Elektroauto: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 30. März 2010, 17:48 Uhr

Vorwort

Seit vielen Jahren findet in unserer Gesellschaft ein Umbruch statt. Wir, die Menschen, sehen, dass jedes negative Verhalten gegenüber der Umwelt unmittelbare Folgen nach sich zieht. Durch dieses Verhalten der letzten Jahrzehnte hat sich die Natur stark verändert. Die Pole schmelzen, Wälder sterben aufgrund von Saurem Regen und die Zahl von Naturkatastrophen wie z.B. Wirbelstürme oder Tsunamis nimmt stark zu. Die Menschheit ist verpflichtet seinen und den Lebensraum anderer Lebewesen zu erhalten. Dies wird zum einen durch Maßnahmen zur Rettung von Lebensraum, wie z.B. Regenwälder etc. unterstützt. Zum anderen werden präventiv Maßnahmen eingeführt. Durch Kalken von Wäldern wird versucht den Sauren Regen entgegenzuwirken. Doch es ist nicht immer möglich Naturreaktionen aufzuhalten. Der Mensch muss Lösungen finden, mit denen es möglich ist, mit der Natur im Einklang zu sein. Wir befassen uns in dieser Ausarbeitung mit einem der am häufigsten genutzten Gebrauchsgegenstände, der Menschen in einem Industriestaat. In Deutschland gibt es 49,6 Millionen zugelassene Kraftfahrzeuge, die mehr oder weniger stark die Umwelt mit ihren Abgasen belasten. Im Verlauf der Ausarbeitung werden Sie über die Technik und deren Entstehungsgeschichte eines Kraftfahrzeuges mit Elektrischem Antrieb aufgeklärt. Außerdem werden die Grenzen der auf dem Markt befindlichen Fahrzeuge aufgezeigt. Unser Hauptaugenmerk liegt dabei in der Energiespeicherung und deren Verwendung bzw. Umwandlung in mechanische Energie. Zusätzlich erhalten sie einen kleinen Einblick in die Technik eines mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeuges.

Inhaltsverzeichnis

1. Geschichte
2. Elektromotor bzw. Elektrische Maschine
2.1 Gleichstrommaschine
2.2 Wechsel- bzw. Drehstrommotor
3. Elektrische Steuerung
3.1 Transformator
3.2 Frequenzumrichter
4. Energiespeicher
4.1 Elektrochemische Energiespeicher
4.2 Brennstoffzelle
4.3 Solarzellen
4.4 Elektrostatische Energiespeicher
5. Antrieb
5.1 Reifen
6. Wirkungsgrad
7. Schlusswort
8. Bildnachweis
9. Quellenverzeichnis
10. Stichwortverzeichnis

Das Auto

1. Geschichte

Die Erfindung des Elektroautos wurde erst möglich mit der Entwicklung eines Mobilen-wiederaufladbaren Elektrizitätsspeichers.
1860 entwickelte Gaston Planté die erste Blei Batterie, und setzte damit den Grundstein für die weitere Entwicklung eines Elektrisch betriebenen Fahrzeuges. Bereits sechs Jahre später erfand Werner von Siemens den Gleichstrommotor mit Elektromagneten und machte es dadurch möglich die gespeicherte Energie zu nutzen.
Der Franzose Charles Jeantaud konstruierte 1881 ein Elektrofahrzeug, in dem wiederaufladbare Bleiakkumulatoren die Elektrizität speichern und diese von Gleichstrommotoren genutzt wurde. So erfand er das erste Elektroauto. Von da an stieg die Anzahl der zugelassenen Fahrzeuge mit Elektrischen Antrieb rasant an. 1945 zählte man bereits 20.000 zugelassene Fahrzeuge. In Amerika gab es, speziell in New York, sogar einen Anteil von 50% aller Fahrzeuge mit Elektrischem Antrieb.
Mit der Erfindung des Elektrischen Starters, durch Henry Ford, verdrängte der Otto bzw.
Dieselmotor den Elektromotor aufgrund seiner höheren Reichweite und der wesentliche kürzeren Tankzeiten, denn ein Bleiakkumulator muss stundenlang geladen werden, damit er wieder einsatzbereit ist. Ein mit Benzin bzw. Diesel betriebenes Fahrzeug muss nur mit Kraftstoff betank werden, welches lediglich einige Minuten in Anspruch nimmt und ist sofort wieder einsatzbereit. Doch in heutiger Zeit genießt das Elektrisch betriebene Fahrzeug eine Renaissance.
Aufgrund des Immer mehr vorhandenen Umweltbewusstseins, werden neue Technologien gesucht bzw. erforscht, welche eine Verwendung von Elektromotoren attraktiv machen.
Außerdem ist die steigende Rohstoffknappheit ein ausschlaggebender Punkt für Elektroautos.
Der Staat ist bemüht das Emissionsfreie Elektroauto attraktiver zu gestalten, indem er sehr günstige Steuersätze ausspricht.
Ein durchschnittliches Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor kostet ca. 100 bis 140 Euro, wenn es Schadstoffarm ist.
Ein Elektroauto wird nach Gewicht besteuert, daraus resultieren erheblich günstigere Steuersätze. Z.B.: Ein Elektrisch getriebenes Fahrzeug mit einer zulässigen Gesamtmasse von 1500 Kg kostet lediglich 45 Euro im Jahr.
Ein weiterer Fortschritt ist in der Akkumulatoren Technologie zu verzeichnen.
Die Verwendung von Lithium-Ionen Akkumulatoren kann die Reichweite eines Elektroautos verdoppeln und dessen Gewicht reduzieren.

2. Elektromotor bzw. Elektrische Maschine

Heutzutage sind Elektrische Maschinen für Haushalt und Industrie nicht mehr wegzudenken. Sie nutzen saubere Energie in Form von Elektrizität und wandeln diese in Mechanische Energie um. Früher wurden sie deshalb auch Energiewandler genannt. Der Elektromotor hat damit die umgekehrte Funktion des Generators, welcher mechanische Drehbewegungen in Elektrizität umwandelt. Man unterscheidet zwischen Elektrischen Motoren und Elektrischen Maschinen, wobei erstere ausschließlich der Umwandlung von Elektrizität in Bewegungen dient. Elektrische Maschinen sind in der Lage beide Aufgaben zu bewältigen. Beim Stromdurchfluss wird elektrische Energie in Mechanische Umgewandelt. Wenn nun der Stromfluss unterbrochen wird, und die Welle weiter dreht, tritt der Generatorbetrieb ein und es wird elektrische Energie an die Elektrizitätsspeicher zurückgegeben. Heutzutage findet man hauptsächlich Gleich- und Wechsel- bzw. Drehstrommaschinen an. Jedoch werden Hauptsächlich Drehstromantriebe in Elektroautos verwendet.

2.1 Gleichstrommaschine

Die Gleichstrommaschine ist eine der am Einfachsten Aufgebauten Elektroantriebe. Er nutzt Gleichstrom, wie er in Batterien zu finden ist, um eine Welle in Drehung zu versetzen. Er besteht im Einfachsten Fall aus einem Dauermagneten, Kommutator, Kontaktbürsten und einer Spulenwicklung. Der Kommutator sorgt dafür, dass die Richtung des Stromes alle 180° einmal umgekehrt wird, da die Welle sonst nach einer halben Drehung einfach stehen bleibt. Dieser Vorgang wird mechanisch durchgeführt, resultierend aus der Bauform des Kommutators. Aufgrund des mechanischen Stromwenders, welcher ab einer Drehzahl von über 5000 U/min keine Veränderung mehr wahrnehmen kann, ist die Drehzahl auf 4 000 bis 5 000 Umdrehungen pro Minute begrenzt, was wiederum zu einem geringen Leistungsgewicht von nur 0,15 kW/Kg führt. Wenn man nun bedenkt, dass man ein Fahrzeug mit ca. 60 kW bauen möchte, müsste man ein Motor von ungefähr 400 Kg einsetzen.

Gleichstrommaschinen gibt es aber auch in Komplexeren Ausführungen. So z.B. mit mehreren Spulen, welche jeweils nebeneinander versetzt angeordnet sind. Der Kommutator besitzt in diesem Fall für jede Spule einen Abschnitt. Außerdem gibt es Bauformen wo der Dauermagnet durch Spulen ersetzt wird, man nennt ihn nun Stator. Verwendung findet die Gleichstrommaschine heutzutage nur noch in Bereichen wo keine Explosionsgefahr besteht. Dies hat den einfachen Grund, dass beim Übergang von Bürste zu Kommutator Funken entstehen, man nennt diesen Effekt Bürstenfeuer. Ferner sind Gleichstrommaschinen teurer im Unterhalt, aufgrund ihres hohen Verschleißes an Kohlebürsten, und haben bei weitem nicht die Laufruhe eines Wechsel- bzw. Drehstrommotors.

Wird bearbeitet von Stefan Dalibor Kfz-U