Elektroautos - Geschichte, Verbreitung und Merkmale
E-Auto und E-Bike haben gemeinsam, dass beide von einem Elektromotor betrieben werden. Die dafür notwendige Energie wird von einem aufladbaren Akkumulator, dem umgangssprachlichen Akku geliefert. Das erste E-Auto war in den 1880er Jahren der Flocken Elektrowagen. Heute finden sich bereits einige Modell im innerstädtischen Personenverkehr. Informieren Sie sich über generelle Merkmale in Aufbau und Technik, Umweltaspekte und Einsatzgebiete der E-Autos.
Wenn in der heutigen Zeit von Elektroautos, Elektromobilen oder E-Autos die Sprache ist, dann wird mehr oder weniger bewusst vernachlässigt, dass das E-Mobil als solches nicht allzu neu oder revolutionär ist. Heutzutage geht es bei der technischen Entwicklung darum, dass das E-Auto von jedermann genutzt werden kann.
Die zig Millionen Autos mit Verbrennungsmotor für Benzin und Diesel sollen in dieser Vielzahl und Vielfalt dauerhaft durch E-Autos ersetzt werden. Es ist ein großer Unterschied, ob das Auto fährt, also rollt, oder ob ein Auto gefahren, sprich dauerhaft benutzt wird.
Geschichte
Die Geschichte des E-Autos beginnt etwa Mitte der 1880er Jahre. Damals wurde sowohl in Europa als auch in den USA an der Entwicklung von Elektromobilen geforscht und gearbeitet.
In der Maschinenfabrik A. Flocken entwickelte der Firmeninhaber Andreas Flocken in Coburg sein erstes Elektroauto. Das Unternehmen war auf Fahrzeugbau, auf Landmaschinen sowie auf Elektrotechnik spezialisiert. Es soll der weltweit erste elektrisch betriebene Pkw als vierrädriges Fahrzeug gewesen sein.
Schon seit den 1820er Jahren wurde an elektrischen Antrieben gearbeitet. Das galt vorwiegend für Schienenfahrzeuge. Einige Jahrzehnte später stellte der deutsche Erfinder Werner von Siemens das Elektromote vor, einen elektrisch angetriebenen Kutschenwagen. Durch die Anbindung an eine zweipolige Oberleitung erinnert er an die späteren Oberleitungsbusse, die so genannten O-Busse in den elektrifizierten Großstädten.
Zur damaligen Zeit widmete man sich parallel Autos für den Personenverkehr mit Elektro- sowie mit Kraftstoffantrieb. Beides war noch in den Anfängen, wobei die gegenseitigen Vor- und Nachteile nicht allzu gravierend waren.
Definition von PKW durch Gottlieb Daimler
Der deutsche Ingenieur Gottlieb Daimler hat im Jahre 1886 den Pkw wie folgt definiert: Er ist ein Fahrzeug auf vier Rädern zur Personenbeförderung.
Gottlieb Daimler gilt als späterer Erfinder des Personenkraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor. Aber vorher, zwei Jahre nach dieser Allgemeindefinition für den Pkw, wurde mit dem Elektro Flockenwagen der erste E-Pkw, das erste Elektroauto auf vier Rädern, präsentiert.
Die E-Autos liegen im Trend
Ab Mitte der 1890er Jahre bis kurz vor Beginn des Ersten Weltkrieges waren die Elektroautos buchstäblich im Kommen. Entwickelt und geforscht wurde in vielen Ländern, führend aber war Deutschland. Das zeigt auch die Gründung des Mitteleuropäischen Motorwagen-Vereins im Jahre 1897 in Berlin.
In den USA sowie in Europa wurden damals alle Autos entweder elektrisch oder dampfgetrieben. Benzinmotoren hatten zu dieser Zeit eine nachrangige Bedeutung. Weltweit wurden in den Jahrzehnten bis zu Beginn des Zweiten Weltkrieges mehrere hundert E-Automarken registriert.
Schon damals wollte jeder Autohersteller mit dabei sein. Zu den namhaften deutschen E-Autoherstellern der damaligen Zeit gehörten neben der Firma Flocken die Firmen
- Fiedler
- Henschel
- Lloyd
- Messerschmitt-Bölkow-Blohm
- Siemens oder
- Vulkan.
Die Beliebtheit der E-Autos änderte sich sehr schnell zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts. Das Starten der mit Benzin als Kraftstoff angetriebenen Autos wurde mit dem Anlasser gegenüber dem bisherigen Ankurbeln spürbar einfacher. Die Reichweite war gegenüber E-Autos deutlich größer, und das Auftanken mit Benzin erleichterte den alltäglichen Umgang mit dem Auto.
Autos mit Verbrennungsmotoren kommen auf
Die Entwicklung von Autos mit Verbrennungsmotoren, den Benzinautos ging einher mit dem Wachsen der US-amerikanischen Ölindustrie. Der Entwicklungsschwerpunkt wurde jetzt auch in Deutschland auf Benzinautos gelegt.
Dampfbetriebene Autos erübrigten sich, und Elektroautos wurden sowohl in der praktischen Handhabung als auch in ihrem begrenzten Aktionsradius zunehmend unattraktiv. Ihre Entwicklung stagnierte, und in den 1930er Jahren wurden Produktion sowie Verkauf fast komplett eingestellt.
Wirtschaftliche Stagnation
Bei dem wirtschaftlichen Wettbewerb zwischen E-Autos und Benzinautos entwickelte sich die Nachfrage der Autokäufer deutlich hin zum Benzinauto. Die sinkende Nachfrage nach dem E-Mobil hatte zur Folge, dass Entwicklung und Verkauf insgesamt stagnierten.
Daraus resultiere, dass in den folgenden Jahren und Jahrzehnten das E-Auto im wahrsten Sinne des Wortes auf der Strecke blieb. Es wurde nicht weiter entwickelt, und mangels Interesse daran anschließend weder produziert noch verkauft.
Wachsendes Umweltbewusstsein
Diese Situation veränderte sich gegen Ende der 1980er Jahre. Auslöser war das damals in Deutschland von der Bundespartei Die Grünen initiierte Umweltbewusstsein.
Aus weltwirtschaftlicher Sicht entwickelte sich durch den ersten Golfkrieg eine Ölkrise. Steigende Ölpreise und Ölknappheit waren für die weltweit führenden Industrieländer geradezu eine Horrorvorstellung.
Das neue Zauberwort hieß Emissionsfreiheit durch Elektroantrieb. Damit sollten zwei Probleme gleichzeitig gelöst werden: zum einen die Verbesserung des Klimaschutzes, zum anderen die Abhängigkeit von der fossilen Energie Erdöl.
Die Umstellung von so genannten Benzinautos auf E-Autos ist eine finanzielle und organisatorische Herausforderung für Politik und Wirtschaft. Beide Seiten haben das erkannt und unterstützen die gegenseitigen Bemühungen, wobei Intensität und Erfolg von Land zu Land unterschiedlich sind.
Herstellung von E-Autos
Seit Beginn der 2000er Jahre sind von den weltweit führenden Automobilherstellern verschiedene E-Autos entwickelt und produziert worden. Die einen als Prototypen, die anderen als eine allerdings im Vergleich zu den Benzinautos verschwindend geringe Serienproduktion, gerne auch als Klein- oder als Mittelserie bezeichnet.
Die französischen Automarken Peugeot und Renault produzieren seit Ende der 2000er Jahre verschiedene Kleinserien von E-Mobilen. General Motors, Toyota, VW und selbst Porsche beteiligten sich an dem Trend von E-Autos. Zu einer wirklichen Serienproduktion mit hohen Stückzahlen hat es bisher bei keinem der Fahrzeughersteller gereicht.
Viele sehen das Hybridauto als eine temporäre Übergangslösung. Von den zwei Antriebsmöglichkeiten, den so genannten Energiewandern, ist beim Hybridfahrzeug eine die mit elektrischem Strom aus dem Akku.
125 Jahre Deutsches Elektroauto
Das Jahr 2013 stand unter dem Motto "125 Jahre Deutsches Elektroauto". Aus diesem Anlass wurde eine Rekonstruktion des Flocken Elektrowagen aus dem Jahre 1888 anlässlich der Sonderausstellung "Aufgeladen; Elektromobilität zwischen Wunsch und Wirklichkeit" bis Mitte September 2013 im Deutschen Museum Verkehrszentrum in München ausgestellt.
Zukunftsvisionen
Für Deutschland hat die amtierende Bundesregierung das Ziel ausgegeben, dass zu Beginn der 2020er Jahre mindestens eine Million E-Autos für den öffentlichen Straßenverkehr zugelassen sein sollen. Gemeint sind damit Pkw, und gemessen an der Zahl der insgesamt zugelassenen Pkw klingt das realistisch - man könnte auch sagen, sehr bescheiden.
Entscheidend wird in den kommenden Jahren die wirtschaftliche Gesamtentwicklung in der Autoindustrie sein. Sinkt die Nachfrage nach Neufahrzeugen, wird weniger produziert, weniger verkauft und weniger verdient. Die Autohersteller werden zunächst an Bewährtem festhalten, so dass hinter einer Serienproduktion von E-Autos ein mehr als großes Fragezeichen steht, aus ökonomischen Gründen auch stehen muss.
Generelle Merkmale in Aufbau und Technik
Das Elektroauto, kurz E-Auto oder E-Mobil genannt, fährt vom Antrieb her geräuschlos - im Gegensatz zum Benzinauto mit seinem Antriebsmotor, der je nach Zylinder- und PS-Zahl geräuschintensiv bis laut ist. Bis zum geräuschlosen Straßenverkehr wird es allerdings noch Generationen dauern.
Aufbau von E-Autos im Vergleich zu Benzin-Autos
So unterschiedlich wie der Geräuschpegel in Dezibel zwischen Benzin- und E-Autos ist, so verschiedenartig sind auch Aufbau und Technik. Beim E-Mobil ist unter anderem deswegen vieles einfacher und buchstäblich leichter, weil es nicht benötigt wird.
Dazu gehören alle Gebrauchs- und Verbrauchsteile im Zusammenhang mit dem Kraftstoff wie Benzin oder Diesel. Das sind unter anderem der Tank mit dazugehöriger Tankleitung sowie die Einspritz- oder die Förderpumpe. Dieser gesamte Bereich ist komplett überflüssig.
Das gilt auch für den Motorblock mit seinem Zubehör wie Kupplung, Getriebe, Zahnriemen oder Ventilen, ebenso wie für die Lichtmaschine und den Anlasser. Und die Abgasanlage mit den Zubehörteilen Katalysator sowie Rußfilter wird ebenso wenig benötigt wie Kühler mit Kühlwasserpumpe inklusive der damit verbundenen Schläuche.
Aus diesem Blickwinkel heraus ist das E-Auto ein völlig anderes Fahrzeug als das Benzinauto. Die für das E-Mobil nicht benötigten Bau- sowie Verschleißteile zeigen umgekehrt, wie aufwändig und umfangreich es ist, ein Benzinauto anzutreiben, also zum Fahren zu bringen.
Das Besondere am Elektromotor
Wenn das Elektroauto steht, dann wird keine Energie verbraucht. Beim Benzinauto ist das anders - der Motor läuft im Leerlauf, und erst mit dem Ausschalten, also mit einem separaten Vorgang, wird er abgeschaltet, so dass kein Benzin verbraucht wird. Der Elektromotor verbraucht kein Öl, so dass regelmäßiger Ölwechsel oder sporadische Ölkontrollen entfallen.
Unterschiedliche Fahrzeugkonzepte
In ihrer Entwicklung lassen sich E-Autos in unterschiedliche Konzepte einteilen. So gibt es:
- Industriefahrzeuge (meist für gewerblichen Betrieb sowie innerhalb von Gebäuden einsetzbar)
- Neuentwickelte Elektroautos ohne Ausführung mit konventionellem Antrieb
- Sportliche Elektroautos mit hohen Fahrleistungen zur Demonstration der technischen Möglichkeiten wie Autobahntaugliche Elektroautos, Studien- und Experimentalfahrzeuge (als Prototypen) sowie Stadtfahrzeuge (Leicht-E-Mobile)
- Elektroautos als Anpassungen von Serienfahrzeugen
- Elektroautos als Umrüstung von Serienfahrzeugen
- Nutzfahrzeuge
Technische Unterschiede
Ein wesentlicher technischer Unterschied zwischen Benzinauto und E-Auto ist das "packaging", zu Deutsch die "Aufmachung", die Anordnung der wesentlichen Autokomponenten. Das Motorvolumen beim E-Mobil ist recht überschaubar, es hat mit kleinem Luftkühler und dem flachen Akku ein geringes Volumen.
Dadurch lässt sich der Motor anders konstruieren als bei einem Benzinauto. Da er beim E-Auto nicht automatisch vorne platziert sein muss, ist bei einem Hinterradantrieb kein Getriebetunnel notwendig.
Durch ein Weglassen des Mitteltunnels, der Kardanwelle, lassen sich schmalere E-Autos konstruieren. Begünstigt wird diese Möglichkeit durch eine begrenzte Höchstgeschwindigkeit sowie durch die elektrische Regulierung des Fahrwerkes.
E-Autos lassen sich für Fahrer und Beifahrer crash-freundlich ausgestalten, weil durch die aerodynamische Formgebung der Frontpartie das Platzangebot im Fond automatisch großzügiger wird.
Speicherkapazitäten
Das Energiespeichern ist ein zentrales Thema bei der Entwicklung von E-Autos. Die aufgeladene Speicherkapazität muss für die geplante Fahrt ausreichen.
Während des Fahrens kann nicht nachgeladen werden. Entweder ist die Fahrtweite vom Start zum Ziel dadurch begrenzt, oder es müssen auf der Wegstrecke Möglichkeiten zum Nachladen bestehen, vergleichbar mit einem Nachtanken.
Akkuladedichte und das mehrstündige Akkuaufladen gehen zurzeit diametral auseinander. Die Autohersteller forschen und entwickeln in diesem Bereich besonders intensiv, weil die Lösung einen Durchbruch bedeuten könnte.
Das E-Auto muss für den Autofahrer ebenso oder zumindest vergleichbar benutzbar sein, wie er es zurzeit gewohnt ist. Benötigt werden dazu E-Tankstellen, beispielsweise an Hotels oder an öffentlichen Gebäuden. Während sich der E-Autofahrer dort für einen längeren Zeitraum aufhält, wird der Akku aufgeladen.
Der Aktionsradius muss absolut risikofrei mehrere bis viele hundert Kilometer betragen. Und das Aufladen darf keinen achtstündigen Arbeitstag dauern. Dieses Handling muss verbraucherfreundlich gelöst sein, abgesehen von einem vergleichbar günstigen Kaufpreis für das E-Mobil.
Das Akkusystem beim E-Mobil wird oft mit dem Motor beim Benzinauto in Bezug auf Haltbarkeit und Kosten verglichen. Alle Beteiligten sind sich über den Vorteil der Fahrzeugemission von E-Autos einig. Für den Autofahrer geht es trotzdem in erster Linie um die Wirtschaftlichkeit bei Anschaffung und Unterhaltung.
Wenn die Elektroautos von ihrer Entwicklung her in Zukunft einem solchen Vergleich standhalten können, dann müssen sie auch noch verkauft, also an den Mann, an den Autofahrer gebracht werden. Das bedeutet
- Werbung
- Marketing
- Manpower und
- Kosten.
Die trägt dann aller Wahrscheinlichkeit nach nicht die Autoindustrie, sondern der E-Autokäufer.
Umweltaspekte
Ebenso wie es in anderen Lebens- und Wirtschaftsbereichen der Fall ist, lässt sich auch das umweltfreundliche E-Auto nur schrittweise umsetzen. Ziele wie das emissionsfreie E-Mobil Well-to-Wheel oder E-Mobile im zweistelligen Millionenbereich auf Deutschlands Straßen, werden auf Jahrzehnte hinaus eher Planung bleiben als Wirklichkeit werden.
Well-to-Wheel
Well-to-Wheel, zu Deutsch "vom Bohrloch bis zum Rad", ist eine Gesamtbetrachtungsweise zur Analyse von E-Autos. Es bezieht sich zusammenhängend auf den Kreislauf der Antriebsenergie von ihrer Gewinnung bis hin zur Nutzung, also zur Umwandlung in Motorkraft.
Anders gesagt: Ein nicht aus regenerativer Energie erzeugter, aufgeladener Strom ist in Bezug auf das E-Mobil nicht absolut emissionsfrei. Die Stromerzeugung selbst setzt Emissionen frei, und das gilt auch für das E-Tanken, also das Nachladen des Akkus.
Für den Fahrer des E-Autos ist das sicherlich sehr kleinlich gedacht. So richtig wie Well-to-Wheel aus Sicht von Forschung und Entwicklung sein mag, so wenig realistisch ist eine aus dieser Sicht absolut emissionsfreie E-Mobilnutzung im praktischen Alltag.
Das Ziel kann nur sein, durch eine erhöhte bis hohe Zahl von E-Autos die CO2-Bilanz kontinuierlich zu verbessern. Alles andere sind Rechenbeispiele am Grünen Tisch. Sie sind notwendig und müssen sein, werden jedoch mit der Realität auf den Straßen nicht kompatibel sein können.
Wirtschaftlichkeitsberechnung für Serienproduktionen
Jeder Einsatz von E-Fahrzeugen setzt eine Serienproduktion voraus. Prototypen werden auf Messen präsentiert.
Bis hierher haben viele Designer und Ingenieure an der Entwicklung gearbeitet, in der Regel über mehrere Jahre. Jetzt folgt eine Wirtschaftlichkeitsberechnung im Hinblick auf die mögliche Klein- oder Mittelserienproduktion in den kommenden Jahren. Das wirtschaftliche Risiko ist aus mehreren Sichtweisen heraus groß und weder überschaubar noch kalkulierbar.
Einsatzgebiete von E-Autos
E-Autos werden zunächst dort eingesetzt, wo die Nachfrage am größten ist oder sein kann. Das ist der innerstädtische Personenverkehr. Damit sind sowohl Großstädte und Ballungsgebiete als auch kleinere Gemeinden oder ländliche Gebiete angesprochen. Die Entfernungen Start-Ziel sind überschaubar, und der Akku für das Stadtfahrzeug kann zuhause, sozusagen an der heimischen E-Tankstelle, nachgeladen werden.
Das E-Mobil ist klein, wendig und zweckmäßig ausgestattet. Der Fahrer wird es mit dem jetzigen Zweitwagen innerhalb der Familie vergleichen.
Autobahntauglichkeit?
Ein nächster Schritt sollte sein, dass das Elektroauto auch autobahntauglich ist. Dazu muss eine dauerhafte Geschwindigkeit deutlich über achtzig Stundenkilometern, kurz km/h garantiert sein.
Die Autobahn zu benutzen heißt nicht nur von Anschlussstelle zu Anschlussstelle zu fahren, sondern auch längere Strecken, sprich mehrere hundert Kilometer am Stück. Das setzt eine dementsprechende Akkuladedichte voraus, und auch ein autobahnnahes, insofern doch flächendeckendes E-Tankstellennetz.
Die Ladedauer für den Akku darf die Dauer der Einkehr in eine Autobahnraststätte nicht wesentlich überschreiten. Ein derartiges Szenario ist zurzeit nicht vorstellbar.
Industriefahrzeuge
Als Industriefahrzeuge, also nicht für den öffentlichen Straßenverkehr zugelassen, sind E-Fahrzeuge in mehrfacher Hinsicht sehr gut einsetzbar. Sie werden zu den täglichen Arbeitszeiten genutzt und können bei Nacht oder am Wochenende für den nächsten Einsatz aufgeladen werden.
Umbau in E-Autos
Die Autohersteller nutzen zurzeit auch die Gelegenheit, herkömmliche Serienfahrzeuge, also Benzinautos anzupassen, oder sie zu Elektroautos umzubauen. In erster Linie ist das Forschungsarbeit, ohne dass sich daraus Serienentwicklungen ergeben oder abzeichnen.
Die gesamte Autoindustrie ist unisono mit dem E-Fahrzeug befasst. Das hat in erster Linie Wettbewerbsgründe. Jeder möchte dabei sein, keiner möchte sich gegenüber seinen Kunden ein Versäumnis nachsagen lassen, und als Unternehmer hofft jeder von ihnen auf Umsatz und Gewinn in späteren Jahrzehnten.
Emissionsschutz
Zum anderen werden Aktivitäten zum Emissionsschutz weltweit staatlich gefördert. Industrieländer mit einer großen Wirtschaftskraft fördern die Autoindustrie mit hohen Subventionen, um sie in Bezug auf E-Mobile wettbewerbsfähig zu halten.
Langfristig ist die öffentliche Hand mit Steuereinnahmen am Umsatz und Gewinn aus dem E-Autoverkauf direkt beteiligt. Und für Diskussionen auf der jährlichen Weltklimaschutzkonferenz ist es allemal hilfreich, wenn die teilnehmenden Regierungsvertreter auf staatliche Subventionen im hohen Millionenbereich zur Verbesserung der CO2-Bilanz verweisen können.