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<br />
2. Elektromotor bzw. Elektrische Maschine<br />
2.1 Gleichstrommaschine<br />
2.2 Wechsel- bzw. Drehstrommotor<br />
3. Elektrische Steuerung<br />
3.1 Transformator<br />
3.2 Frequenzumrichter<br />
4. Energiespeicher<br />
4.1 Elektrochemische Energiespeicher<br />
4.2 Brennstoffzelle<br />
4.3 Solarzellen<br />
4.4 Elektrostatische Energiespeicher<br />
5. Antrieb<br />
5.1 Reifen<br />
6. Wirkungsgrad<br />
6.1 Vor-/Nachteile des Elektroautos<br />
7. Quellenverzeichnis<br />
== 1. Geschichte ==
Die Erfindung des Elektroautos wurde erst möglich mit der Entwicklung eines Mobilen-wiederaufladbaren Elektrizitätsspeichers.<br /> 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.<br />
== 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.
== 2.2 Wechsel- bzw. Drehstrommotor ==
Der am häufigsten eingesetzte Elektroantrieb ist die Asynchronmaschine. Sie weist viele positive Merkmale im Bereich des elektrischen Fahrzeugantriebes auf. Sie ist Wartungsarm, da keine Kohlebürsten vorhanden sind welche verschleißen können, daraus folgt eine dementsprechend hohe Lebensdauer, von ungefähr 100 000 Stunden bzw. elf ein halb Jahre, wohingegen die Gleichstrombetriebene Maschine nur auf 2 000 - 4 000 Stunden kommt, was wiederum nur einem halben Jahr entspricht. Ein weiterer Vorteil ist das einfache Anlaufen bzw. Betreiben am normalen Wechselstromnetz bzw. Drehstromnetz. Asynchronmaschinen werden in unterschiedlichsten Anwendungen mit den verschiedensten Leistungsspektren angeboten. Sie reichen von wenigen Watt bis zu einigen Mega Watt, dabei liegt das Leistungsgewicht bei 0,6 kW/ kg und ist damit vier Mal so effektiv wie eine Gleichstrommaschine.
== 3. Elektrische Steuerung ==
'''3.1 === Transformator'''===
Ein Transformator besteht aus zwei nebeneinander liegenden Spulen, welche auf einem Eisenkern liegen. Bei gleicher Wicklungsanzahl spricht man von einem Trenntransformator zur Galvanischen Trennung von Stromkreisen, hier liegt an der Sekundärspule die gleiche Spannung wie an der Primärspule.
'''3.2 === Der Frequenzumrichter'''===
Ein Frequenzumrichter wandelt z.B. Gleichspannung in eine beliebige Wechselspannung um, deren Frequenz in einem großen Bereich regelbar ist. Damit lässt sich die Drehzahl an einer Asynchronmaschine regeln. Ein Frequenzumrichter besteht in der Regel aus einem Gleichrichter, welcher die ankommende Wechselspannung in einen Gleichspannungszwischenkreis speist. Diese Gleichspannung wird von einem Wechselrichter, der aus Schalttransistoren (Insulatet Gate Bipolar Transistor; IGBT), oder Schaltthyristoren (Integratet Gate Commutated Thyristor; IGCT) besteht. Somit wird eine pulsweitenmodulierte (PWM) Spannung erzeugt. Die Ausgangsspannung hat dadurch einen Sinusförmigen Verlauf, doch der Strom ähnelt im Verlauf noch dem Gleichstrom.
== 4. Energiespeicher ==
'''4.1 Elektrochemische Energiespeicher'''
== 5. Antrieb ==
Wenn man ein Fahrzeug konstruieren möchte, welches mit einem Elektroantrieb betrieben wird, stellt sich zunächst die Frage der Motor bzw. der Motorenlage. Es stehen folgende Varianten zur Verfügung:<br />
== 6. Wirkungsgrad ==
Die Vorstellung ein Fahrzeug mit einem fast verlustfreien Antrieb auszustatten verlockt sehr stark. Eine Elektromaschine hat einen Wirkungsgrad von 90-95 %, was sich auf den ersten Blick sehr gut anhört. Doch betrachtet man die komplette Energieproduktions- bzw. Umwandlung, so lässt sich feststellen, dass noch viele Verluste in die Wirkungsgradrechnung mit einbezogen werden müssen.
== 7. Quellenverzeichnis ==
Hofer, Klaus 2006: Elektrotraktion, Elektrische Antriebe in Fahrzeugen<br />
