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Elektroautos. Geschichte und deren Bedeutung in der Zukunft

Hausarbeit 2016 25 Seiten

Physik - Elektrodynamik

Leseprobe

Inhalt

1. Einleitung

2. Historie
2.1 Anfänge der Elektromobilität
2.2 Das erste Elektroauto
2.3 Blütezeit der Elektromobilität
2.4 Der Anfang vom Ende
2.5 Letzte Optimierungsversuche des Elektroautos
2.6 Das Elektroauto – ein Nischenprodukt 1930 bis 1990
2.7 Renaissance eines Zukunftskonzeptes
2.8 Elektroautos im 21. Jahrhundert
2.9 Tesla, eine neue Elektroautogeneration

3. Aktuelle Herausforderungen der Elektromobilität
3.1 Kostendruck
3.2 Technische Herausforderungen
3.3 Herausforderungen aus produktionstechnischer Sicht

4. Wie „sauber“ ist das Elektroauto wirklich?

5. Fazit

6. Literatur- und Quellenverzeichnis

7. Abbildungsverzeichnis

8. Bilderquellen

1. Einleitung

Die Automobilindustrie erlebt derzeit einen tief greifenden Wandel. Durch den zunehmenden CO2 – Ausstoß der Verbrennungsmotoren und den daraus resultierenden Gesetzen zur Verminderung der Luftverschmutzung, gewinnt die Elektromobilität immer zunehmend an Bedeutung und wird in der Öffentlichkeit zu einem viel diskutierten Thema. Seit 125 Jahren werden Elektrofahrzeuge gebaut, doch noch nie waren die Forschungsbemühungen so intensiv wie heute. Auch die Forderung der Bundesländer, ab 2030 die Neuzulassung der Benzin- und Dieselautos zu verbieten, zeigt die hohe Bedeutung der Elektromobilität in der Zukunft. Doch nicht nur das Produkt Auto an sich muss neu definiert werden, sondern auch der gesamte Wertschöpfungsprozess. Es stellt sich am Ende auch die Frage: Ist das Elektroauto derzeit tatsächlich umweltfreundlicher, als Autos mit Verbrennungsmotoren?

2. Historie

2.1 Anfänge der Elektromobilität

Im Jahre 1821 legte der englische Naturforscher Michael Faraday den Grundstein für die Elektromobilität, als er erstmals die Bewegung durch elektromagnetische Rotation entdeckte und die Theorie zum Elektromagnetismus erstellte. Bereits 13 Jahre später, im Jahre 1834, entwickelte Hermann Jacobi, ein deutsch-russischer Physiker und Ingenieur, den weltweit ersten praxistauglichen Elektromotor. Durch Finanzierung des russischen Zars Nicolaus dem ersten, wurde der Motor weiterentwickelt und vier Jahre später in ein Boot eingebaut, das 14 Personen über sieben Kilometer über einen Fluss fuhr. Der Motor wurde von 64 Zink-Platin Batterien betrieben und erbrachte 220 Watt Leistung. Für die kommerzielle Anwendung des Elektromotors mangelte es zu diesem Zeitpunkt aber an kostengünstigen Stromquellen, da die Batterien zu teuer waren. Erst 1866 entwickelte Werner von Siemens die ersten leistungsfähigen Generatoren. Durch die neuen Stromquellen nahm die Verbreitung der Elektromotoren in der Industrie zu, jedoch fand sie erstmal hauptsächlich Verwendung im Schienenverkehr.

2.2 Das erste Elektroauto

Bevor das erste Elektroauto auf der Straße fuhr, wurden erstmals viele dreirädrige Elektrofahrzeuge hergestellt. Als Autos, technisch Personenkraftwagen, werden laut dem Erfinder des Automobiles Gottlieb Daimler, nur Fahrzeuge zur Personenbeförderung mit mindestens vier Rädern bezeichnet.

Das erste offiziell anerkannte Elektrofahrzeug stammt von M. Gustave Trouvé in Paris aus dem Jahr 1881. Als Energiequelle benutzte er Bleiakkumulatoren, dessen Platten spiralförmig angeordnet waren. Die Höchstgeschwindigkeit des weltweit ersten Fahrzeugs dieser Art betrug 12 km/h bei einer Reichweite von 14-16 km. Ein Jahr später führte Werner Siemens den „Elektromote“ vor, einen elektrisch angetriebenen Kutschenwagen, der an eine zweipolige Oberleitung gebunden war und als der Vorläufer der heutigen Oberleitungsbusse gilt. Bis das erste Elektroauto gebaut wurde, wurden noch einige Varianten des dreirädrigen Kraftfahrzeuges von verschiedenen Herstellern entwickelt. Nennenswerte Entwickler waren unter anderem der Amerikaner Andrew L. Riker, der mit seinem Fahrzeug das erste Rundstreckenrennen in den USA gewann, und die zwei englischen Professoren William Edward Ayrton und John Perry, die ebenfalls ein elektrisches Dreirad mit einer Höchstgeschwindigkeit von 14 km/h und einer Reichweite von 40 km bauten. Erst im Jahre 1888 wurde das wahrscheinlich erste Elektroauto der Welt vorgestellt. Es handelt sich dabei um den Elektrowagen „Flocken“, hergestellt von dem Coburger Fabrikanten „Andres Flocken“. Es wird zwar als das erste bekanntgewordene Elektroauto angesehen, doch bisher konnte es nicht eindeutig geklärt werden. Es wurde mit einem 0,7 kW Motor ausgestattet, der die Kraft über Lederriemen auf die Hinterachse überträgt. Der Wagen war zu dieser Zeit zwar keine bahnbrechende Neuheit, doch er leitete eine Welle der Elektroautos ein.

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2.3 Blütezeit der Elektromobilität

Bisher orientierte man sich bei dem Design des Elektroautos fast ausschließlich an der Form von Kutschen. Im Jahre 1899 jedoch, konstruierte der Belgier Camille Jenatzy ein neues Modell in Form einer Zigarre. Mit diesem Fahrzeug durchbrach er als erster die Schallmauer von 100 km/h und stellte somit einen neuen Geschwindigkeitsrekord für Straßenfahrzeuge auf.

Im Zuge der Weltausstellung in Paris 1900 stellte der damals junge Ferdinand Porsche sein „Lohner-Porsche-Elektromobil“ vor. Dieses Ereignis wird als ein Genie-Streich angesehen, da sein Modell als erstes transmissionsloses und vorderradgetriebenes Auto gilt. Es wurde von zwei 2,5 PS starken Elektromotoren angetrieben, die unmittelbar an den Radnaben der Vorderräder integriert. Es benötigte also kein Zwischengetriebe, keine Ketten oder Differentiale, die zusätzliche Energieverluste verursachen. Der Wirkungsgrad soll bei über 80 Prozent gelegen haben. Eine 410 kg schwere Bleibatterie sorgte für 50 km/h Höchstgeschwindigkeit und bis zu 50 km Reichweite. Auch eine Rennversion wurde gebaut, die über vier Radnabenmotoren mit je einer Leistung von sieben PS verfügte. Mit einem gewaltigen Batteriegewicht von 1800 Kg gilt das Rennmodell als das erste Allradauto. Um dem Problem der geringen Reichweite entgegen zu kommen, kombinierte Ferdinand Porsche eine kurze Zeit später die Radnabenmotoren mit einem Verbrennungsmotor und erschuf somit das weltweit erste Hybridfahrzeug. Die Daimler-Verbrennungsmotoren erzeugten mit Hilfe eines Generators Strom für die Batterie, die wiederum die Elektromotoren versorgte. Der Einsatz von Elektromotoren war damit zur Jahrhundertwende Kern der automobilen Antriebsforschung. Im Jahre 1900 wurden knappe 40 Prozent der Fahrzeuge elektrisch betrieben. Weitere 40 Prozent besaßen einen Dampfmotor und der Rest der Automobile fuhr mit Benzin. Obwohl nach der Erfindung des Verbrennungsmotors unmittelbar Benzinfahrzeuge auf den Markt kamen, wurden die Elektrofahrzeuge trotz ihrer beschränkten Reichweite mehr gekauft. Der Grund dafür war, dass das Elektroauto im Gegensatz zum Benzinauto lautlos, ruckelfrei und ohne jegliche Abgase fuhr und leicht zu bedienen war. Für ein Taxikonzept hatte sich der Elektromotor gut geeignet, weshalb damals fast alle Taxis in New York elektrisch betrieben wurden. Elektroautos waren aber auch besonders in den Zeiten, in denen man schwer an Treibstoff kam, sehr gefragt, zum Beispiel während der Zeit des ersten Weltkriegs. Damals setzte man auf E-Fahrzeuge beim Transport, unter anderem in der Kommunalwirtschaft oder bei der Postbeförderung. 1912 gab bauten rund 20 Hersteller insgesamt 34000 Elektrofahrzeuge. Zu den bekanntesten Autobauern gehörten unter anderem die „Columbia Automobile Company“ und die „Anderson Electric Car Company“, zu denen die damals beliebte Automarke „Detroit Electric“ gehörte. Neben Thomas Edison und John D. Rockefeller, kaufte auch Henry Ford, der Gründer des gleichnamigen Automobilbauers, gleich mehrere Fahrzeuge seines Wettbewerbers.

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2.4 Der Anfang vom Ende

Mehrere Faktoren führten dazu, dass der Elektroautomarkt im Jahre 1911 langsam, aber stetig zurückging. Während die Dampfmaschine wegen ihres begrenzten Minimierungspotentials nicht mehr nennenswert verfolgt wurde, erwies sich die schnelle Entwicklung der Verbrennungstechnologie als die schärfste Bedrohung des Elektroautos. Als Schwächen des Elektrofahrzeugs galten zunehmend die begrenzte Reichweite und Geschwindigkeit. Ein weiterer Nachteil ist die aufgrund von mechanischen Schäden recht kurze Batterielebensdauer, als Folge von Kälteempfindlichkeit und Erschütterungsanfälligkeit. Hinzu kam noch, dass die Nutzer das Automobil mittlerweile in einem anderen Blickwinkel sehen. Die Fahrzeuge wurden nicht mehr nur als Transportmittel benutzt, denn man hat in Ihnen mittlerweile auch einen gewissen Spaßfaktor gesehen, was dem Elektrofahrzeug fehlte. Vor allem aus der männlichen Benutzerperspektive wird der fehlende Spaßfaktor angeführt, der aus der Kombination von leichter Beherrschbarkeit und Zuverlässigkeit resultierte. Auch zum geschwindigkeitsfixierten ‚Sport‘ taugte das Elektroauto nur bedingt.

Parallel dazu übernahm das Benzinauto immer mehr positive Eigenschaften des elektrischen Konkurrenten. Insbesondere die verbesserte Zuverlässigkeit und Handhabbarkeit, beispielsweise durch die optimierte Geschwindigkeitsdosierung und tauglichere Aufbauten, verkürzten den Komfortvorsprung des Elektroautos. Der amerikanische Erfinder Charles F. Kettering erfand zudem den elektrischen Anlasser für Verbrennungsmotoren, sodass diese nicht mehr mühsam angekurbelt werden mussten. Durch den Beginn der kommerziellen Erdölexploration Ende des 19. Jahrhunderts, erlebte der Rohstoff eine regelrechte Hochzeit und wurde weltweit nicht zuletzt, aufgrund der hohen Energiedichte zum bevorzugten Treibstoff für Maschinen, Automobile und der Industrie. Dadurch entstand eine verbesserte Infrastruktur für Verbrennungsmotoren durch das vermehrte Bauen von Tankstellen, während der Ölpreis trotzdem niedrig blieb. Hinzu kam ein Imagewandel, der durch geschicktes Marketing eingeführt wurde. Die Verbrenner wurden nicht mehr mit Schmutz und Lärm in Verbindung gebracht, sondern standen nun für Begriffe wie „Kraft“ und „Potenz“, weshalb sich die Nutzer dadurch mehr Prestige versprachen. Sie empfanden außerdem eine „Lust an den Vibratoren des Verbrennungsmotors“, während ihre Reichweite trotz höherer Geschwindigkeiten ebenfalls wuchs. Als im Jahre 1913 auch die Fließbandproduktion für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren unter anderem bei Ford einsetzte, kam die Produktion des Elektroautos bis in die 1920er Jahre fast vollständig zum Erliegen.

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2.5 Letzte Optimierungsversuche des Elektroautos

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts, gab es einige Herausforderungen für das Elektroautokonzept. Es musste sich dem Benzinkonkurrenten angleichen und zugleich an eigener Kontur gewinnen. Sowohl der Ausbau der Versorgungsinfrastruktur, als auch die Batterietechnik musste rasch vorangetrieben werden. Es bestand zudem auch die Hoffnung, dass das Umweltbewusstsein der Menschen mit einem tendenziell steigenden Einkommen ebenfalls steigt, was den Elektroautomarkt für sie attraktiver macht. Somit könnten sich die Marktchancen in wachsenden Ballungsräumen zumindest stabilisieren. Diese Faktoren würden schließlich auch den sich abzeichnenden Preisnachteil gegenüber dem Benzinauto kompensieren.

Von diesem Standpunkt aus änderte sich das Elektroauto zwischen 1905 und 1925 in vielerlei Hinsicht. Tatsächlich lassen sich alle Applikationen der damaligen Zeit mit denen der heutigen Zeit identifizieren, die entweder auch angewandt oder diskutiert werden. Beispielsweise setzte man zur Verlängerung der Betriebszeiten schon im Jahre 1896 Batteriewechselsysteme in Taxis. Auch bei Tesla diskutierte man erst vor wenigen Jahren ein Batteriewechselsystem in das Model S einzubauen. Zudem wurden die Batterien robuster und leistungsfähiger, wodurch auch der Radius und die Geschwindigkeit sich erhöhte. Erstaunliche Ergebnisse wurden auch im Bereich der Schnellladung erzielt, weshalb in den USA eine Schnellladestationskette zwischen Philadelphia und Boston gebaut wurde. Diese Faktoren trugen einerseits dazu bei, das Elektroauto von seinem Ruf als Stadtauto zu befreien. Andererseits stiegen auch die potentielle Investitionsbereitschaft und damit auch der Glaube an den Erfolg des Konzepts.

Allerdings gab es trotz allem bedeutende Rückschläge zu verzeichnen. Zum einen wurde, wie bereits im erwähnt, der elektrische Anlasser für Benzinmotoren erfunden und seriell verbaut, der den Verlust eines wichtigen Wettbewerbsvorteils des Elektroautos bedeutete, vor allem bei weiblichen Fahrern. Zum anderen bot kurz darauf der Erste Weltkrieg dem Verbrennungskonzept die Möglichkeit, seine Leistungsfähigkeit unter schwierigsten Bedingungen überzeugend unter Beweis zu stellen. Die umfassende Motorisierung der alliierten Truppen gilt nämlich als ein kriegsentscheidendes Kriterium. Diese Rückschläge wirkten sich langfristig auf, da die Entwicklung der Benzinmotoren in Kombination mit der Massenproduktion die Preise sinken ließ und das Elektroauto ein weiteres Mal in den Hintergrund drängt.

Die Marktstatistiken, auf die 1920er Jahre bezogen, fällt ernüchternd aus. Sie belegt, dass die Optimierung des Elektroautokonzepts nicht ausreichte, um den Markterfolg zu sichern. Die Herausforderungen wurden zwar angenommen, doch der Durchbruch gelang aber nicht.

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Details

Seiten
25
Jahr
2016
ISBN (eBook)
9783668599390
Dateigröße
1.6 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v385391
Institution / Hochschule
Fachhochschule Düsseldorf – HSD (Hochschule Düsseldorf) Fachbereich: Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Note
1,3
Schlagworte
Elektro Elektroauto

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Titel: Elektroautos. Geschichte und deren Bedeutung in der Zukunft