Unterschiede zwischen E-Auto und Verbrenner

Geschichte der E-Autos und Verbrenner

Viele Menschen glauben, dass die Automobilhersteller erst in den letzten Jahren Elektroautos entwickelten und auf den Markt brachten.
Bereits im Jahr 1888 stattete der Coburger Andreas Flocken einen Kutschenwagen mit einem 0,7 kW starken Elektromotor aus, der eine Höchstgeschwindigkeit von 10 km/h erreichte.

1900 wurde das erste Hybrid-Fahrzeug vorgestellt, der Lohner-Porsche. Er wurde von Ferdinand Porsche entwickelt und besaß 2 Elektromotoren und einen Verbrennungsmotor.
Auf Wunsch war er sogar als Allrad-Fahrzeug erhältlich. Dann besaß er an jedem Rad einen Elektromotor. Diese Technik, bei der vier Radnabenmotoren verwendet werden, findet über 110 Jahre später wieder Verwendung, z. B. beim Sportwagen Porsche Taycan. Da in einer Kurve die kurvenäußeren Räder mehr Umdrehungen machen müssen als die kurveninneren, kann so die Kraftverteilung, ohne Verwendung von Differentialen, je nach Lenkeinschlag, optimal verteilt werden.

Bis zur Erfindung des Anlassers im Jahr 1911 hatten die Elektrofahrzeuge sogar einen größeren Marktanteil als die Verbrenner.

Doch wie funktioniert ein Elektromotor und ein Verbrennungsmotor überhaupt, was sind die Vorteile bzw. Nachtteile des jeweiligen Antriebssystems?

Funktionsweise Verbrennungsmotor

Die Bezeichnung Verbrennungsmotor ist eigentlich irreführend, Explosionsmotor wäre viel zutreffender. Luft wird im Zylinder zusammengepresst und erhitzt.

Beim Dieselmotor reicht dann das Einspritzen des Kraftstoffs aus, um eine krafterzeugende Explosion zu erreichen, Benzinmotoren benötigen einen zusätzlichen Zündfunken von einer Zündkerze.

Die Kraft der Explosion wird über den Kolben, das Pleuel und die Kurbelwelle in eine Drehbewegung umgewandelt, welche über die Kupplung, das Getriebe und die Antriebswellen die Räder antreibt. Bei Automatikgetrieben oder automatisierten Getrieben entfällt die vom Fahrer bediente Kupplung und ein Wandler übernimmt deren Funktion.
Auch den passenden Gang muss der Fahrer nicht mehr selbst wählen. Auf die Erklärung eines Doppelkupplungsgetriebes soll hier verzichtet werden. Bei einem Zwei-Takt-Motor erfolgt jede Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitstakt, bei einem Vier-Takt-Motor alle 2 Kurbelwellenumdrehungen.

Aufgrund der schlechten Abgaswerte gibt es heute nur noch bei Kleinkraftfahrzeugen mit 50 ccm Zwei-Takt-Motoren, sie sind deshalb zu vernachlässigen.
Die vier Arbeitstakte eines Vier-Takt-Motors sind:

1. Ansaugen der Luft
2. Verdichten der Luft
3. Arbeiten (Explosion des Kraftstoffs)
4. Ausstoßen der Abgas

Durch die immer strenger werdenden Abgasnormen und die von der Politik auch vorgegebenen Flottenverbräuche, findet man immer weniger großvolumige Mehrzylindermotoren, sondern man setzt vermehrt auf die Aufladung kleinvolumiger Motoren mit wenigen Zylindern durch einen Turbolader, da diese eine geringere innere Reibung aufweisen. Durch den Turbo gelangt ähnlich viel Luft in den Zylinder.
Je mehr Luft in die Zylinder hineingepresst wird, umso mehr Kraftstoff kann verbrannt werden, umso größer ist die Leistung.

Funktionsweise Elektromotor

Ein Elektromotor ist relativ einfach aufgebaut, besitzt im Vergleich zum Verbrenner viel weniger Teile.

Seine Funktionsweise ist vereinfacht anhand des Beispiels eines Fahrraddynamos erklärbar.
Ein Magnet rotiert innerhalb einer Spule. Durch den Magnet werden im Draht der Spule Elektronen bewegt, welche dann letztlich die Glühbirne zum Leuchten bringen. Der Dynamo funktioniert somit als Generator. Würde man an der Spule eine Spannung anlegen, würde sich der Magnet im Inneren drehen und der Dynamo könnte sogar auf diese Art und Weise als kleiner Elektromotor das Rad antreiben.

Bei Kraftfahrzeugen hat der Elektromotor nicht nur den Vorteil keine Abgase zu erzeugen, er kann auch in der Generatorfunktion, bei Bergab-Passagen und Bremsvorgängen Energie zurückgewinnen, was als Rekuperation bezeichnet wird. Ab der ersten Umdrehung kann das volle Drehmoment genutzt werden, die Notwendigkeit einer Kupplung und eines Getriebes entfällt.

Vor- und Nachteile der Antriebsmöglichkeiten im Vergleich

Kosten:

Natürlich muss man Modelle des gleichen Leistungs- und Ausstattungsniveaus vergleichen. Die Akkus machen derzeit noch die Elektrofahrzeuge wesentlich teurer als die Verbrenner. Der Preis ist v.a. abhängig von der Gesamtladekapazität des Akkus. Geht man von einer durchschnittlichen Fahrleistung von 15000 Km aus, wird das Elektrofahrzeug ab dem achten Jahr günstiger im Vergleich zu einem Diesel (politische Förderung des Elektrofahrzeugs eingerechnet), sollte kein neuer Akku benötigt werden.

Tanken

Der Tankprozess beim Verbrenner dauert natürlich nur wenige Minuten. Durch Schnellladung können Elektrofahrzeuge innerhalb 30 Minuten auf 80% ihrer Gesamtladekapazität aufgeladen werden. Es gibt ca. 15000 Tankstellen in Deutschland und ca. 28700 Ladesäulen (Stand August 2022).

Reichweite

Ein Diesel-Verbrenner hat eine durchschnittliche Reichweite von 800 Km, Elektrofahrzeuge um die 400 Km. Bei Elektrofahrzeugen ist die Höchstgeschwindigkeit meist begrenzt, um die Reichweite nicht zu stark schrumpfen zu lassen.

Die Verwendung von Heizung oder Klimaanlage verringert bei ihnen die Reichweite ebenfalls beträchtlich. Sowohl die Gesamtkapazität des Akkus als auch der Verbrauch pro 100 Km werden in Kilowattstunden (KWh)angegeben.

Teilt man die Gesamtkapazität des Akkus durch den Verbrauch erhält man die Reichweite. Die Navis der Elektrofahrzeuge zeigen einem die Standorte der Ladesäulen an, die dann hoffentlich auch frei sind.

Gewicht

Je nach Kapazität wiegt ein Akku für einen Elektro-PKW zwischen 200 Kg und 700 Kg, was sich gegenüber dem Verbrenner verschlechternd auf das Fahrverhalten bzw. die Agilität in Kurven auswirkt. Ein Verbrenner-Kunststoff-Tank wiegt je nach Fassungsvermögen und Kraftstoffinhalt ca. zwischen 5 Kg und 70 Kg.

Umweltverträglichkeit

Wird der Ladestrom komplett aus regenerativen Energien gewonnen, erzeugt das Elektrofahrzeug beim Betrieb keine Abgase. Die Akkuherstellung benötigt jedoch viel Energie, seltene Erden und Lithium, deren Gewinnung Auswirkungen auf die Umwelt haben. Die Akkus können recycelt werden. Bei einem Verbrenner fällt trotz Abgassäuberungen (Katalysator und/oder Rußpartikelfilter) immer klimaschädliches CO2 an.

Fazit

Dem Elektromotor gehört bei den PKW und Zweirädern die Zukunft. Man muss nicht unbedingt eine eigene Garage besitzen, das Laden auf Parkplätzen von Einkaufszentren oder auf dem Betriebsparkplatz von seinem Arbeitgeber, könnte jedem den Umstieg auf ein Elektrofahrzeug ermöglichen.

Die EU möchte ab 2035 keine PKW-Neufahrzeuge mit Verbrenner mehr zulassen. Für schwere LKWs könnte die Verwendung der wasserstoffbetriebenen Brennstoffe, in Kombination mit einem Elektromotor, eine Lösung sein. Aber auch alle Verbrenner können mit E-Fuels, welche aus Biomasse oder tatsächlich auch aus der Luft gewonnen werden können, CO2 neutral betrieben werden. Andere Abgase fallen jedoch auch dann weiterhin an (z. B. CO, NOX).

Hybrid-Fahrzeuge besitzen einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor, allerdings nur einen kleinen Akku. Nur kurze Strecken können sie rein elektrisch zurückgelegen, dann schält sich der Verbrenner ein. Zumindest kann etwas Energie rekuperiert werden, was den Verbrauch senkt.
Auch die reinen Verbrenner werden noch lange nicht aus dem Straßenbild verschwunden sein und nicht nur Nostalgikern weiterhin knatternden Spaß bereiten.

Autor: Jochen Bühler
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