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Immer mehr Autos fahren elektrisch …
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… aber mit unterschiedlichen Batterie-Konzepten
2011 wird in die deutsche Automobilgeschichte als das Jahr der ersten marktfähigen Elektroautos eingehen. Der iMiev von Mitsubishi, der Opel Ampera und vier Modelle von Renault starten verkaufstechnisch durch. Zusammen mit den Elektromobilen der amerikanischen Tesla Motors und dem Modell der taiwanischen Luxgen – das allerdings in Deutschland noch nicht verkauft wird – stellen wir E-Modelle vor allem im Hinblick auf die unterschiedlichen Batterie-Lösungen vor.
Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:
- Forschungsschwerpunkt Elektromobilität und Forschungsfahrzeug FreccO Fraunhofer-Gesellschaft – Link
- Competence E des KIT – Link
- Elektromobilität bei Renault – Link
- Infineon zur Elektromobilität – Link
- Webseite des Opel Ampera – Link
- Daimler zu elektrischen Antrieben – Link
- Konzept i von BMW – Link
Mehr zum Inhalt des Videos:
Das Spektrum der technischen Lösungen für Lithium-Ionen-Batterien im Fahrzeug ist breit: Die amerikanische Tesla, Pionier der E-Mobilität, nutzt für ihre Fahrzeuge handelsübliche Lithium-Ionen-Batterien, wie sie in PCs zum Einsatz kommen. Rund 6800 solcher kleiner, gewickelter Zellen sind in einem Fahrzeug untergebracht. Der neue Ampera von Opel dagegen, seit November 2011 in Deutschland zu kaufen, setzt auf leistungsstarke und neuartige Lithium-Ionen-Zellen und benötigt nur noch 288 flache Einzelzellen. Aber nicht nur die Leistungsstärke, auch das chemische Innenleben unterscheidet sich bei den Batterietypen, die heute für E-Fahrzeuge zum Einsatz kommen. Noch ist der Lithium-Ionen-Akku der zweiten Generation ein weltweites Experimentierfeld, es geht auch um die weltweite Technologieführerschaft.
Alle Experten, ganz gleich, welchen Lithium-Ionen-Typ sie präferieren, eint eine gemeinsame, noch unbeantwortete Frage: Die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Zellen ist die große Unbekannte. Jahrelanger Dauereinsatz bei Wind und Wetter war bisher für Lithium-Ionen-Akkus nicht erforderlich. Im PC-Bereich, wo die Technologie seit Jahren bewährt ist, gilt eine Lebensdauer von ein bis zwei Jahren als Standard. Automobil-Batterien müssen da länger leben. Niemand weiß heute, ob sie diese erforderliche Leistung auch wirklich erbringen. Wer heute als Hersteller ein Elektroauto im Markt anbietet, muss sich deshalb mit erheblichen Rückstellungen gegen Kundenprotest absichern. Von Sicherheitsaspekten der hochexplosiven Batterietechnik ganz zu schweigen, die beispielsweise den Marktstart des Opel Ampera in Deutschland etwas unruhig verlaufen lassen.
Renault hat für seine vier Modelle, die zur Jahreswende auch in den deutschen Markt kommen, aus der Not eine Tugend gemacht und mit der Ungewissheit in Sachen Haltbarkeit ein Geschäftsmodell entwickelt. Die Franzosen setzen auf ein bisher unbekanntes Modell: Autokauf samt Leasing der Batterie. Sie kann an Wechselstationen rasch ausgetauscht werden. Experten verweisen allerdings darauf, dass das Leasing-Konzept bei größer werdendem Markt mit typen-verschiedenen Batterien zunehmend schwierig wird. Denn anders als beim PC werden wir auf Sicht wahrscheinlich keine weltweit standardisierte Lithium-Ionen-Batterie bekommen. Schon heute gibt es eine bunte Vielfalt unterschiedlicher Zellchemie vor allem im Kathodenmaterial – und ein weltweites Rennen um die Marktführerschaft.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
Dem Kofferfisch abgeschaut
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Autohersteller folgen dem aerodynamischen Vorbild der Natur
Das aerodynamische Verhalten ist für Flugzeuge wie für Automobile ein wichtiger Parameter. Es beeinflusst neben dem Gewicht des Fahrzeugs den Energieverbrauch maßgeblich. Schon 2005 entwickelte Daimler ein frühes bionisches Konzeptfahrzeug, das dem Kofferfisch nachempfunden ist. Obwohl scheinbar plump, zeigt der Kofferfisch sensationelle Strömungseigenschaften.
Lernen vom Vorbild der Natur: Was den Kofferfisch mit seiner kantigen Form auszeichnet und ihn für Autobauer besonders interessant macht:
- das optimale Verhältnis von Oberfläche zu Volumen
- maximale Steifigkeit bei minimalem Gewicht
- ein außergewöhnliches Strömungsverhalten.
Das Bionic Car von Daimler ist nur ein einziges Mal gebaut worden, dennoch zeigt das frühe Beispiel, dass auch Ingenieure des Fahrzeugbaus von der Natur viel lernen können. Sie erzielten mit dem originalgetreuen Modellnachbau des Kofferfisches im Windkanal einen geradezu fabelhaften Luftwiderstandsbeiwert von nur 0,06. Zum Vergleich: Herkömmliche Autos haben heute einen Wert, der bei 0,3 liegt.
Das Konzept-Auto Bionic Car von Daimler ist über ein einziges gebautes Exemplar nicht hinaus gekommen. Immerhin hat Daimler in Zusammenarbeit mit Bionik-Experten im Zuge dieser Forschungen auch ein eigenes rechnergestütztes materialwissenschaftliches Verfahren entwickelt. Es überträgt das Wachstumsprinzip der Biologie in die Konzeption von Autos. Ingenieure einiger bekannter Automarken lassen heute Karosserie- oder Fahrwerkskomponenten am Rechner wachsen. Bereiche mit geringer Belastung sind dünner gestaltet oder sogar völlig herausgeschnitten, hoch beanspruchte Stellen werden dagegen gezielt verstärkt. Die Grundlagen dieser Methode stammen von dem Biomechaniker Prof. Dr. Claus Mattheck. Schon in den achtziger Jahren hat er Bäumen abgeschaut, wie man mit minimalem Materialaufwand maximale Stabilität erzielen kann. Diese Erkenntnisse hat er später in ein Computerprogramm für die Optimierung von Bauteilen eingearbeitet.
In der CAD-Welt bezeichnet man dieses Verfahren mit dem Terminus „Soft Kill Option“ oder auch mit dem Begriff „Topologieoptimierung“. Es wird für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen zunehmend an Bedeutung gewinnen. Die geringe Reichweite heutiger Batterien erfordert es, dem Gewicht von Fahrzeugen besondere Beachtung zu schenken – ohne Zugeständnisse bei der Fahrsicherheit.
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Smart forvision: Solarzellen fürs Autodach
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Infomercial der BASF SE
Das von Daimler und BASF gemeinsam entwickelte Konzeptfahrzeug zeigt interessante Innovationen rund um die Themen Energieeffizienz, Leichtbau und Temperaturmanagement. Darunter sind auch die ersten Solarzellen für den Einsatz im Auto. Selbst bei schwachen Lichtverhältnissen erzeugen sie genug Energie für die Multimediakomponenten und die Lüftung des Fahrzeugs.
Die organischen Farbstoff-Solarzellen sind in das Dach des smart forvision integriert. Sie wandeln Sonnenlicht in Energie um und tragen somit zur Energieeffizienz im Wagen bei. Auch in puncto Design setzen die organischen Farbstoff-Solarzellen Akzente im smart forvision. Die hexagonale Form macht sie zu einem besonderen Hingucker. Hinsichtlich ihrer Farbwahl sind übrigens keine Grenzen gesetzt. Das Minivideo zeigt, was das Dach des smart forvision in sich hat.
© BASF SE 2011
Wärmedämmung für den „smart forvision”
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Infomercial der BASF SE
Daimler und BASF haben auf der Internationalen Automobilausstellung 2011 ein Konzeptfahrzeug mit einer ganzheitlichen Perspektive für Elektromobilität vorgestellt. Ergebnis der technologisch-innovativen Zusammenarbeit ist der „smart forvision“, bei dem besonderes Augenmerk auf die Themen Energieeffizienz, Temperaturmanagement und Leichtbau gelegt wurde. Er zeigt etliche bisher im Autobau nicht eingesetzte Komponenten, die vor allem der Erhöhung der Reichweite des E-Autos dienen.
In diesem kreativ gestalteten Video stellt BASF einen extrem leichten Hochleistungsdämmstoff vor, der hilft, das Gewicht der Fahrzeuge deutlich zu senken und gleichzeitig einen Beitrag zum ganzheitlichen Temperaturmanagement zu leisten. Die von BASF neu entwickelten dünnen Dämmplatten bestehen aus mikroskopisch kleinen dicht gepackten Kugeln, sie leisten dabei ebensoviel wie um ein Mehrfaches dickere herkömmliche Schaumstoffplatten und verringern auf diese Weise das Fahrzeuggewicht. Die Gewichtsreduzierung gilt als wesentliche Stellgröße, um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen. Im „smart forvision“ sind darüber hinaus noch weitere ideenreiche Effizienz-Konzepte vorgestellt worden, etwa Solarzellen und energiesparende OLEDs im Dach des visionären Smart. Weiter ersetzen Verbundmaterialien für den sogenannten multifunktionalen Leichtbau die bisher verwendeten schweren Metallbauteile für das Chassis.
Automobilhersteller Daimler und Zulieferer BASF wollen mit der Zusammenlegung ihrer Aktivitäten im Bereich Elektromobilität mit Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten dazu beitragen, Elektroautos schneller in den Alltag zu bringen.
© BASF SE 2011
Deutschland macht e-mobil
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IAA 2011 als Urknall des deutschen Elektroautos 2.0
Deutsche Automobil-Hersteller sind, dank gewaltiger öffentlicher Fördermittel, auf den Geschmack der Elektromobilität gekommen. Auf der diesjährigen Internationalen Automobil-Ausstellung in Frankfurt konnte man bei den großen deutschen Marken von Audi über BMW bis Daimler auf Entdeckungstour gehen.
“Urban Concept” und “Smart forvision” – zwei Beispiele groß angelegter deutscher Konzeptautos von Audi und Daimler – wurden auf der Internationalen Automobilausstellung 2011 erstmals präsentiert. Schon heute sind amerikanische und asiatische Hersteller mit Elektroautos auf dem Markt, die deutsche Autoindustrie ist also spät dran, will aber jetzt verlorenes Terrain wieder wettmachen. Und das, obwohl das Elektroauto einst eine ureigene deutsche Domäne war, fuhren doch schon Anfang des 20. Jahrhunderts Elektromobile aus deutscher Produktion auf den Straßen, darunter aus der Entwicklungsabteilung des großen Pioniers der Elektrotechnik, Werner von Siemens. Auch dieser Konzern entsinnt sich seiner Historie und will wie RWE in dieses zukunftsträchtige Autosegment einsteigen.
Unterstützt wird die deutsche Industrie dabei von der Bundesregierung, die mit vier Milliarden Euro die Elektromobilität zum Leitmarkt entwickeln will. Auch in den Ländern steht das Elektroauto 2.0 hoch im Kurs – allen voran Nordrhein-Westfalen. Im Masterplan NRW mit Kompetenzzentren in Aachen (Fahrzeugtechnik und Produktion), Dortmund (Netze und Infrastruktur) sowie Münster (Batterietechnik) liegt eine dreistellige Millionensumme für Förderung von Forschung und Entwicklung bereit. Mit ihr soll auch der einschlägige universitäre Nachwuchs herangezogen werden.
Noch kann man deutsche E-Autos nicht kaufen, aber Daimler will schon 2012 mit dem Elektro-Smart das erste deutsche Serienauto mit Elektromotor auf den Markt bringen. Für 2013 ist dann mit mehreren Elektrofahrzeugen aus deutscher Produktion zu rechnen.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
Von der Dampflok zum Transrapid
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Eine kurze Zeit-Reise auf Schienen
Die Geschichte der Eisenbahn beginnt im nordenglischen Bergbaugebiet von Newcastle. Technologisch ging es dabei nicht nur um die Entwicklung der dampfbetriebenen, mehrere Tonnen schweren Zugmaschine, sondern auch um die Konstruktion ausreichend belastbarer Schienen. Die Technologie, die ursprünglich für den Transport der abgebauten Kohle aus den Stollen entwickelt worden war, setzte sich im 19. Jahrhundert auch für die Personenbeförderung durch.
Die erste öffentliche Eisenbahn für den Personenbetrieb fuhr 1825 zwischen Stockton und Darlington. In der Folge entwickelte sich ein mächtiges Bahnnetz auf allen Kontinenten. Der nächste große Entwicklungssprung des Schienenverkehrs wurde stark durch den Ersten Weltkrieg ausgelöst. Kohle als Rohstoff für Dampfmaschinen wurde knapp, so gewann die Elektrotechnik für den Betrieb von Lokomotiven an Bedeutung. Dabei ging es aber nicht nur um geeignete Motoren für die Loks, auch die Bahntrassen mussten aufwändig elektrifiziert werden. Seit den dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts rückte die Geschwindigkeit in den Mittelpunkt des ingenieurtechnischen Interesses.
Machen Sie mit unserer Moderatorin Dr. Susanne Päch eine kurze Zeitreise durch die spannende Geschichte der Eisenbahn – von den ersten Anfängen bis ins ausgehende 20. Jahrhundert.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
