUDI AG: http://www.audi.de/, vom 16.02.2011
Mazda North American Operations: http://www.mazdausa.com/, vom 17.02.2011
Tesla Motors Inc.: http://www.teslamotors.com/, vom 16.02.2011
128
Die neue Generation
Eine Zusammenfassung dieses Abschnittes ist insofern nicht Ziel führend, als es sich
um bemerkenswerte Einzelstücke von an sich namhaften Herstellern handelt, die aber
derzeit noch keine nennenswerte Produktpalette anbieten
7.7 Analyse
Eine Prognose beziehungsweise eine Analyse der erhobenen Daten lässt sich nicht so
einfach umsetzen, insofern man nicht nur die einzelnen Hersteller getrennt betrachten
darf, sondern einen Überblick über alle, damit sich eventuelle Trends erkennen lassen.
Folgend werden die verwendeten Übersichts-Tabellen aus dem Kapitel 7
zusammengefasst und nach den folgenden drei Kriterien analysiert: „CO2-Ausstoß“,
„Antriebskonzept“ und „Akkumulator“.
Weiters wird versucht, daraus resultierende Zusammenhänge oder Gruppierungen
hervorzuheben und zu erläutern.
129
Die neue Generation
Tab. 8:
Analyse der vorgestellten Kraftfahrzeuge – CO2-Ausstoß
Quelle:
130
Die neue Generation
Betrachtet man Tabelle 8, welche aufsteigend nach dem CO2-Ausstoß der
Kraftfahrzeuge sortiert ist, kann man ein paar Schlüsse ziehen, welche erst durch diese
Darstellung augenscheinlich wird. Mit Hilfe einer Farbskalierung, wobei „Grün“ für
unter 100, „Orange“ für 100 bis 150 und „Rot“ für über 150 Gramm Kohlendioxid pro
100 Kilometer steht, und einer optischen Hervorhebung der Auffälligkeiten durch
„fette“ Schrift, lassen sich folgende Zusammenhänge erkennen.
Zum Ersten ist erkennbar, dass sich trivialer Weise an der Spitze der Tabelle die
Elektrofahrzeuge befinden, da es sich rein um den CO2-Ausstoß während des Fahrens
handelt, ohne Berücksichtigung sonstiger Umweltschädigungen während der
Herstellung oder der Entsorgung dieser Fahrzeuge.
Eine viel relevantere Auffälligkeit ist jedoch, dass sich ein Großteil der Automobile in
der Kategorie „Unter 100 Gramm Kohlendioxid pro 100 Kilometer“ noch im KonzeptStadium befindet und noch gar nicht bis zur Marktreife gebracht worden sind.
Lässt man folglich die Elektrofahrzeuge und die Konzepte außer Acht, so ist
bemerkbar, dass abgesehen von dem einen oder anderen Einzelfall, Toyota und Honda
klar an der Spitze der umweltfreundlichsten Automobilhersteller liegen, und zwar
nicht nur mit einem einzelnen Fahrzeug sondern gleich mit einer vielfältigen
Modellpalette.
131
Die neue Generation
Tab. 9:
Analyse der vorgestellten Kraftfahrzeuge – Antriebskonzept
Quelle:
132
Die neue Generation
Sortiert man nun, wie in Tabelle 9, die gleichen Fahrzeuge nach dem Aspekt des
Antriebskonzeptes, ist ersichtlich, dass das Misch-Stronghybrid-Konzept in fast der
Hälfte aller vorgestellten Automobile zu finden ist. Besondern Toyota, Lexus und
BMW favorisieren dieses Antriebskonzept, wohingegen Honda eine der wenigen
Automobilhersteller zu sein scheint, der sein Vertrauen in das Parallel-SofthybridKonzept steckt.
Bei den reinen Elektrofahrzeugen lässt sich derzeit noch kein besonderer Trend
ausmachen, außer vielleicht, dass sich der Großteil von ihnen noch nicht auf
öffentlichen Straßen befindet, sondern noch in den Labors der Entwickler und auf
diversen Automessen.
133
Die neue Generation
Tab. 10: Analyse der vorgestellten Kraftfahrzeuge – Akkumulator
Quelle:
134
Die neue Generation
Aus Tabelle 10 lassen sich folgende Zusammenhänge erkennen, betrachtet man
nämlich nun die verwendeten Akkumulatoren, wird deutlich, dass zwar momentan die
Nickel-Metallhybrid-Akkumulatoren die meiste Verwendung finden, jedoch in fast
allen Konzepten und reinen Elektrofahrzeugen kommen Lithium-IonenAkkumulatoren zum Einsatz. Dies lässt sich wohl damit begründen, dass sie zwar die
weitaus leistungsstärkeren und gleichzeitig noch kompakteren Akkumulatoren sind,
momentan aber noch zu teuer sind, um sie an die meist kostensensible Zielgruppe
bringen zu können.
Des Weiteren kann man schlussfolgern, dass der Einsatz von Lithium-IonenAkkumulatoren den CO2-Ausstoß sowie den Kraftstoffverbrauch durch ihre höhere
Effizienz merklich sinken lassen werden. Mit Ausnahme eines Kraftfahrzeuges, ist
jedes hier vorgestellte Fahrzeug, welches mit einem Lithium-Ionen-Akkumulator
ausgerüstet wurde unter der „5 Liter-Marke“, wenn es um den Treibstoffverbrauch
geht und unter der „100 Gramm Kohlendioxid pro Kilometer-Marke“ bezüglich des
CO2-Ausstoßes.
135
Schlusswort
8
SCHLUSSWORT
Mobilität ist eine der Grundbedingungen für den Wohlstand in einer Volkswirtschaft,
der Transport von Menschen und Gütern ist eine Voraussetzung für die Industrie, den
Handel und den Dienstleistungsbereich. Neben dem reibungslosen Zugang zu
Ausbildungsstätten und Arbeitsplatz erfüllt der Individualverkehr auch soziale
Aufgaben, er ermöglicht die Teilnahme am sozialen Leben, in dem er den
individuellen Kontakt mit Freunden ermöglicht, die Freizeitgestaltung, von kulturellen
Interessen, über Sport bis hin zur Urlaubsgestaltung, erleichtert, vor allem abgesehen
von den Ballungszentren, in denen ausreichend öffentliche Verkehrsmittel zur
Verfügung stehen. Das Automobil ist das einzige Verkehrsmittel, das praktisch zu
jeder beliebigen Zeit zu jedem beliebigen Ort fahren kann und dessen individuelle
Nutzbarkeit in der modernen Gesellschaft unverzichtbar ist. Es ist eine
Herausforderung für die Wissenschaft, die Industrie und die Politik, zukunftsfähige
Lösungen zu finden, welche die unverzichtbaren Vorteile der individuell gestalteten
Mobilität sichern und die damit verbundenen Belastungen und Nachteile in
akzeptablen Grenzen zu halten.
Dazu bedarf von Seiten der Industrie mit Unterstützung wissenschaftlicher Forschung
der technischen Weiterentwicklung hinsichtlich:
• aktiver und passiver Sicherheit wie sicherheitstechnische Einrichtungen bei der
Gestaltung des Fahrzeuginnenraums, vor allem auch hinsichtlich des Transports
von Kindern und Tieren
• Verbesserung der Antriebsaggregate wie Multipointenspritzungen und
Direkteinspritzung beim Diesel- und Ottomotor oder die Optimierung des
Getriebes.
• Senkung des Treibstoffverbrauchs und damit der CO 2 Emissionen mit dem
Einsatz von alternativen Kraftstoffen und der Ausschöpfung des Potentials von
Diesel- und Ottomotor betriebenen Fahrzeugen, inklusive derer Hybridisierung.
• Intelligentes Energiemanagement, damit die Komponenten der Hybridantriebe
Standard werden.
Von Seite der Politik als Handlungsbeauftragter der Gesellschaft besteht ein erhöhter
Handlungsbedarf hinsichtlich der Einrichtung von:
• Umfassendes Verkehrsmanagement für den gesamten Verkehrsbereich und alle
Verkehrsteilnehmer, auch die nicht motorisierten.
136
Schlusswort
• Vorsorge im Sicherheitsbereich durch Einrichtung von Notfallssystemen,
gesteigerte Wahrnehmung der Produkthaftungspflicht und effiziente
Handhabung der Schadensregulierung.
• Meinungsbildende Öffentlichkeitsarbeit inklusive gesteigerter Transparenz der
Problembereiche und der entsprechenden Lösungsansätze
Eine der Möglichkeiten, neue Wege in die Zukunft zu gehen, besteht darin, dass ein
privater Unternehmer die Initiative ergreift und es sich auch leisten kann, so wie es bei
Toyota der Fall war. Es erscheint allerdings angesichts der Entwicklung der
Weltwirtschaft riskant, sich auf das Auftreten solcher Innovatoren zu verlassen, womit
sich auch hier wiederum die Frage erhebt, wie weit wir als Gesellschaft nicht
verpflichtet wären, durch eine intensivere Unterstützung von Forschungstätigkeiten
durch die öffentliche Hand, als unseren Beauftragten, einen größeren Beitrag als bisher
zu leisten.
Die folgenden letzten beiden Grafiken zeigen die Ergebnisse einer Umfrage aus dem
Jahre 2007. 3.500 potenzielle Autokäufer wurden hierbei über Hybridtechnologie und
deren Zukunft in unserer Gesellschaft befragt.
Abb. 25: Umfrage über den Bekanntheitsgrad von der Hybridtechnologie
Quelle:
in petto Marketing: http://www.marketing-marktplatz.de/Absatz/hybridBekanntheit.gif, vom 07.03.2011
137
Schlusswort
Abb. 26: Umfrage über die Zukunft der Mobilität
Quelle:
in petto Marketing: http://www.marketing-marktplatz.de/Absatz/hybrid-diesel_Vergleich.gif, vom 07.03.2011
Mit der vorliegenden Arbeit wurde versucht, den derzeitigen Stand hinsichtlich der
Erkenntnisse der Problembereiche und hinsichtlich der eingeschlagenen Wege zu ihrer
Lösung sowie das komplexe Beziehungsgeflecht der betroffenen verantwortlichen
Teilnehmer aufzuzeigen und transparenter zu gestalten. Insgesamt ist die gesamte
Automobilindustrie im Umbruch und alle betroffenen Parteien, auch der Kunde und
der Staat, müssen neue Wege bestreiten. Die vorliegende Arbeit versucht eine alle
Beteiligten betreffende Bestandsaufnahme zu erstellen, die als eine Ausgangsbasis
dienen könnte.
Eine Voraussage dafür, welche dieser Konzepte sich in der Zukunft durchsetzen und
bewähren, ist mit großer Unsicherheit verbunden. Sicher hingegen ist, dass im
Automobilsektor der Bereich der innovativen Erfindungen geradezu explodiert. Wenn
am versucht, sich hier einen Überblick über die Unzahl an neuen Ideen zu verschaffen,
meint man, an einem Brainstorming von Enthusiasten teilzunehmen. Nach
langjährigen Anläufen scheinen die Warnungen vor dem drohenden Klimawandel, die
inzwischen absehbare Knappheit fossiler Energieträger und das rapide Anwachsen der
negativen Begleiterscheinungen des überbordenden Verkehrsaufkommens in seiner
derzeitigen technischen Ausstattung in den Köpfen der Automobilhersteller und der
Bevölkerung angekommen zu sein und Früchte zu tragen. Es mag sich vielleicht um
eine aus diesen praktischen Notwendigkeiten erzwungene Bereitschaft handeln,
138
Schlusswort
grundlegend neue Wege zu gehen, aber die Menschheit hat immer utopische Träume
und Phantasien gehabt, und den unermüdlichen Willen, diese in die Praxis
umzusetzen. Dem großartigen Erfindungsgeist einzelner Visionäre gelingt es immer
wieder, die Grenzen des scheinbar Unmöglichen zu durchstoßen, eine der
Ursprungsquellen unseres unerschütterliche Fortschrittsglaubens und Vertrauens in die
Zukunft.
Dass solche Utopien nicht nur in den Köpfen von unrealistischen Phantasten
existieren, kann man einzelnen Passagen eines Interviews entnehmen, dass der Experte
Stefan Bratzel, Professor für Automobilwirtschaft in Bergisch Gladbach, der
Zeitschrift „Zeit“ gegeben hat und das mit seiner visionären Zukunftsschau den
Abschluss der vorliegenden Arbeit komplettiert:
„Die Autos werden komplett ohne Menschen auskommen. Sie
werden den Weg alleine finden und sie werden wissen, wann sie
Gas geben und wann sie bremsen müssen. In Zukunft werden wir
ein Taxi rufen, das ohne Fahrer fährt und uns trotzdem sicher
nach Hause bringt … ich habe keine Ahnung, ob es jemals
soweit kommen wird. Und wenn, dann wird das noch ein paar
Jahrzehnte dauern. Aber es gibt Experten, die solche Szenarien
entwickeln … es gibt amerikanische Ingenieure, die an einem
fliegenden Auto basteln“ 327
„Möglicherweise werden wir in Zukunft einfach ein Auto
nehmen, das am Straßenrand steht und für kurze Zeit gemietet
werden kann. Schon heute gibt es in einigen Städten ähnliche
Konzepte, bei denen sich Menschen Autos teilen“ 328
„… gäbe es nicht immer wieder Entwickler, die auch mal ein
wenig herum spinnen, hätte es viele Neuerungen bei Autos nicht
gegeben“329
327
BLAU, W.: http://www.zeit.de/auto/2011-02/auto-zukunft, vom 19.02.2011
328
329
139
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seminararbeit

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