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Elektroautos haben eine lange Geschichte, sie sind beinahe so alt wie das Automobil selbst. Bereits 1899 entwickelten Ludwig Lohner und Ferdinand Porsche das erste Hybridauto, das 1900 auf der Weltausstellung in Paris der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Das Konzept wurde zunächst gut angenommen: Feuerwehrfahrzeuge wurden mit Hybridantrieb ausgestattet, und Taxen fuhren mit Elektroantrieb. Der Lohner-Porsche war mit Radnaben-Motoren ausgestattet und erreichte rein elektrisch eine Geschwindigkeit von 35 km/h. Das klingt langsam, jedoch muss man die Verhältnisse der Zeit kennen: 1909 wurde der Führerschein eingeführt und im »Gesetz über den Verkehr mit Kraftfahrzeugen« festgelegt, dass die Höchstgeschwindigkeit bei 15 km/h liege.

Ludwig Lohner muss posthum eine beachtliche Weitsicht bescheinigt werden, denn seine Ideen waren bereits vom Umweltschutz getrieben: »Elektroautos lassen sich einfacher und schneller starten. Nicht zuletzt produzieren sie keine unmittelbaren Abgase. Im Gegensatz dazu werden Benzinmotoren in großer Anzahl die Luft erbarmungslos verderben.« Das Elektroauto setzte sich schließlich damals nicht durch, was an verschiedenen Faktoren lag.

Das Elektroauto steht heute nicht allein für Umweltschutz, sondern vor allem für Unabhängigkeit von den Entwicklungen der Ölpreise. Wer als Eigenheimbesitzer ein Elektroauto mit einer Photovoltaik-Anlage kombiniert, senkt seine Stromkosten und fährt zudem nahezu kostenlos. Bewohner von Stadtwohnungen können sich an Solar-genossenschaften beteiligen und so ebenfalls vom günstigen Strom aus regenerativen Quellen profitieren.

Elektromobilität ist eine Herausforderung für engagierte Ingenieure, die neue Wege suchen. Und dass sich Design und Funktionalität durchaus positiv treffen können, beweisen viele Ansätze.

Die Batterietechnik ist das künftige Schwergewicht der Ingenieursarbeit, denn auch Elektroautos müssen auf absehbare Zeit langstreckentauglich werden. Gleichzeitig setzt das Fahrzeuggewicht Grenzen. Moderne Leistungselektronik ist schon jetzt serienreif. Der Bau von Elektromotoren hat in Deutschland eine lange Tradition und die Branche steht für Qualität.

Ein Elektroauto ist keine Zauberei, die Technik kein Geheimnis und das Know-how ist vermittelbar. Dieses Buch führt in die elektrotechnischen Grundlagen ein, stellt Elektromotoren, die Technik und die Grenzen der Leistungselektronik sowie moderner Batterien vor. Diskutiert werden auch Sicherheitsaspekte, die besonders im Falle eines Unfalls nicht nur Mechaniker und den Fahrer, sondern auch Rettungs- und Bergungskräfte betreffen.

Elektroautos werden die Mobilität der Zukunft gestalten. Sie werden einen aktiven Beitrag zum Umweltschutz und zur persönlichen Unabhängigkeit von globalen Marktkapriolen leisten. Bei allen Schaltbildern und Formeln soll dieses Buch etwas Wichtiges nicht verbergen: Es macht Spaß, ein Elektroauto zu fahren! Es lohnt sich, das selbst auszuprobieren. Gelegenheiten dazu werden oft geboten, z. B. auf Messen wie der eCarTec in München oder der Auto&Bike in Klagenfurt. Beide Messen finden jährlich statt und bieten Elektromobilität zum Erleben.

Inhaltsverzeichnis

1 Elektrofahrzeuge

Das Elektroauto gilt als Fortbewegungsmittel der Zukunft: Es verursacht keine Emissionen, fährt, vom Reifengeräusch abgesehen, nahezu lautlos und hat das Potenzial, das Autofahren zu revolutionieren. Vor einigen Jahrzehnten, als der Benzinpreis noch keine Rolle spielte, waren Autos wahre Schmuckstücke. Das Design und natürlich Faktoren wie Geschwindigkeit und Beschleunigung waren ein Statussymbol. Doch damals bestaunte man Geschwindigkeiten, die heute zum allgemeinen Durchschnitt zählen. Zugegeben: Ein leistungsstarker Sportwagen oder eine Limousine der gehobenen Mittelklasse lässt die Tachometernadel mühelos jenseits der 250 km/h-Marke drehen. Kann ein Elektroauto da mithalten? Elektro, das ist doch »Öko«! Manche assoziieren damit langhaarige »Freaks«, Träumer und Weltverbesserer, ohne dass sie fundierte Kenntnis der Zusammenhänge hätten.

Noch vor einigen Jahren wurden Elektroautos von Idealisten in Garagen gebaut. Manche dieser Vehikel sahen nicht nur abenteuerlich aus, sie waren auch unkomfortabel und nicht besonders schnell. Heute ist klar: Die Ergebnisse dieser in den 70er-Jahren expandierenden Arbeit haben die Welt verändert.

Elektromobilität ist nichts Neues und doch werden Ziele bis zum weit entfernten Jahr 2050 gesetzt, die den Klimaschutz betreffen. Das zweite Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts ist entscheidend für das Umdenken im Straßenverkehr. Die Abkehr vom Verbrennungsmotor ist eine große Chance für technische Innovationen. Sie wird neue Märkte eröffnen, doch sie steht großen, heute existierenden Märkten entgegen: Die Automobilbranche will Börsenerfolge und Unternehmenswachstum sehen. Alle Betreiber öffentlicher Verkehrsmittel arbeiten nach dem Grundsatz der Wirtschaftlichkeit. Die Erdölbranche verdient am Straßenverkehr Milliarden, Tendenz steigend. Umwelt-, Klimaschutz und innovative, vor allem aber unabhängige Mobilität durchzusetzen wird wegen politischer und wirtschaftlicher Interessen schwierig werden. Solange aber Techniker Freude an Innovationen haben, wird sich diese Art der Mobilität über kurz oder lang trotz aller Widerstände durchsetzen.

Die ersten Elektroautos gab es schon vor über 100 Jahren, und es gab sogar Jahre, in denen mehr elektrische Autos als Autos mit Verbrennungsmotor auf den Straßen fuhren. Es erscheint wie eine Ironie, dass es ausgerechnet ein Elektromotor war, der den Verbrennungsmotoren zum Durchbruch verhalf: in der Form des Anlassers! Schließlich wollte man sich nicht an der verschmierten Kurbel die Hände schmutzig machen.

Üblich sind Elektroantriebe in der Industrie z. B. bei Flurförderzeugen oder bei der Bahn.

1.1 Eisenbahn

Bahnen, ganz gleich ob Straßenbahn oder S-Bahn, U-Bahn oder Fernbahn, erfordern eine kostspielige Infrastruktur. Es müssen Gleise verlegt und Bahnhöfe errichtet und betrieben werden. Die Bahn ist jedoch ohne Frage ein sehr schnelles Transportmittel und das klassische Beispiel für Elektromobilität. Seit Jahrzehnten dominieren elektrische Antriebe die Bahn. Der Elektroantrieb ist hier unbestritten von Vorteil, allerdings braucht eine Lokomotive keinen Energiespeicher an Bord, denn sie bezieht ihren Strom über den Fahrdraht und die Gleise.

Bei der Bahn bietet der elektrische Antrieb viele Vorteile: Neben dem gegenüber Diesel-lokomotiven leisen Motorengeräusch bieten elektrische Triebwagen einen sanften Anlauf bei gleichzeitig hohen möglichen Endgeschwindigkeiten. So erreicht der ICE 3 eine Geschwindigkeit von über 320 km/h.

Natürlich ist eine Leistung von rund 9.000 kW (ca. 11.000 PS) nicht über den Anschluss an eine Haushaltssteckdose zu bedienen. Die Bahn speist ihre Triebwagen über Hochspannungsleitungen, um möglichst kleine Ströme und damit dünne Leiterquerschnitte der Fahrdrähte zu erreichen. 15 kV beträgt die Spannung am Fahrdraht der Deutschen Bahn AG bei einer Netzfrequenz von 16,7 Hz. Das entspricht aus historischen Gründen ungefähr einer Frequenz von einem Drittel des öffentlichen Versorgungsnetzes. Der ICE kann allerdings auch auf Trassen eingesetzt werden, die mit einer Spannung von 25 kV/50 Hz arbeiten. Das betrifft viele osteuropäische Staaten.

Gefährliche Mutproben!

Ein offenbar beliebter »Sport« unter abenteuerlustigen Jugendlichen ist das »Surfen« auf Bahnen. Abgesehen von der Tatsache, dass das grundsätzlich untersagt und strafbar und die Unfallgefahr durch Abstürzen enorm ist, stellt die Hochspannung an sich ein großes Risiko dar: Gegeben ist sowohl die Gefahr eines Stromschlags bei direkter Berührung leitender Teile als auch das Risiko, durch einen überspringenden Lichtbogen Verbrennungen und tödliche Stromschläge zu erleiden. Für Rettungskräfte ist bei Spannungen von 1 kV bis 110 kV bei Bergungs- und Rettungseinsätzen ein Abstand von 3 m zu den Spannung führenden Teilen vorgeschrieben.

Bild 1.1: Auch das ist Elektromobilität mit 11.000 PS: Foto: Uwe Miethe/Deutsche Bahn AG

Die Bahn ist auch für den elektrisch betriebenen Individualverkehr ein wichtiges Element auf Fernstrecken, die von rein elektrisch betriebenen Pkws derzeit noch nicht überwunden werden können. In einem modernen Verkehrskonzept bietet die Bahn zuverlässige und angemessen getaktete Verbindungen für mittlere und ferne Reisestrecken. Die Bahn ist darüber hinaus ein wichtiges Element in Park-and-ride-Konzepten. An Bahnhöfen müssen aber in ausreichender Menge Ladesäulen für Elektrofahrzeuge sowie in Ballungsräumen umfassende Busliniennetze und Carsharing-Lösungen mit elektrisch betriebenen Fahrzeugen vorgesehen werden. Konzepte dieser Art sind noch Zukunftsmusik und in erster Linie mit politischen und wirtschaftlichen Hemmnissen behaftet. Aber sie eröffnen die Chance für eine saubere Mobilität, die Entlastung von Ballungsräumen und neue Potenziale für die Wirtschaft.

1.2 E-Bikes

Elektrofahrräder, Pedelecs/E-Bikes sind ein Fortbewegungsmittel mit großer Zukunft. Sie stehen nicht in direkter Konkurrenz zu den klassischen Kraftfahrzeugen, sondern sind und bleiben Fahrräder, die jedoch mit einem Elektroantrieb unterstützt benutzt werden können. Das ist sinnvoll bei Fahrten an Steigungen oder auch für ältere und schwächere Menschen, denen mit einem E-Bike auch längere Ausflüge ermöglicht werden. E-Bikes kommen mit sehr preiswerten Akkus aus, die vom Rad getrennt und an einem Ladegerät im Haus geladen werden können. Eine spezielle Ladeinfrastruktur ist im öffentlichen Straßenverkehr nicht unbedingt erforderlich, jedoch würde dadurch auch die Mobilität mit E-Bikes gefördert.

Es gibt interessante Konzepte, um auch herkömmliche Fahrräder nachzurüsten. Eine solche Lösung war auf der eCarTec 2012 in München zu sehen: Motor, Akku und Steuerelektronik sind gemeinsam im Vorderrad untergebracht. Es wird lediglich das Vorderrad gegen dieses Modul ausgewechselt und der Anschluss zu den Schaltelementen am Lenker verlegt. Die Module kommunizieren drahtlos per Bluetooth miteinander. Wermutstropfen dieses Systems: Die Masse des Rads ist sehr groß. Fahrten im Gelände (Mountainbikes) sollten mit diesem System nicht ausgerüstet werden, um die Gabel des Rads nicht zu belasten.

Gängige Ansätze der Elektrifizierung von Fahrrädern sind Mittelmotoren, die im Tretlager eingebaut sind, oder Radnabenmotoren, die direkt auf das Hinterrad wirken. Für den Antrieb von E-Bikes kommen z. B. kleine Gleichstrom- und Universalmotoren zum Einsatz, die Leistungen von ungefähr 500 W haben.

Bild 1.2: E-Bikes sind flexible und einfach konstruierte Elektrofahrzeuge, die nicht nur in der Freizeit sinnvoll eingesetzt werden können.

Bild 1.3: Pedale sind hier überflüssig, denn es handelt sich nur optisch um ein Fahrrad. Man fährt mit einem Elektroantrieb.

Bild 1.4: In einer Fahrrad-Rikscha können Touristen in Innenstädten wie Berlin und München bereits entspannt die Sehenswürdigkeiten bewundern. Den Chauffeur unterstützt bei diesem Fahrzeug ein leistungsfähiger Elektromotor.

1.3 Elektro-Scooter

E-Scooter sind derzeit das beliebteste Fahrzeug mit rein elektrischem Antrieb. Auch sie liegen in den Anschaffungskosten deutlich über vergleichbaren Modellen mit Verbrennungsmotor, sind aber trotzdem zu einem erschwinglichen Preis zu bekommen. Nachteilig ist, dass derzeit vorwiegend preiswerte Bleiakkus als Energiespeicher verwendet werden, deren Anzahl an Vollladezyklen deutlich unter denen moderner Batterien liegt, wie sie in elektrischen Pkws verbaut werden.

E-Scooter gibt es sowohl in der »Moped«-Klasse (bis maximal 45 km/h) als auch in einer mit kleinen Krafträdern vergleichbaren Klasse. Das Fahren mit einem E-Scooter macht es leicht, sich mit elektrisch angetriebenen Fahrzeugen anzufreunden. Das Drehmoment ist vom Start weg ausgesprochen kraftvoll und die Beschleunigung beeindruckend. E-Scooter bringen deswegen viel Fahrspaß und machen besonders der jugendlichen Zielgruppe viel Freude.

Bild 1.5: Die kleinen elektrischen Flitzer haben das Potenzial, schon recht bald Roller mit Verbrennungsmotor in der Klasse bis 45 km/h vollständig zu ersetzen. Sie bieten nicht nur umweltfreundliche Mobilität, sondern auch jede Menge Fahrspaß.

Bild 1.6: Nicht lachen! »Tante Paula« ist ein geniales Fahrzeug, denn mit wenigen Handgriffen ist es so klein, dass es bequem neben den Einkäufen im Kofferraum Platz findet. Vom Park-and-ride-Parkplatz aus erreicht man mit diesem Miniflitzer jedes Ziel in der Innenstadt.

1.4 Elektronutzfahrzeuge

Dem Elektroauto wird aus unterschiedlichen Gründen großer Widerstand entgegen gebracht. Ein wesentlicher Kritikpunkt ist die noch begrenzte Reichweite mit einer Akkuladung. Bei kleineren Nutzfahrzeugen ist der Elektroantrieb jedoch längst eine etablierte Alternative. Hier spielt, neben der Wartungsfreundlichkeit der Fahrzeuge, die Wirtschaftlichkeit eine große Rolle. Immer mehr in den Vordergrund rückt auch der Image-Gewinn für Unternehmen, die durch umweltfreundliche Konzepte und entsprechendes Handeln Zeichen setzen.

Elektroantriebe spielen bei Flurförderzeugen schon seit Jahren eine wichtige Rolle. Automatische Transportfahrzeuge, die, von Induktionsschleifen im Boden geleitet, ein wichtiger Teil der Logistik im Produktionsprozess sind, arbeiten rein elektrisch, weil innerhalb der Hallenkomplexe keine Abgase toleriert werden.

Auch im Bereich der Nutzfahrzeuge greift man mittlerweile nach den Sternen und baut größere Maschinen wie z. B. Müllentsorgungsfahrzeuge. Die Benteler-Gruppe hat 2012 ein Müllentsorgungsfahrzeug mit einem Hybridantrieb entwickelt, bestehend aus einem konventionellen Dieselmotor und einem hochleistungsfähigen Elektroantrieb. Das tonnenschwere Fahrzeug ist eine klare Ansage an die Ingenieure des Automobil- und Nutzfahrzeugbaus, denn ein Müllentsorgungsfahrzeug ist hochkomplexe Technik. Im Sammelbetrieb wird das Fahrzeug nicht nur rein elektrisch angetrieben und fährt damit nahezu geräuschlos durch die Straßen, auch das bei konventionellen Modellen lautstarke Presswerk arbeitet weit unterhalb der Lärmgrenzwerte. So verursacht neben einem Surren der Presse nur das Klappern der Container am Heck Geräusche. Hier wird der Elektroantrieb – wenngleich das Fahrzeug deutlich teurer ist als eine klassische Ausführung – auch wirtschaftlich und stadtplanerisch sinnvoll. Durch den leisen Betrieb des Fahrzeugs können die Abholzeiten auch in die Nacht verlegt werden. Das entlastet die Straßen vor allem im Berufsverkehr, in dem sich tagtäglich hinter den Müllsammlern Staus bilden. Denkbar ist auch ein Mehrschichtbetrieb, durch den das Fahrzeug besser ausgelastet wäre und wirtschaftlicher betrieben werden könnte.

Rein elektrisch fährt das Müllentsorgungsfahrzeug allerdings nur während des Sammelbetriebs. Der Weg zur Deponie wird mit dem Dieselmotor zurückgelegt. Dieser Kompromiss ist bei der heute verfügbaren Batterietechnologie bisweilen nötig, um dem Fahrzeuggewicht und der erforderlichen Leistungsfähigkeit gerecht zu werden. Für den Mehrschichtbetrieb sind zudem Schnellladesysteme oder Batteriewechsel von entscheidender Bedeutung.

Bild 1.7: Dieses kleine Straßenreinigungsfahrzeug wird rein elektrisch angetrieben. Es eignet sich hervorragend für den Einsatz in Wohngebieten, wo es geräuscharm operieren kann. Foto: Gabi Schoblick/e-emotion.net

1.5 Oberleitungsbusse

Oberleitungs(O-)busse gibt es seit vielen Jahrzehnten. Ihre Geschichte reicht bis in das Jahr 1882 zurück, als die Wagonette von Siemens & Halske in Berlin-Halensee das erste Mal Passagiere beförderte. Lange Zeit waren Oberleitungsbusse aus den meisten Stadtbildern weitgehend verschwunden. Heute erleben sie eine Renaissance und werden sogar als Gelenkbusse ausgelegt.

Der große Nachteil des Oberleitungsbusses ist der erforderliche doppelte Fahrdraht, der nicht unbedingt als Zierde des Straßenbilds anzusehen ist. Er stellt eine Gleichspannung von 600 V zur Verfügung. Die Spannungen können jedoch in den einzelnen Netzen verschiedener Städte anders definiert sein. Der große Vorteil eines Oberleitungsbusses ist, dass kein Schienennetz und keine kompliziert zu wartenden Weichen zu betreiben sind. Straßenbahnen benötigen dagegen diese teure Infrastruktur.

Oberleitungsbusse sind sinnvoll bei stark frequentierten Linien. Die Kosten für eine stark befahrene Strecke können wirtschaftlich durchaus langfristig mit denen für autarke elektrisch angetriebene Busse verglichen werden, deren Batterien sehr teuer sind und in jedem Fahrzeug vorhanden sein müssen. Oberleitungsbusse benötigen sperrige und teure Batterien, außerdem müssen Standzeiten für deren Ladung kalkuliert werden.

Oberleitungsbusse müssen wie konventionelle, mit Diesel angetriebene Busse regelmäßig gewartet werden. Zwar benötigen sie keine regelmäßigen Tankfüllungen, dafür sind die Kontaktschuhe an den Stromabnehmern starkem Verschleiß ausgesetzt. Es werden Wechselintervalle von 400 km bis 1.000 km genannt. Kohleschleifkontakte haben sich im Laufe der Jahrzehnte als die beste Lösung erwiesen. Systeme mit Rollenkontakten erwiesen sich als untauglich, weil sie starken Funkenflug und entsprechenden Verschleiß an den Stromabnehmern und an den Fahrdrähten verursachten.

Seit Jahrzehnten bewährt und einfach in der Konstruktion ist die Technik der Stromabnehmer. Die beiden bis zu 6 m langen Stromabnehmerstangen sind unabhängig voneinander aufgehängt. Sie sind sowohl in der Höhe als auch zur Seite beweglich. Das ist wichtig, weil sie sonst in einer Kurvenfahrt oder bei einem einfachen Spurwechsel den Kontakt zum Fahrdraht verlieren würden. Man spricht von einer »Entdrahtung«. Grundsätzlich werden die Stromabnehmer bei Wartungsarbeiten und in den Standzeiten vom Fahrdraht kontrolliert getrennt. Eine Entdrahtung kann auch im regulären Betrieb passieren. In diesem Fall werden die Stromabnehmerstangen mit pneumatischen Systemen in eine definierte Position gebracht, um Schäden an Fahrzeugen, Straßenlaternen und Fenstern zu vermeiden. Ältere oder technisch einfachere Fahrzeuge sind mit Fangdrähten ausgestattet.

Das Eindrahten erfolgt entweder manuell mithilfe einer speziellen Hilfsstange oder automatisch beim Durchfahren eines Eindrahttrichters, den es an bestimmten Stellen der Anlage gibt. In der Regel sind Oberleitungsbusse keine reinen Elektrofahrzeuge und besitzen zusätzlich zum Elektroantrieb einen Dieselmotor. Dieser dient aber nur für den Notbetrieb bei einer Trennung vom Netz oder einem Stromausfall. Der reguläre Fahrbetrieb erfolgt rein elektrisch.

Bild 1.8: Oberleitungsbusse sind eine emissionsfreie und geräuscharme Alternative zu Bussen mit Dieselantrieb. Sie gehören nach der Straßenbahn zu den ältesten rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugtypen überhaupt. Foto: Salzburg AG

1.6 Experimentelle Fahrzeuge

Der Bau eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ist seit Jahren eine besondere Herausforderung für ambitionierte Bastler. Gefördert wurden diese Projekte meist von Universitäten, aber auch private Hobby-Tüftler, meist aus der alternativen Szene, entwarfen zum Teil abenteuerliche Vehikel. Die Arbeit all dieser Enthusiasten sollte allerdings nicht nur belächelt werden, denn aus ihr konnten wertvolle Erfahrungswerte gewonnen werden.

Erprobt wurden auch Kombinationen von Pedal- und Elektroantrieb. Hier sind bemerkenswerte Fahrzeuge mit Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 80 km/h entstanden. Spektakulär sind Solar-Rallyes, wie sie unter anderem vom VDE und Hochschulen organisiert werden (vgl. www.solarmobil-deutschland.de).

In einer echten Kleinserie wurde der CityEl, ein elektrisches Dreirad, gebaut. Man liegt in dem Fahrzeug und genießt ein Fahrgefühl wie im Cockpit eines Segelflugzeugs. Die Straßenlage ist wie bei jedem Dreirad gewöhnungsbedürftig. Schnelle Kurvenfahrten können zum Kippen des einsitzigen Fahrzeugs führen. Der CityEl ist im Verbrauch extrem sparsam, und es macht großen Spaß, mit dem Vehikel zu fahren.

Bild 1.9: Der CityEl wurde in einer Kleinserie gefertigt und fand viele Liebhaber.

Bild 1.10: Man hat das Gefühl, im Cockpit eines Segelflugzeugs zu sitzen. Das elektrische Dreirad ist sparsam im Verbrauch.

1.7 Elektroautos

Hersteller von E-Bikes, E-Scootern und kleinen Nutzfahrzeugen haben den Elektroantrieb längst für sich entdeckt und in die Serienreife geführt. Die führenden Automobilhersteller ziehen erst allmählich nach. Von den deutschen Automobilmarken hat Mercedes einen kleinen Vorsprung und zumindest mit einer ersten, aber durchaus ernst zu nehmenden Vorserie ein rein elektrisches Auto hergestellt. Die A-Klasse E-CELL besteht ohne Probleme jeden Elchtest. Die ersten rein elektrischen Kleinserien kamen allerdings in Kooperation mit dem japanischen Hersteller Mitsubishi aus Frankreich: Citroën C-Zero, Peugeot iOn und Mitsubishi i-MiEV. Der französische Automobilhersteller Renault hat mit einem rein elektrischen Fluence Z. E. den Bereich der Mittelklasse-Limousinen erschlossen. Auch mit dem Transporter Kangoo Z. E. sowie dem Kleinwagen Zoe Z. E. hat er Serienfahrzeuge im Markt etabliert. Der Twizy, eigentlich eher ein überdachtes Quad, avanciert zu einem Kultfahrzeug.

Bild 1.11: Nur eine kleine Vorserie aus dem Hause Daimler, aber bereits alltagstauglich: Die Mercedes-A-Klasse E-CELL konnte mit reinem Elektroantrieb auf dem Fahrsicherheits-Testgelände des österreichischen Automobilclubs ÖAMTC überzeugen und bestand auch den »Elchtest« ohne Probleme.

Wer aber meint, Elektroautos seien nur Kleinwagen und ihnen fehle die Sportlichkeit, der kennt die Umbauten der bayerischen Firma RUF Automobile GmbH noch nicht. Sie rüsten die Porsche-Sportwagen mit Elektroantrieben aus, ohne ihnen den Biss zu nehmen. Der amerikanische Hersteller Tesla machte mit dem Roadster Fuore und die Kritiker sprachlos. Zwar regelt der schnittige Sportwagen bei 200 km/h elektronisch ab, aber eine Beschleunigung von 0 auf 100 km/h in nur 3,8 Sekunden braucht keine weiteren Worte mehr.

Die Schwachstelle des Elektroautos ist seine begrenzte Reichweite mit einer Vollladung, die, je nach Modell, zwischen 120 km und 200 km liegt. Danach ist wieder ein voller Ladezyklus erforderlich, der, je nach Batteriekapazität, 6 bis 10 Stunden an einer 230-VHaushaltssteckdose (Achtung: 16-A-Absicherung bei entsprechend dimensionierten Leiterquerschnitten!) dauern kann. Auch kraftvolle Schnellladesysteme sind bereits verfügbar. Jedoch sollte man dieses Ladeverfahren nur dann wählen, wenn die volle Ladung der Fahrzeugbatterien unbedingt in kurzer Zeit wieder benötigt wird, denn eine Schnellladung strapaziert die Lebensdauer einer Batterie, die auch bei moderner Lithium-Ionen-Technik nur ein chemischer Speicher ist.

Das Problem der Reichweite

Elektroautos sind nach wie vor scharfer Kritik ausgesetzt, die nicht immer einen seriösen Hintergrund hat. Unstrittig ist noch immer die begrenzte Reichweite selbst moderner Elektroautos. Langstreckenfahrten sind nach wie vor nicht möglich. Anders sieht es im durchschnittlichen Alltag aus. Konventionelle Autos werden ein bis zweimal in der Woche betankt und legen im Durchschnitt 500 km bis 700 km, oft sogar bedeutend weniger zurück. Hier punkten Elektroautos mit den bedeutend preiswerteren Energiekosten, die sich in Verbindung mit einer privaten Photovoltaik-Anlage oder der finanziellen Beteiligung an einer Photovoltaik-Großanlage noch weiter senken lassen. Ohne Frage ist es noch Aufgabe von Ingenieuren, das Speicherproblem zu lösen. Das Ritual des Tankstellenbesuchs wird es eines Tages nicht mehr geben. »Getankt«, besser: geladen wird beim Parken zu Hause, bei der Arbeitsstelle oder vor dem Einkaufszentrum. Die Infrastrukturen werden entstehen, es braucht aber eine gewisse Zeit. Ein Arbeitsplatzkiller an den Tankstellen ist die Elektromobilität gewiss nicht, denn bereits heute werden Tankstellen immer mehr mit Automaten ausgerüstet, an denen mit EC- oder Kreditkarte bezahlt wird.

Bild 1.12: Der Tesla-Roadster besticht durch eine sensationelle Beschleunigung von 0 auf 100 km/h in nur 3,8 Sekunden. Wer will da noch sagen, Elektromobilität wäre »langweilig«?

1.8 Hybridfahrzeuge

Was ist ein Hybrid? Ist es in erster Linie ein Elektroauto oder ein Auto mit Verbrennungs-motor? Für den Mechaniker ist es zunächst einmal beides – zumindest dann, wenn das Auto rein elektrisch angetrieben werden kann und nicht nur eine Start-Stopp-Automatik bietet. Man spricht aber in diesem Fall bereits vom Mikrohybridfahrzeug. Im Hinblick auf Umweltbelastung und Energiekosten ist die Start-Stopp-Automatik eine sinnvolle Sache, denn in Standzeiten an Bahnübergängen und Ampeln vermeidet das Fahrzeug den Leerlauf. Die Anwohner in Innenstädten profitieren von weniger Abgasen bei Verkehrsstaus, und der Fahrer freut sich über einen geringeren Treibstoffverbrauch im Stadtverkehr. Auf Autobahnen und Landstraßen ist das Mikrohybridkonzept dagegen bedeutungslos, was insbesondere bei Langstreckenpendlern ein kritisches Argument ist.

Interessanter sind die sogenannten Mild-Hybrids. Sie besitzen neben dem dominanten Verbrennungsmotor einen Elektromotor, der entweder bei geringen Geschwindigkeiten das Fahrzeug allein antreibt oder bei starken Beschleunigungen kurzzeitig seine Leistung unterstützend zum Verbrennungsantrieb zur Verfügung stellt.

Toyota begann mit dem Prius-Hybrid sehr früh, dieses Konzept in Serienfahrzeugen umzusetzen. Die ersten Generationen dieses Modells besaßen noch keine Möglichkeit, die Batterie extern über eine Steckdose aufzuladen. Das bedeutet, dass die Batterien über einen Generator vom Verbrennungsmotor und über Rekuperation (Rückgewinnung von Brems- und Bewegungsenergie im Schubbetrieb) geladen wurden. Damit stand der Prius im Fokus der Kritik, weil er keine »saubere« Energie für den Antrieb nutze. Bei dieser Argumentation wurde außer Acht gelassen, dass das Fahrzeug bei geringen Geschwindigkeiten bis zu 2 km rein elektrisch fahren kann und somit z. B. in Wohngebieten (Tempo-30-Zonen) weder Lärm noch Emissionen verursacht. Hinzu kommt der Vorteil, den bereits ein Micro-Hybrid bietet: Im Stop-and-go-Verkehr arbeitet ein Elektromotor effizienter als ein Verbrennungsantrieb. Das spart Treibstoff und reduziert die Emissionswerte erheblich. Die Batterien eines Mild-Hybrid sind in der Regel relativ klein bemessen, was sich positiv in den Preisen und im Gewicht des Autos niederschlägt.

Plug-in-Hybrids bieten die Möglichkeit, die Batterie extern aufzuladen. Sie können über ein spezielles Kabel direkt mit einer Ladesäule oder einer geeigneten Steckdose in der Garage verbunden werden. Meist wird man die Batterie größer dimensionieren und damit längere rein elektrische Fahrstrecken ermöglichen. Das wurde beim Prius-Hybrid-Plug-in sowie bei den im grundlegenden Design nahezu baugleichen GM-Fahrzeugen GM Volt und Opel Ampera umgesetzt. Der Prius soll eine rein elektrische Reichweite von bis zu 25 km haben. Opel gibt je nach Fahrweise Werte zwischen 40 km und 80 km bei einer Vollladung der Batterie an. Ist die Batterie erschöpft, wird die Fahrt mit dem Verbrennungsantrieb fortgesetzt. Ein Full-Hybrid kennt also keine Einschränkungen in der Reichweite wie ein reines Elektroauto.

Die Konzepte sind verschieden: Während Toyota das Fahrzeug direkt mit dem Verbrennungsmotor antreibt und den Elektromotor bei Bedarf ein- oder hinzuschaltet, wird der Opel Ampera rein elektrisch angetrieben. Der eingebaute Verbrennungsmotor treibt lediglich einen Generator an, der bei zusätzlichem Leistungsbedarf auch als Boost-Motor auf den Antrieb wirken kann. Während des Generatorbetriebs läuft der Verbrennungsmotor in einem optimal auf das Drehmoment abgestimmten Drehzahlbereich und damit mit dem besten Wirkungsgrad. Auch wenn durch den Generator und die Batterie Verluste zu kalkulieren sind, erweist sich dieses indirekte Antriebsprinzip als vorteilhaft, denn in Stop-and-go-Fahrzyklen kann der Verbrennungsmotor bei den Emissions- und Verbrauchseinsparungen nicht mit dem Elektromotor mithalten.

Bild 1.13: Der Opel Ampera ist ein Full-Hybridfahrzeug, das sowohl bis zu 80 km rein elektrisch als auch beliebig weit durch eigene Erzeugung elektrischer Energie mithilfe eines Verbrennungsmotors unterwegs sein kann.

Der Begriff Hybridantrieb ist sehr weit gefasst. Gern werben die Automobilhersteller mit einer einfachen Start-Stopp-Automatik oder frech mit der Unterstützung elektrischer Verbraucher und bezeichnen das als »Hybridfahrzeug«.

1.9 EU-Fahrzeugklassen

In der EU ist es kaum denkbar, dass etwas nicht reglementiert oder in amtlichen Definitionen verankert ist. Es gibt EU-Fahrzeugklassen, die in der Richtlinie 2007/46/EG beschrieben werden und weit über das hinausgehen, was in der Beschreibung der Fahrberechtigungen in den Führerscheinen vorgesehen ist. Der Grundgedanke dieser Fahrzeugklassen reicht bis in die 70er-Jahre zurück. Ziel war, Vorschriften für Ausstattungen und Grenzwerte für Abgasemissionen in vernünftigen Maßstäben festlegen zu können. Schließlich ist es z. B. wenig sinnvoll, einem Traktor ein drittes Bremslicht vorzuschreiben.

Folgende Fahrzeugklassen, in denen zusätzliche Unterklassen vorgesehen sind, werden in der EU-Richtlinie definiert:

In der Elektromobilität relevante Fahrzeugklassen

Bis vor Kurzem war zweifellos die Fahrzeugklasse L die dominante Zielgruppe von Elektromobilitätsentwicklern. Hierzu gehören kleine Scooter und Kleinkraftfahrzeuge wie z. B. Micro-Cars mit maximalen Geschwindigkeiten von 45 km/h. Auch Busse mit Batterie- oder Hybridantrieb sowie Oberleitungsbusse (Fahrzeugklasse M) sind bereits mit elektrischen Antrieben auf der Straße. Die Klasse N (Güterbeförderung auf mindestens 4 Rädern) bietet ein bisher kaum erkanntes Potenzial für elektrische Antriebe. Als Beispiel sei wieder das Müllentsorgungsfahrzeug der Benteler-Gruppe in Kooperation mit MAN erwähnt. Schwerpunktthema dieses Buchs ist allerdings die Fahrzeugklasse M, zu der insbesondere Pkws zu zählen sind.

Hier war lange Zeit insbesondere von den Automobilbauern großer Widerstand in der Entwicklung zu erkennen. Erst als fernöstliche und französische Hersteller praxistaugliche Serienfahrzeuge auf die Straße brachten, legten auch deutsche Automobilbauer erste eigene Konzepte vor.

Bild 1.14: Null Emissionen! Mit diesem Elektroauto darf in jeder Umweltzone gefahren werden.

1.10 Elektroantriebe und Nachhaltigkeit

Konstrukteure von Elektrofahrzeugen müssen den Fahrzeugklassen der EU besondere Aufmerksamkeit schenken. Allein die Wahl des Antriebsmotors kann Einfluss auf die Einordnung in eine Klasse und damit auf die rechtlichen Rahmenbedingungen haben. So ist ein Elektromotor von 10 kW, 15 kW oder 20 kW deutlich kleiner als ein Verbrennungsmotor, der vergleichbare Fahreigenschaften bietet. Auch ist möglicherweise eine elektronische Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit vorzunehmen, obwohl der Antriebsstrang durchaus höhere Geschwindigkeiten bei guter Reichweite erlauben würde.

Zwischen einem Fahrzeug der Klasse L6e (z. B. Micro-Car), das mit einem sogenannten »Moped-Führerschein« gefahren werden darf, dessen Geschwindigkeit aber auf 45 km/h limitiert ist, und Fahrzeugen der Klasse M (Pkw), für die ein Führerschein der Klasse B erforderlich ist, besteht ein wesentlicher Unterschied. Mit einem leichten Kleinwagen, der elektrisch mit 4 kW angetrieben wird, können technisch durchaus auch Geschwindigkeiten von 60 km/h erreicht werden. Damit dürfte dieses Fahrzeug auch auf Bundesautobahnen fahren. Ob das unter dem Gesichtspunkt der Verkehrssicherheit sinnvoll ist, ist eine ganz andere Frage.

Umgekehrt jedoch bietet ein elektrischer Antrieb völlig neue Möglichkeiten für Fahranfänger, denn theoretisch (und mit entsprechendem technischen Aufwand auch praktisch) ist es möglich, ein Elektroauto auf eine Führerscheinklasse zu programmieren. Ähnlich wie Zugangsausweise könnten elektronische Führerscheine eingeführt werden, die vom Fahrzeug erkannt werden. Ein Fingerabdrucksensor am Lenkrad identifiziert den Fahrer und schließt aus, dass z. B. ein heranwachsender Moped-Führerscheininhaber mit dem B-Führerschein eines Elternteils eine Spritztour mit voller Motorleistung macht. Dieses Prinzip ist zudem eine recht wirksame Wegfahrsicherung, weil es integraler Bestandteil der Steuerelektronik des Fahrzeugs ist.

Je nachdem, welche Führerscheinklasse vom Fahrzeug erkannt wurde, wird das Auto im passenden Modus betrieben. Selbst bei einem Moped-Führerschein wäre dann das Fahren in einem Renault Fluence Z. E., dessen Antriebsmotor bis zu 70 kW (kurzzeitig) und 50 kW (permanent) zu leisten vermag, legal, wenn das Fahrzeug nur Geschwindigkeiten bis maximal 45 km/h zulässt und danach den Antrieb elektronisch abregelt. Elektronische Geschwindigkeitsbegrenzungen sind bei Elektroautos bereits gängige Praxis, um die Leistungselektronik zu schützen, den Motor nicht zu überlasten und vor allem die Reichweite nicht ins Bodenlose abstürzen zu lassen. Wie in diesem Buch noch zu sehen sein wird, steigt der Energiebedarf eines Fahrzeugs mit der Geschwindigkeit im Quadrat. Das bedeutet, dass ein Auto viermal mehr Energie benötigt, wenn es mit doppelter Geschwindigkeit unterwegs ist.

Natürlich gibt es – um bei einem vollwertigen Auto wie dem Fluence Z. E. zu bleiben – ein gewisses Problem: Das Fahrzeug ist einfach zu schwer, um mit nur 4 kW ernst zu nehmende Fahreigenschaften zu bieten. Hier sind die Richtlinien der Gesetzgebung bei Weitem nicht auf einem angemessenen Stand der Technik angekommen. Gerade Elektroantriebe sind es, mit denen es erstmals möglich ist, programmierbare Fahreigenschaften für ein Auto zu realisieren.

Jugendliche beginnen oft schon mit 16 Jahren eine Ausbildung und müssen mobil sein. Ihnen stehen Kleinkrafträder (Mopeds, Scooter) und Micro-Cars als Fortbewegungsmittel zur Verfügung (Führerscheinklasse M und S ab 16 Jahre). Mit der Klasse S können also auch Micro-Cars gefahren werden. Diese Fahrzeuge kosten neuwertig fünfstellige Beträge und werden meist mit dem Erwerb eines Klasse-B-Führerscheins mit Verlust wieder verkauft. Hier liegt der Nachhaltigkeitsansatz, denn ein programmierbares Elektroauto kann nach Erwerb des B-Scheins sofort und ohne zusätzliche Kosten vollwertig benutzt werden. Der Fahranfänger bewegt sich in einer vertrauten Umgebung und ist sicherer unterwegs. Das trägt auch zur Verringerung des Unfallrisikos bei und schont Ressourcen für die Herstellung und Entsorgung von Altautos. Zudem ist elektrisches Autofahren grundsätzlich umweltschonend.

Ein Anwendungsgebiet solcher programmierbaren Fahrzeuge ist auch das Carsharing, denn die Mietfahrzeuge stehen dann sowohl Klasse-S- als auch Klasse-B-Scheininhabern zur Nutzung offen. Interessant sind natürlich auch die Möglichkeiten, die sich für behördliche Sanktionen bieten. Verkehrssünder, denen im ländlichen Raum nur eine schwache Erschließung mit öffentlichen Verkehrsmitteln geboten wird, könnten während einer Fahrverbotsphase auf Klasse S herabgestuft und per GPS-Koordinaten auf einen bestimmten Weg eingeschränkt werden. Somit bliebe eine gewisse Grundmobilität bewahrt, die auf das zwingend Erforderliche beschränkt ist. Elektromobilität eröffnet also ein breites Spektrum an Möglichkeiten, die Mobilität der Zukunft zu gestalten.

2 Energiehaushalt

Es ist ein physikalisches Naturgesetz: Die Gesamtenergie in einem geschlossenen System bleibt stets konstant!

Man kann also Energie nicht aus dem Nichts heraus erzeugen, und man kann auch keine Energie vernichten oder »verbrauchen«. Begriffe wie »Energieverbrauch« oder »Verbraucher« sind im Zusammenhang mit Energie umgangssprachlich zu deuten. Sie beschreiben nichts anderes als die Umwandlung einer Energieform in eine andere.

Bei Fahrzeugen spricht man von Reichweite und Motorleistung, wobei unter Nichttechnikern nach wie vor der Begriff der Pferdestärke (PS) gebräuchlich ist, während die Techniker Watt (W) bevorzugen. Man betrachtet die Fahrzeuge nach ihren Abmessungen und ihrem Gewicht. Nicht zuletzt sind es auch subjektiv erlebbare Faktoren wie Beschleunigung und Geschwindigkeit, die direkten Einfluss auf den Energieumsatz in einem Fahrzeug haben. Hinzu kommen externe Einflüsse wie die Straßentopologie, der Roll- und der Luftwiderstand, das Klima und nicht zuletzt der Faktor »Mensch«, also das individuelle Fahrverhalten.

Wer sich mit dem Design oder mit der Wartung von Elektroautos beschäftigt, wird schnell mit Argumenten konfrontiert, die das Elektroauto als ökologisch schlechter und allgemein nicht praxistauglich darstellen. Meist sind derartige Argumente unhaltbar. Auch ein Elektroauto braucht die Energie, die ihm die physikalischen Regeln abverlangen. Allerdings wird sie bei einem Elektroauto wesentlich effektiver genutzt als bei einem Verbrennungsmotor. Dieser setzt schon allein mehr als 2/3 der Motorleistung in reine Abwärme um, die zum größten Teil ungenutzt in die Umgebungsluft verpufft. Wie gut ein Elektroauto im ökologischen Vergleich zu einem äquivalenten konventionellen Fahrzeug abschneidet, hängt in erster Linie davon ab, woher der Strom in der Antriebsbatterie kommt. Optimal ist natürlich selbst erzeugter Strom aus regenerativen Quellen. Aber auch bei einem normalen Strommix bleiben Elektroautos gegenüber konventionellen mit Benzin und Diesel angetriebenen Fahrzeugen konkurrenzfähig.

Dieses Kapitel wird die Wirkungsgrade nicht nur elektrisch betriebener Fahrzeuge beleuchten. Man wird sehen, dass neben dem Antrieb zusätzliche Geräte und besonders die Physik des Antriebsstrangs Einfluss auf den Wirkungsgrad haben. Damit wird eine wichtige Grundlage geschaffen, um die Dimensionierung von Motor, Batterie und Leistungselektronik besser zu verstehen und ein Fahrzeug unter praxisnahen Bedingungen ausreichend auszurüsten.

2.1 Wirkungsgrade

Um ein Fahrzeug fortzubewegen, um es also zu beschleunigen und seine Geschwindigkeit zu verändern, muss Energie umgesetzt werden.

Ein Auto mit einem Verbrennungsmotor tankt »chemische« Energie. Ein Stoff wird aufgenommen, z. B. Benzin, Dieselöl oder Gas, im Motorblock verbrannt und damit in Wärme umgewandelt. Das entzündete Treibstoff-Luft-Gemisch erwärmt sich und dehnt sich aus. Der Druck in der Brennkammer nimmt zu. Das ergibt sich aus:

Es handelt sich um das »ideale Gasgesetz«. Die Konstante entspricht dem Faktor aus Stoffmenge in Mol und der »universellen Gaskonstanten« (R = 8,3145 J / mol * K).

Ideales Gasgesetz

Die Gleichung konstant erfüllt drei elementare Gesetze für ideale Gase:

Boyle-Mariotte: p • V = konstant bei konstanter Temperatur T und konstanter Stoffmenge

Gay-Lussac: konstant bei konstantem Druck p und konstanter Stoffmenge sowie

Avogrado: konstant bei konstantem Druck und konstanter Temperatur

Die universelle Gaskonstante (R = 8,3145 J/mol*K) ist das Produkt der Avogrado-Konstanten N_A = 6,02214129*10²³ mol^-1 und der Boltzmann-Konstanten k_B = 1,3806488 * 10^-23 J/K.

Es gilt natürlich der Energieerhaltungssatz. Bei der Verbrennung wird durch die Verbindung des Treibstoffs mit dem Sauerstoff der Luft chemische Energie in Wärme umgesetzt. Darüber hinaus versucht das nun gasförmige Verbrennungsprodukt, sich im Volumen auszubreiten. Das Volumen ist jedoch durch den maximalen Hubraum begrenzt. Das alles führt zu einer Zunahme des Drucks, der letztlich den Kolben antreibt und auf die Kurbelwelle wirkt.

Die Kurbelwelle wirkt über die Kupplung und das Getriebe auf die Antriebsräder. Deren Drehung treibt letztlich das Fahrzeug an. Wie viel Energie letztlich bei den Rädern ankommt, wie viel Energie also das Auto antreibt – diese Frage stellt sich grundsätzlich sowohl für Elektrofahrzeuge als auch für Autos mit einem Verbrennungsmotor.

Ein großer Teil der zugeführten Energie geht bereits im Motor »verloren«, und zwar in Form von Reibung und Wärme. Die Motorverluste sind in der Menge der größte Faktor. Hinzu kommen weitere Verluste in den Lagern von Achsen und Wellen, im Getriebe und nicht zuletzt durch die Energieversorgung zusätzlicher Verbraucher wie Licht, Radio und vor allem die Klimaanlage.

Auch fahrtechnisch wird der Energiebedarf beeinträchtigt. Neben der Massenträgheit, die bei der Beschleunigung zu überwinden ist, spielen auch Rollreibungsverluste der Reifen und der Luftwiderstand eine gewichtige Rolle.

Verlust

Nach dem Energieerhaltungssatz kann Energie weder erzeugt noch vernichtet werden. Das bedeutet, dass der Begriff »Energieverlust« unter physikalischen Gesichtspunkten nicht korrekt ist. In diesem Buch wird der Begriff im Zusammenhang mit dem Energiehaushalt verstanden. Die ursprünglich eingesetzte Energie kann nicht vollständig der gewünschten Nutzung zugeführt werden, denn verschiedene andere Systemkomponenten setzen Energie um. Diese anteilige Energie ist für die gewünschte Nutzung verloren.

Bild 2.1: Ein Auto ist mehr als ein Motor und Räder. Es ist ein komplexes Gesamtsystem, das an verschiedenen Stellen Energie in teilweise erheblichem Maße umsetzt. Bei einem Verbrennungsfahrzeug gelangen lediglich 20–30 % der mit dem Kraftstoff zugeführten Energie auf die Antriebsräder.

Ein Verbrennungsmotor verursacht mit rund 75 % bereits den größten Verlust. Der größte Teil der Energie wird in Wärme umgesetzt und verpufft weitgehend ungenutzt in die Umgebungsluft.

Lagerreibungsverluste haben einen verhältnismäßig geringen Anteil am Energiehaushalt. Mittlerweile sind die Lager so hochwertig, dass hier nur noch rund 1 % der Energie der gewünschten Nutzung verloren geht.

Wesentlich deutlicher bemerkbar machen sich elektrische Heizungen (Sitzheizung etc.) und vor allem die Klimaanlage, die heute bereits in vielen Fahrzeugen zur Serienausstattung gehört. Letztere kann allein 5–10 % der Leistung aufnehmen und raubt damit dem eigentlichen Antrieb beträchtliche Energie.

Die Wirkungsgrade der einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs multiplizieren sich:

Allein aufgrund des Unterschieds im prinzipiellen Aufbau eines konventionellen Autos und eines Elektroautos bestehen gravierende Unterschiede in deren Wirkungsgraden. Da die Motoren einen großen Anteil haben, werden sie näher betrachtet.

2.1.1 Wirkungsgrade des Verbrennungsmotors

Der Wirkungsgrad η drückt das Verhältnis von nutzbarer zu aufgenommener Energie aus. Beim Verbrennungsmotor ist das das Verhältnis der durch den Treibstoff zugeführten chemischen Energie. Sie wird durch Vergasung und Zündung in thermische Energie gewandelt und übt über die thermodynamischen Zusammenhänge von Temperatur, Druck und Volumen eine Arbeit auf den Kolben aus. Die Bewegung des Kolbens wird auf die Kurbelwelle übertragen und erzeugt über Wellen und Getriebe das Drehmoment am Rad, das wiederum das Fahrzeug antreibt:

Um besser verstehen zu können, warum ein Elektromotor einen besseren Wirkungsgrad als ein Verbrennungsmotor hat, werden die 4 Takte eines Ottomotors (Benzinmotor, benannt nach Nicolaus August Otto, 1831–1891) betrachtet.

Klasse	Fahrzeugart
C	Land- und forstwirtschaftliche Maschinen auf Gleisketten
L	zwei- oder dreirädrige und leichte vierrädrige Kraftfahrzeuge
M	Fahrzeuge zur Personenbeförderung mit mindestens 4 Rädern
N	Fahrzeuge zur Güterbeförderung mit mindestens 4 Rädern
O	Anhänger
R	Land- und forstwirtschaftliche Anhänger
S	gezogene auswechselbare land- und forstwirtschaftliche Maschinen
T	Zugmaschinen für gewerbliche Zwecke

Vorwort