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Alternative Antriebssysteme im Kraftfahrzeugbereich

Seminararbeit 2009 17 Seiten

BWL - Wirtschaftspolitik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Hybridantrieb als Alternative im Kraftfahrzeugbereich
2.1 Stand der Technik
2.2 Aktuelle Marktsituation des Hybridantriebs

3 Wasserstoff als Alternative im Kraftfahrzeugbereich
3.1 Stand der Technik
3.2 Marktpotenzial für Hersteller

4 Fazit

Literaturverzeichnis

1 Einleitung

Automobile von heute zu bauen, stellt für viele Hersteller keine besondere Herausforderung mehr dar. International agierende Hersteller treten in Wettbewerb, um ihre Produkte in unterschiedlichen Güte- und Preisklassen zu vertreiben. Innovationen sind hierfür bedeutsam, möchten die Hersteller die gestiegenen Kundenwünsche im Bezug auf Umweltfreundlichkeit und Leistungsfähigkeit der Produkte realisieren und somit am Markt präsent bleiben. Dabei ist

die Ausgangssituation auf dem Automobilmarkt derzeit eindeutig: Über 90 % der gemeldeten Automobile in Deutschland werden durch herkömmliche Verbrennungsmotoren, also Dieseloder Benzinmotoren, angetrieben (vgl. Kraftfahrt-Bundesamt 2009). Ein Problem innerhalb des Absatzes von Automobilen, welches sich aus dieser Situation ergibt, stellt die Natur dar. Fossile Rohstoffe, zu denen auch Erdölprodukte zählen, die für die Automobilbranche von entscheidender Bedeutung sind, werden in absehbarer Zeit knapp. Durch diese Verknappung der Brennstoffe verteuern sich die Rohstoffe und somit steigen die Preise an den Zapfsäulen. „Die steigenden Rohstoffpreise durch die verstärkte Nachfrage in den Wachstumsmärkten China und Indien beschleunigen diesen Trend weiter.“ (Frei 2005, S. 1). Wie ersichtlich wird, entwickeln sich Schwellenländer dahingehend, dass sie verstärkt Automobile kaufen und somit Rohöl verbrauchen, wodurch das Versiegen des Rohöls beschleunigt wird. Mit dem Wissen, dass die fossilen Ressourcen lediglich zeitlich begrenzt verfügbar sind, entstand die Notwendigkeit zur Innovation von Kraftfahrzeugen. Dabei sollen Erdölprodukte weitestgehend abgelöst werden, wodurch die Aufgabe der Automobilhersteller im Bereich der Forschung und Entwicklung benannt ist: Entwicklung eines Antriebsystems, welches ohne fossile Rohstoffe auskommen oder diesen Einsatz stark begrenzt. Dieser Ansatz ist zum einen für die globale Umwelt von entscheidender Bedeutung. Durch den Ausstoß von CO2 wird der Klimawandel unterstützt, wodurch es zu dramatischen Naturveränderungen kommen kann. „Der Weltklimarat der Vereinten Nationen (UN) hat Anfang 2007 unmissverständlich festgestellt, dass die Weltbevölkerung nur noch bis 2013 Zeit hat, wenn sie eine Klimakatastrophe zumindest in Grenzen halten will.“ (Volkswagen 2009). Um dieses Ziel zu unterstützen, sollte die Emission aus Kraftfahrzeugen idealerweise vermieden, in jedem Fall aber reduziert werden. Zum anderen können für Automobilhersteller essentielle Wettbewerbsvorteile entstehen, die aus dem technischen Fortschritt der Automobile resultieren. Kraftfahrzeuge der Zukunft müssen, bedingt durch das Versiegen der fossilen Ressourcen, auf neuartige Antriebssysteme setzen, wenn sie langfristig am Markt etabliert bleiben möchten. Dabei sehen Experten durchaus Potenzial dafür, dass die Automobile der Zukunft völlig ohne herkömmliche Brennstoffe auskommen, wodurch die Klimaziele erreicht werden können (vgl. u. a. Volkswagen 2009, S. 4 ff.; Medienforum Deutscher Wasserstofftag 2003, S. 3). Dabei werden einige Alternativen für Antriebssysteme diskutiert, bei denen die Befürworter die Möglichkeit sehen, das Versiegen der fossilen Brennstoffe zu minimieren beziehungsweise vollständig zu vermeiden. Ziel dieser Arbeit ist es, zwei Alternativen im Bereich der Antriebssysteme in Kraftfahrzeugen zu diskutieren. Dabei handelt es sich zum einen um den Hybridantrieb, welcher bereits in Automobilen am Markt erhältlich ist und zum anderen um Wasserstoff als zukünftige Alternative im Kraftfahrzeugbereich. Dabei sollen die Fragestellungen beantwortet werden, welchen technischen Stand diese Alternativen aufweisen und welche Wettbewerbssituationen daraus resultieren.

2 Hybridantrieb als Alternative im Kraftfahrzeugbereich

2.1 Stand der Technik

Der Hybridantrieb1 besteht grundsätzlich aus mehreren Komponenten, die ambivalent zueinander agieren. Innerhalb der Kraftfahrzeuge bilden ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor den Hybridantrieb.2 Die Innovation innerhalb dieser Technologie bildet neben dem Elektromotor ein integrierter Speicher, der dafür zuständig ist, überschüssige Energie zu absorbieren, zu speichern und somit zu erhalten (vgl. Toyota 2009). Der Antrieb des Hybridmotors kann in mehrere Phasen unterschieden werden. Beim Anfahren des Fahrzeugs ist auffällig, dass ausschließlich der Elektromotor antreibt, was anhand der Energie aus einer Batterie realisiert wird. Dadurch sorgt der Elektromotor für eine zügige, lautlose Anfahrt, während sich der Verbrennungsmotor in einer Art „Wartestellung“ befindet. Ähnliches ist bei

geringen Drehzahlen beziehungsweise einer niedrigen Fahrgeschwindigkeit zu beobachten. Bis zu diesem Zeitpunkt wäre der Einsatz des Verbrennungsmotors nicht effizient, da der Elektroantrieb eine größere Wirkung erzielt (vgl. Toyota 2009). Dieses Verhältnis ändert sich bei einer höheren Fahrgeschwindigkeit, ergo dem generellen Fahrbetrieb im Anschluss an die Anfahrtsphase. Hierbei ist der Verbrennungsmotor effizienter, weshalb der Elektromotor nicht

mehr ausschließlich, sondern unterstützend eingreift, um den Antrieb zu optimieren. Auffällig

hierbei ist, dass überschüssige Energie in einem Generator gesammelt und gespeichert wird, wodurch sich wiederum der Elektromotor auflädt und einsatzfähig bleibt . Diese Einsatzfähigkeit wird benötigt, um das Fahrzeug auch bei hohen Geschwindigkeiten optimal anzutreiben. Des Weiteren besteht eine Innovationsleistung in der Bremsung des Fahrzeugs. Bremst das Fahrzeug ab, so wird bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor Energie freigesetzt, die als Reibungswiderstand verloren geht. Bei der Hybridtechnologie in Kraftfahrzeugen bleibt diese Energie erhalten. Die Energiespeicherung ist somit ein essentieller Vorteil des Hybridantriebs gegenüber herkömmlichen Verbrennungsmotoren. Weiter kann festgehalten werden, dass beim Stillstand des Fahrzeugs, etwa an einem Bahrübergang, beide Antriebssysteme ausgeschaltet werden. Somit kommt es in diesen Situationen zu keinerlei Leistungsverbrauch vgl. Toyota 2009). Dabei bleibt zu erwähnen, dass die Arbeitsweise moderner Hybridantriebe als different zu bezeichnen ist, denn Hybridantriebe unterscheiden sich anhand ihrer Leistungskapazität in drei Varianten.3 Der serielle Hybridantrieb ist eine dieser Varianten. Dieser treibt zunächst das Fahrzeug über einen Elektromotor an. Die elektrische Leistung wird über einen integrierten Generator realisiert und anschließend zur Verfügung gestellt. „Der Dieselmotor läuft mit konstanter Drehzahl im Bestpunkt von Wirkungsgrad und Emission. Die zum Beschleunigen notwendige Spitzenleistung liefert eine Batterie.“ (Kurzweil 2006, S. 8). Das Eingreifen des herkömmlichen Motors wird somit erst während der Fahrt notwendig, nämlich dann, wenn Spitzengeschwindigkeiten erreicht oder längere Strecken absolviert werden sollen (vgl. Stiegeler 2008, S. 5 f.). Anders als beim seriellen Hybridantrieb stellt sich der Antriebsstrang beim parallelen Hybridmotor dar, denn sowohl der Elektro- als auch der Verbrennungsmotor arbeiten sukzessive gemeinsam, um die Leistung des Fahrzeugs zu optimieren. Die Kombination im Antriebsstrang aus beiden Systemen ermöglicht eine schwächere Auslegung im Bezug zur Leistungsfähigkeit des Elektromotors und des Verbrennungsmotors. Dadurch lassen sich Kostenersparnisse für die einzelnen Module genau so erzielen wie ein reduziertes Gewicht, wodurch Kraftstoff eingespart werden kann. Nebenbei wird auch der CO2-Ausstoß verringert wodurch die Umwelt geschont werden kann (vgl. Stiegeler 2008, S. 6). Mischhybridantriebe bilden eine Kombination aus den vorab genannten Varianten. „Es gibt Fahrsituationen, in denen der serielle Hybrid Vorteile gegenüber dem parallelen Hybrid hat und umgekehrt. Durch die Kombination beider Konzepte ergibt sich eine maximale Anzahl von Freiheitsgraden.“

(Stiegeler 2008, S. 8). Darunter sind die Vorteile zu verstehen, die sich aus der Mischung beider Systeme ergeben. Die Umschaltung zwischen den Varianten erfolgt dabei nicht manuell, sondern wird über eine automatische Kupplung durchgeführt (vgl. Stiegeler 2008, S. 8 f.)). Dem Fahrer wird es somit erspart, die jeweilige Fahrsituation zu analysieren und anschließend zu entscheiden, welches System geeigneter ist. Nachteilig an dieser Variante sind der höhere technische Aufwand zur Realisierung der Fahrleitung sowie ein daraus resultierendes höheres Gesamtgewicht, was sich negativ auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt (vgl. Stiegeler 2008, S. 8). Aspekte, welche von Befürwortern der Hybridantriebe häufig ignoriert werden, sind einerseits ein hohes Gesamtgewicht der integrierten Module sowie andererseits eine geringere Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs im Vergleich zum Verbrennungsmotor. Daher wird speziell in diesen Bereichen akribisch gearbeitet, um diese Nachteile ausgleichen zu können (vgl. Hybrid-Autos 2009a; Hybrid-Autos 2009b). Folgend wird eine Untergliederung in serielle, parallele und Mischhybridantriebe vorgenommen. Auf nähere Definitionen von Mildhybrid, Vollhybrid und Mikrohybrid soll dabei verzichtet werden, da diese für die Fragestellung der Arbeit wenig zielführend wären.

„Die Entwicklung zukünftiger Fahrzeugantriebe muss auf die Einhaltung der immer strenger werdenden Abgasgesetzgebung achten und eine nachhaltige Entlastung von den Folgen des Verkehrs – insbesondere eine deutliche Reduzierung der CO2-Emmissionen – anstreben.“ (Bundesministerium für Bildung und Forschung4 2004, S. 1). Dieser Aussage der Regierung ist zu entnehmen, dass der staatliche Eingriff auf zukünftige Technologien verstärkt wird. Daraus lässt sich schließen, dass nicht ausschließlich das eigene Interesse der Automobilhersteller verantwortlich dafür ist, dass diese gegenwärtig viel Aufwand im Bereich der Forschung und Entwicklung betreiben, um nachhaltig am Markt präsent zu sein, sondern auch der staatliche Einfluss. Doch haben die Hersteller das Ziel, langfristig am Markt zu operieren, dann wird die eigene Motivation zur Innovation unumgänglich. „Das Deutsche Patentamt verzeichnet 1287 Patente zum Stichwort `Hybridfahrzeug´.“ (Kurzweil 2006, S. 1). Aus dieser Anzahl der eingereichten Patente wird deutlich, dass die Automobilhersteller einen hohen Aufwand betreiben, um ihre Hybridfahrzeuge am Markt zu positionieren. Daher ist eine nähere Betrachtung der aktuellen Marktsituation des Hybridantriebs sinnvoll.

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Details

Seiten
17
Jahr
2009
ISBN (eBook)
9783640662869
ISBN (Buch)
9783640663040
Dateigröße
493 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v153772
Institution / Hochschule
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg – Fakultät II
Note
1,3
Schlagworte
Kraftfahrzeug Ökobilanz Antrieb

Autor

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