Elektroautos und Ochsenkarren

Über Elektroautos reden wir fast immer nur im Zusammenhang mit Klimawandel und ähnlich unerfreulichen Themen. Es geht immer darum, irgendetwas zu vermeiden und auf etwas zu verzichten. Dabei kommt eine einfache technische Wahrheit zu kurz:  Elektromotoren sind ideale Fahrzeugantriebe.

Beim Elektromotor steht die Leistung über den gesamten Drehzahlbereich gleichmäßig zur Verfügung. Das bedeutet, der Motor hat ordentlich Schub von Anfang an. Fachleute sprechen von der „idealen Lieferkennung“.

motoren

Die beiden schematischen Diagramme oben sind die technische Erklärung dafür. Die Drehmomentgrenze beim Elektromotor (waagerechtes Stück der roten Kurve im linken Diagramm) existiert nur, weil das Fahrzeug nicht mehr Kraft auf die Straße übertragen kann; die Räder würden durchdrehen. Von Anfang an steht aber das volle Drehmoment und damit die volle Beschleunigung zur Verfügung.

Rechts dagegen der Ottomotor. Der muss erstmal langsam auf Touren kommen um Kraft abgeben und etwas leisten zu können. Unter 1000 Umdrehungen pro Minute läuft gar nichts. Das nennt man die „Drehzahllücke“. Weil es die gibt, braucht in Fahrzeugen jeder Verbrennungsmotor eine Kupplung.

Der E-Motor braucht das nicht. Und er braucht auch kein Getriebe, weil seine volle Leistung bei jeder Drehzahl zur Verfügung steht, und weil sein Drehzahlband viel breiter ist als das des Ottomotors. Letzterer macht bei rund 6000 Umdrehungen pro Minute schon wieder schlapp, während der Elektromotor locker das Doppelte schafft. Auch das sieht man in den Diagrammen.

Was schließen wir daraus? Verbrennungsmotoren sind für Aufgaben optimal, wo sie über lange Zeiträume mit gleichbleibenden Drehzahlen laufen können, also z.B. für die Bewässerung oder zur Stromerzeugung. Dort kann man sie wirtschaftlich und effektiv betreiben, genau wie ihre behäbigen Vorfahren, die Dampfmaschinen.

Für Fahrzeuge, die ständig mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fahren und immer wieder beschleunigt und abgebremst werden, sind Elektromotoren weitaus besser geeignet.

Wer schon mal mit einem Elektroauto unterwegs war, weiß wovon ich spreche. Selbst so ein bescheidener Kleinwagen wie der i-Miev von Mitsubishi geht ab wie nix. Und welch ein Vergnügen muss es erst sein, so ein tolles Stück Technik wie den amerikanischen Tesla souverän und fast lautlos über die Landstraße zu bewegen. Ein Porsche ist ein Ochsenkarren dagegen.

Die Schwäche des Elektroantriebs ist nicht der Motor. Im Gegenteil. Das Problem ist die Energiespeicherung. Aber das ist ein anderes Thema.

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13 Kommentare zu “Elektroautos und Ochsenkarren

  1. … dann hat Audi Recht: Der geplante A3 e-tron ist ein Parallelhybrid, bei dem der Elektromotor genau für 2 Dinge gut ist:

    1. Die Verbrauchsangabe nach Normzyklus beschönigen
    2. Mehr Leistung (Parallelhybrid!) und vor allem zusätzliche 100Nm Drehmoment ab Umdrehung 1. So macht Elektro Spaß.

    P.S. 2-Wellen-Gasturbinen und Dampfmaschinen und ähnlich tolle Leistunge-Drehmomentverläufe, sind deshalb aber trotzdem nicht im Auto zu finden. Hydraulik schlägt den E-Motor bei Drehmoment, Außmaßen und Leistungsgewicht sogar.
    Deshalb: Bei E-Motor kommen noch die sehr gute Effizienz und ausgezeichnete Möglichkeiten der Regelung dazu, die ihn erst als Fahrzeugantrieb qualifizieren.

  2. Ja, es gibt noch viele Kriterien, die Regelbarkeit ist sicher eines der wichtigsten. Dieses Kriterium disqualifiziert tendenziell die Kraftmaschinen mit kontinuierlicher Verbrennung für den Antrieb von Straßenfahrzeugen Dazu kommen z.,B. noch die Möglichkeiten der Energierückgewinnung und die Integration in fahrdynamische Assistenzsysteme (v.a. bei Radnabenmotoren), die für den E-Motor sprechen. Darüber kann man ganze Bücher schreiben und solche Bücher gibt es ja auch.
    Hybridlösungen sind zwar einerseits technisch aufwendig und ein bisschen ein fauler Kompromiss, andererseits aber (übergangsweise) die einzige Möglichkeit, sich wenigstens einige Vorteile des E-Antriebs zunutze zu machen, ohne auf die vom Verbrennungsmotor gewohnte Reichweite verzichten zu müssen.

  3. Plopp! – Opa Hans

  4. Energie! – Opa Hans

  5. Irgendwie passt das mit meiner Elektro praxis aber dann doch nicht ganz zusammen, ab sagen wir mal 100km/h wird der Wirkungsgrad schlecht, was gefühlt zumindest irgendwie die Leisten schmälert. Dies ist im vergleich zum verbrenner überproportional spürbar.
    Ich jedenfalls frag mich deshlab oft ob nicht ein zweiter Gang sinnvoll wäre?

    • Hm, wird wirklich der _Wirkungsgrad_ schlechter? Das kann ich mir kaum vorstellen. Sicher steigt der Energieverbrauch dramatisch an, wenn man schneller fährt; denn die zur Überwindung des Luftwiderstands erforderliche Leistung steigt mit der dritten Potenz der Geschwindigkeit. Ab ca. 80 km/h macht sich der Luftwiderstand massiv bemerkbar. Steigert man die Geschwindigkeit von 80 auf 100 km/ (also um 25 %) steigt die Luftwiderstandsleistung um ca. 95%, verdoppelt sich also fast. Das macht sich beim E-Fahrzeug mit seinen knapp bemessenen Energiespeichern deutlicher bemerkbar, als beim Verbrenner. Könnte es daran liegen?
      Es gibt auch Elektro-Antriebskonzepte mit 2 Gängen – mehr Leistung kann man so aber auch nicht herausholen.

      • Nein, das Leigt dara das der Elektromotor seine Leistung auch nicht bis Drehzahlende halten kann, ihm macht mit steigender Drehzahl immer mehr die Eigeninduktion zu schaffen.
        Dies ist auch der grund warum ein Tesla Radster bis 100km/h so schnell ist wie ein Porsche, bis 200km/h aber langsamer als ein Passat 2.0l TDI!
        sehr gut nachzulesen hier:
        http://www.cbcity.de/zur-laengsdynamik-des-tesla-roadster-s

        PS: ein Getriebe kann zwar nicht die Leistung erhöhen aber das Moment am Rad, und das Moment ist es was ein Fahrzeug beschleunigt 😉

  6. @Peter555 Wenn ich dich recht verstehe, würde wegen der Eigeninduktion ein zweiter Gang bei höheren Geschwindigeiten sehr wohl die Leistung des Motors beeinflussen, d.h. konstanter halten. Das leuchtet mir ein, Auf der anderen Seite würde das Drehmoment am Rad dadurch vermindert, worunter die Beschleunigungsfähigkeit wieder leidet. Im Endeffekt würde man mit einem zweiten Gang einerseits die Höchstgeschwindigkeit erhöhen, was aber wohl obsolet ist. Andererseits würde wohl wegen der geminderten Eigeninduktion auch der Wirkungsgrad verbessert, weil man auch bei hoher Geschwindigkeit den Motor mit niedrigerer Drehzahl betreiben kann. Richtig?
    Die Frage wäre dann, ob der dadurch erzielte Gewinn den Verlust durch das Getriebe (und das Zusatzgewicht) überkompensiert.

  7. Mit dem Tesla S durch Deutschland – Opa Hans

  8. Ich glaube das die Erklärung der waagerechten Linie beim Elektromotor im Diagramm nicht ganz passt. Ist nicht das Drehmoment des Elektromotors durch den Strom und seiner Baugröße begrenzt (Kraft x Hebelarm)? Und da durch kommt meiner Meinung nach die waagerechte Linie im Diagramm zustande.

    • Nein, die Grenze ist – jedenfalls prinzipiell – schon der Kraftschluss zwischen Reifen un Fahrbahn. Drehmoment (M) und Leistung (P) sind wie folgt verknüpft: M = P/2*Pi*n , wobei n die Drehzahl ist. Wenn n gegen Null geht, geht folglich M gegen unendlich. Theoretisch wäre also auch das Drehmoment eines sehr kleinen E-Motors bei geringer Drehzahl sehr hoch. Tatsächlich braucht natürlich auch ein E-Motor ein paar Umdrehungen bis er Leistung entwickelt. Die tatsächliche Leistung realer Fahrzeugantriebe reicht aber allemal aus, um die Räder durchdrehen zu lassen.

  9. Guten Tag,
    Ich würde gerne das Bild mit den Drehmomenten über die Drehzahl verwenden und wollte daher fragen, aus welcher Quelle dieses Bild stammt.

    Grüße

    • Oh, dieses Prinzip-Diagramm gibt es so oder so ähnlich in unzähligen Büchern, Skripten und Veröffentlichungen. Die Schöpfungshöhe dürfte gering sein. Ich habe es glaube ich einem älteren Vorlesungsskript entnommen: Schindler/Kühn, Grundlagen der Fahrzeugtechnik. Vorlesung TU Berlin Weitere Quellen erschließen sich leicht durch Bilder-Googeln.

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