Elektromotoren: Aufbau & Funktionsweise

Wie funktionieren Elektroautos? 10 Fragen und Antworten

Wie funktionieren Elektroautos genau? Worin unterscheiden sie sich von Autos mit Verbrennungsmotor? Wie zuverlässig sind sie?

Wir haben klare und leicht verständliche Antworten auf alle Ihre brennenden Fragen.

 

Das elektrische Zeitalter ist angebrochen. Elektroautos werden bald zu einem festen Bestandteil unseres täglichen Lebens. Allein die Marken des VW-Konzerns sollen bis im Jahr 2025 rund 50 rein elektrische Modelle auf den Markt bringen. Und doch bleibt die Art und Weise, wie sie funktionieren, für viele Fahrer ein großes Rätsel. Elektroautos strahlen etwas Futuristisches aus, scheinen komplex, verwirrend und technologisch fremd zu sein, obwohl sie in vielerlei Hinsicht einfacher sind als Autos mit Verbrennungsmotor.

1. Worin unterscheidet sich ein Elektromotor von einem Verbrennungsmotor?

Das Prinzip der Energieumwandlung in eine mechanische Bewegung ist unterschiedlich. Während ein Verbrennungsmotor bei der Kraftstoffverbrennung auf die Thermodynamik angewiesen ist, machen Elektromotoren diese Umwandlung, indem sie die elektromagnetischen Kräfte nutzen. Diese entstehen, wenn ein elektrischer Strom ein Magnetfeld durchläuft. Ein Verbrennungsmotor verfügt über einen Kurbelmechanismus (Zylinder, Kolben, Ventile, Kurbelwelle usw.), während Elektromotoren auf nichts anderes als Stator und Rotor (und deren gegenseitige Wechselwirkung) setzen, um Fahrzeuge anzutreiben. Darüber hinaus kann dieser Elektromotor als Generator fungieren, so dass beim Bremsen oder Abbremsen die Energie an die Batterie zurückgeführt und wieder aufgeladen werden kann.

2. Inwiefern verhalten sich Elektromotor und Verbrennungsmotor anders in der Praxis?

Die Leistungsbänder und Drehmomente der beiden Motoren sind sehr verschieden. Während Leistung und Drehmoment eines Verbrennungsmotors mit der Drehzahl bis zum Erreichen des oberen Drehzahlbereichs zunehmen, wird in einem Elektromotor das maximale Drehmoment von fast Null Umdrehungen abgegeben und nimmt mit Erreichen der höchsten Drehzahl ab. In der Praxis bedeutet dies, dass ein Elektroauto beim Start die grösste Traktion und damit eine relativ hohe Dynamik hat. Zudem bedeutet der sehr große Drehzahlbereich eines Elektromotors, dass er ohne mehrgängiges Kupplungsgetriebe auskommt. Damit kommt Ihr Elektroauto mit einem einzigen Gang oder einem Untersetzungsgetriebe aus - vom Stillstand bis zur Höchstgeschwindigkeit.

3. Wie wird die Leistung eines Elektroautos berechnet?

Die Berechnung der Leistung ist nicht so einfach wie bei herkömmlichen Autos. In einem Elektroauto basiert die Gesamtleistung nicht nur auf dem, was der Antriebsstrang liefert, sondern wird auch von der Batterieleistung beeinflusst. Da es sich dabei immer um den vom gesamten Antriebssystem bestimmten Wert handelt, kann der Antrieb auch so ausgelegt sein, dass beispielsweise seine technische Basis für verschiedene Leistungsvarianten gleich ist und die endgültige Leistung des Fahrzeugs allein davon abhängt, mit welchen Batteriegrössen er kombiniert wird.

4. Wie wird der Verbrauch gemessen?

Bei Elektroautos gibt der Verbrauch den Energieverbrauch in Kilowattstunden pro 100 Kilometer Fahrt an (kWh/100 km). Auf der Instrumententafel sehen Sie, wie bei herkömmlichen Autos, Informationen über den momentanen und durchschnittlichen Verbrauch. Darüber hinaus wird auch die Menge an regenerierter Energie angezeigt, die an die Batterien zurückgeführt wird.

5. Wie sieht es mit der Wartung und Lebensdauer von Elektromotoren aus?

Da der Hauptteil und auch der einzige sich bewegende Teil eines Elektromotors der Rotor ist, ist der Wartungsaufwand im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor verhältnismässig klein. Es ist kein Ölwechsel oder Austausch von Kraftstoff- oder Luftfilter erforderlich. Es handelt sich in der Regel um Maschinen mit hoher Drehzahl, so dass sie gut konstruiert sein müssen (insbesondere die Lager). Im Allgemeinen erfordert der elektrische Antrieb aber weniger Wartung als ein herkömmlicher Motor.

6. Welche Achse treibt der Elektromotor an?

Ein Elektromotor kann entweder an der Vorder- oder Hinterachse montiert werden. Im Allgemeinen ist jedoch ein Hinterradantrieb besser geeignet für ein Elektroauto, da der Elektromotor sein starkes Drehmoment besser und effizienter auf den Boden übertragen kann. Der vollelektrische Allradantrieb kann ganz einfach durch Hinzufügen eines zweiten Elektromotors an der Vorderachse realisiert werden.

7. Haben alle Elektroautos den gleichen Motortyp?

So wie sich verschiedene Arten von Verbrennungsmotoren entwickelt haben, gibt es auch bei Elektromotoren vielfältige Möglichkeiten und Variationen. Der Typ hängt immer von den Eigenschaften des Fahrzeugs ab. Etwas detaillierter ausgedrückt sind Drehstromsynchronmotoren, oft mit Permanentmagneten, am weitesten verbreitet, ebenso wie Asynchronmotoren oder deren Varianten. Ein integraler Bestandteil dieser Motoren ist in der Regel eine Leistungselektronik, die entweder direkt in den Motor integriert oder separat montiert und dann über drei starke Phasenleiter mit dem Motor gekoppelt werden kann.

8. Gibt es einen Unterschied zwischen den Elektromotoren in Plug-In-Hybriden und in reinen Elektroautos?

Ja, bei der Konstruktion eines reinen Elektroautos wird davon ausgegangen, dass es keine andere Art von Antrieb im Auto geben wird, so dass dies nicht berücksichtigt werden muss. Dadurch kann der Motor optimal auf die erforderlichen Drehmomente und Leistungen, Drehzahlen und Fahrzeugoptionen ausgelegt werden. Die Konstruktion des Hybridmotors hingegen muss auch die Eigenschaften des Verbrennungsmotors berücksichtigen, der mit dem Elektromotor zusammenarbeiten soll. Dabei liegt der Schwerpunkt auf mechanischen Verbindungsmöglichkeiten, Betriebstemperaturen, Drehzahlen und dem Leistungsband. Auch die Antriebssteuerung ist komplexer. Das Fahrzeug muss sich rein elektrisch, mit einem Verbrennungsmotor oder im kombinierten Modus und immer mit optimalem Energieeinsatz bewegen können.

9. Ist es wahr, dass es vor mehr als einem Jahrhundert Elektrofahrzeuge gab?

Die ersten Versuche, ein Elektroauto zu bauen, gehen auf das Jahr 1835 zurück (48 Jahre vor dem Bau des ersten Benzinmotors) und wurden - unabhängig voneinander - in Italien und den Niederlanden unternommen. Persönlichkeiten wie Ferdinand Porsche und der tschechische Erfinder František Křižík arbeiteten um die Jahrhundertwende an der Entwicklung von Elektrofahrzeugen (Křižík enthüllte damals sogar ein LAURIN & KLEMENT Auto). Im Jahr 1900 wurden in den USA mehr Elektrofahrzeuge als Autos mit Verbrennungsmotor gefahren, und das erste Auto, das 100 km/h durchbrach, wurde ebenfalls elektrisch angetrieben. Diese Autos verwendeten jedoch schwere Bleibatterien und hatten eine kurze Reichweite. Die Einführung der Serienproduktion von Autos und die Massenanwendung von Verbrennungsmotoren mit einer komfortableren Reichweite führten schliesslich über viele Jahre lang dazu, dass die Weiterentwicklung von elektrischen Antrieben vernachlässigt wurde.

10. Warum werden heute wieder Elektromotoren entwickelt?

Der Boom der modernen E-Mobilität wird sowohl durch die Notwendigkeit der Reduzierung der Abgas- und CO2-Emissionen, als auch durch die schnelle Entwicklung und Verfügbarkeit neuer Technologien angetrieben. Moderne Lithium-Batterien sind deutlich besser in der Lage, die notwendige Energie zu speichern und freizusetzen. Sie haben eine eigene Steuerelektronik, sie kommunizieren mit dem gesamten System des Autos, und ihre Weiterentwicklung schreitet rasch voran. Ebenso können heutige Halbleiterkomponenten wesentlich größere Ströme verlustarm übertragen und leistungsstarke Elektromotoren effizient steuern und regeln. Die zunehmende Verfügbarkeit von Ökostrom aus erneuerbaren Quellen und die Pläne zum Ausbau der Ladestationeninfrastruktur haben ebenfalls eine Rolle gespielt in der jüngsten Förderung der Elektromobilität.