Mobile Zukunft (XVI): Magnetismus ist treibende Kraft im Elektromotor

Leipzig – Alles Strom – oder was? Auf der Suche nach neuen Antrieben setzen die Automobilhersteller zunehmend auf Strom: „Elektromotoren, Hybridantriebe und Plug-in-Hybride sind im Kommen“, heißt es in einer „Viavision“-Ausgabe der Volkswagen-Gruppe zu diesem Thema.

Neue Perspektiven

Auch wenn die Zahl der Pkw in Deutschland, die rein elektrisch fahren, noch relativ gering ist, bietet der Elektromotor nach Einschätzung von Experten neue Perspektiven. Langfristig soll er jedenfalls die Abhängigkeit vom Erdöl reduzieren. 2010 sind 2307 Elektroautos auf deutschen Straßen unterwegs gewesen, was einem Anstieg von 45,3 Prozent gegenüber dem Jahr [foto id=“465463″ size=“small“ position=“left“]davor entsprochen hat. Inzwischen dürften die Zahlen weiter gestiegen sein, aber nach wie vor überschaubau bleiben. Fest steht: 88 Prozent der Deutschen standen dem Elektroauto zuletzt positiv gegenüber. 74 Prozent können sich laut Bericht theoretisch vorstellen, ein Auto mit einem solchen Antrieb zu kaufen.

Rotor und Stator

Der Magnetismus ist die treibende Kraft im Elektromotor, in dem Bewegung durch das wechselseitige Anziehen unterschiedlicher und das Abstoßen gleich gepolter Magnete entsteht. Sind die Dauermagnete im Rotor permanent nach Norden oder Süden gepolt, schaltet das System die Elektromagnete im sogenannten Stator der Reihe nach ein und aus.

Wie die Kurbelwelle

Für Technik-Interessierte: Der Stator besteht aus mehreren Bereichen, die zueinander versetzt mit Spulen bestückt sind. Diese werden erst durch elektrische Spannung magnetisch. Indem die einzelnen Bereiche nacheinander unter Strom gesetzt werden, [foto id=“465464″ size=“small“ position=“right“]wird dafür gesorgt, dass die Magnete den Rotor permanent in Bewegung halten. Dieser funktioniert dann wie die Kurbelwelle in einem Verbrennungsmotor, treibt also durch rotierende Bewegungen die Räder an.

Gleich zwei Antriebe

Unter dem Titel „Doppelt hält besser“ stellt die entsprechende „Viavision“-Ausgabe vor dem Hintergrund alternativer Antriebe auch Vergleiche zwischen verschiedenen Hybriden an. Die haben nicht nur einen, sondern gleich zwei Antriebe, einen meist kleineren Verbrennungsmotor und einen Elektromotor, sind nach Leistung und Funktion des Elektromotors sowie nach Antriebsart zu unterscheiden.

Plug-in- und serieller Hybrid

Der Plug-in-Hybrid funktioniert demnach wie ein Vollhybrid, bietet aber die Möglichkeit, die Batterie des Elektromotors extern aufzuladen, etwa an einer Steckdose; der Verbrennungsmotor wird nur dann verwendet, wenn die Batterie leer gefahren ist, [foto id=“465465″ size=“small“ position=“left“]sonst muss nur Strom nachgeladen werden. Beim seriellen Hybrid treibt der Verbrennungsmotor einen Generator an, der die Bordelektronik mit Energie versorgt oder die Batterien des Elektromotors auflädt. Weil er das Fahrzeug nicht selbst antreibt, kommt er mit kleinem Hubraum und geringem Verbrauch aus.

Parellel- und Mischhybrid

Beim Parallelhybrid sind beide Motoren miteinander verbunden, unterstützen sich während der gesamten Fahrt gegenseitig, sind deutlich kleiner als konventionell verbaute Motoren und sparen durch das verringerte Gewicht Kraftstoff. Beim Mischhybrid werden serieller und paralleler Antrieb kombiniert, je nach Bedarf ist der Verbrennungsmotor zum Laden der Batterie oder als Antrieb nutzbar.

Akkus der Zukunft

Bei den Akkus der Zukunft sorgen neue Techniken dem „Viavision“-Bericht zufolge für mehr Reichweite. Aktuell sind die Ladezeiten der Batterien noch immer zu lang, Reichweite und Lebensdauer zu kurz und die Kosten zu hoch. An neuen Batterien wird geforscht. Bei deren Marktreife gehen Experten jedoch erst von 2020 bis 2030 aus.[foto id=“465466″ size=“small“ position=“right“]

Bis hin zu Lithium-Luft

So soll die Energiedichte von Lithium-Schwefel-Akkus drei- bis fünfmal höher sein als bei Lithium-Ionen-Akkus, sie reagieren zudem unempfindlicher auf Temperaturschwankungen, sind aber vorerst nur wenige 100-mal aufladbar. Lithium-Polymer-Akkus enthalten keine flüssigen Bestandteile wie Batteriesäure und sind deswegen an jede beliebige Form anpassbar, Probleme machen geringe Leitfähigkeit sowie mangelnde Leistungsfähigkeit. Die Energiedichte von Lithium-Luft-Akkus ist fünf- bis zehnmal höher als die von Lithium-Ionen-Akkus, bisher können diese Akkus aber nur wenige Male wieder aufgeladen werden und vertragen keine Temperaturschwankungen.