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Energiewende in Deutschland - Geschwindigkeit - Kosten?
@ZeT
Der Elektromotor ist sogar schon 190 jahre alt (erste funktionsfähige Variante um 1835, US-Patent 1837).
Das größte Problem ist bei Elektro immer die Übertragung/Speicherung der zum Fahren benötigtenm Energie gewesen.
Das Fahrzeug mit dem Antrieb durch die beiden Radnabenmotoren an den Vorderrädern hatte eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 50 km/h und mit dem 410 kg schweren Bleiakkumulator eine Reichweite von 50 km.<a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Lohner-Porsche#cite_note-Autowallpaper-8"><span>[</span>8<span>]</span></a> Allerdings benötigte der 44-zellige 80-V-Akkumulatur (300 Ah) eine Ladedauer von mehreren Tagen bis zur Vollladung.
https://de.wikipedia.org/wiki/Lohner-Porsche
Klingt wenig praktikabel ... aber das Auto, vom dem da die Rede ist (Vollelektrisch, Allradgetrieben) wurde auch auf der Weltausstellung 1900 in Paris vorgestellt.
Leider ging die Akkuentwicklung nur schleppend voran (Bleiakkus waren lange Zeit der Standard), während die Entwicklung des Verbrenners schnelle Fortschritte machte.
Schon 1902 brachte Lohner den ersten Hybridwagen auf den Markt. Dabei waren derzeitige Verbrenner noch recht reparaturanfällig und unverlässlich.
1902 wurden die Batterien als größte Schwäche der Fahrzeuge erkannt. Sie waren zu schwer und hatten dadurch eine zu geringe Reichweite. Porsche konstruierte deswegen das Fahrzeug erneut um. Es entstand ein Hybridelektrofahrzeug. Porsche nannte das Fahrzeug Mixte-Wagen, weil der Akku mit Hilfe eines Verbrennungsmotors von Daimler aufgeladen wurde. Das Fahrzeug hatte nur einen Antrieb der vorderen Räder.<a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Lohner-Porsche#cite_note-FAZ-13"><span></span></a>
Knapp 20 Jahre später war dann der Verbrenner einfach die bessere Wahl ... egal ob in Punkto Geschwindigkeit oder Reichweite.
Das sieht man auch an der Liste der Landgeschwindigkeitsrekorde ... "Dampf" und "Elektro" sind da irgendwann unter "Antrieb" nicht mehr vertreten.
Aber:
Erste Akkus gab es schon 1803 (220 Jahre).
Erste Elektromotoren ab 1835 (190 J.)
Aber unsere werten Autobauer hatten irgendwie ja doch kein Interesse daran gehabt, das weiter zu entwickeln. Wozu auch ... wahrscheinlich waren die "Anreize", das NICHT zu entwickeln, eh viel größer.
Die Entwicklung dieser Antriebstechnologie für den Individualverkehr (in der Massentransportation gibts das schon lange*) wurde sehr lange ausgebremst ... aufgrund der wirtschaftlichen Interessen, die am Verbrennermotor und den dafür nötigen Brennstoffen hängen, aufgrund der Arbeiotsplätze die das kosten könnte (damit kriegt man Politiker ... je populärer, desto leichter), und man muss Himmel und Hölle in Bewegung setzen, um dem Markt das neue Produkt schmackhaft zu machen.
*) U-Bahnen wurden erst durch emissionslose Antriebsmethoden in der heutigen Form möglich ... wohin mit den Abgasen?
Bei Strassenbahnen und Fernzügen lässt sich das Versorgungsproblem über Oberleitungen umgehen. Eine im Individualverkehr einfach unbrauchbare Methode.
Es ist nach meinem letzten Informationen noch viel schlimmer. Was/Wen hört man aktuell in der Presse? VW, VW, VW und Krise bei VW. VW fordert, VW droht. VW verlangt bei seinen Elektroautos aber im deutschen Markt so bummelige 70% bis 85% Aufschlag, wie in China. DAS ist kein Standardwert (Tesla ~+40%, BMW -17% bis +30% [Schnitt +27%], Mercedes liegt bei ~+6%, hier die Informationen dazu). Ich sehe hier einfach keine allgemeine Absatzproblematik oder auch kein allgemeines Käuferdesinteresse, sondern einfach durch Geldgier im Konzern falsch getroffene Entscheidungen. Ja, ist ein uncoole Situation für die Angestellten, aber dass der Staat jetzt explizit dem VW Konzern aus der Misere hilft, sehe ich nicht als gegeben oder gar sinnvoll an. Müssen sie halt mal an die angesparten Gewinne ran und sich Gesundschrumpfen, wenn der Automarkt allgemein überhitzt war und sich jetzt etwas abzukühlen versucht. Dass der Konzern trotzdem versucht, sein Gewinnniveau zu halten, ja, ist leider Pech für die Angestellten. ABER: Dieses kann jeder Firma passieren. Eine schlechte Management Entscheidung und der Konzern ist dem Untergang geweiht. Sollen jetzt alle dies Fehlentscheidungen durch die öffentliche Hand aufgefangen werden oder ist es nicht sinnvoller, den Markt das regeln zu lassen?
Bei welcher der Techniken stehen wir noch am Anfang? E-Motor? Seit >100J bekannt und ziemlich ausentwickelt. Steigerungen im Promille Bereich sind noch erwartbar, aber mit einer neuen technischen Revolution rechne ich pers. nicht (mehr).
Der E-Motor ist ja in Sachen Wirkungsgrad ja schon ziemlich überlegen, aber trotzdem wird hier noch weiterentwickelt und die ersten Motoren sind bei einem Wirkungsgrad von 95% angekommen und benötigen keine seltenen Erden mehr. Klick
Auch beim Lithium-Ionen Akku ist noch viel Luft nach oben. Sowohl Catl, als auch Tesla investieren da nach wie vor viel Geld in die Forschung.
"Der Batteriefachmann Prof. Maximilian Fichtner...sieht mit Blick auf die Elektromobilität bei den klassischen Lithium-Ionen-Akkus (zumindest aus heutiger Sicht) das größere Potenzial. ... Fichtner glaubt, dass die klassischen Ionen-Akkus das Potential haben, den Kunden die weit verbreitete Reichweitenangst schon in etwa zwei Jahren zu nehmen. Er rechnet dann mit Ladezeiten von gerade einmal zehn Minuten bei Akkus, die wiederum bis zu 1.900 Kilometer Reichweite in nur einem Tankvorgang laden könnten."
Diese Reichweiten braucht zwar kein Mensch und die Zahlen mögen theoretischer Natur sein aber es zeigt wohin die Reise noch gehen kann.
Und auch immer wieder kommt ins Gespräch, ob es Sinnvoll wäre, dem E-Auto ebenfalls ein Getriebe mit mehr als 3 Fahrstufen zu montieren. Zur Reduzierung der Hohen Drehzahl am E-Motor bei höheren Geschwindigkeiten, was wohl gleichzeitig dem Energiebedarf zuträglich sein soll.
Ich habe dazu ehrlich gesagt keine eigene Meinung, sehe hier nur eher ein Teil was zusätzlich gewartet werden muss und die Einfachheit des Aufbaus wieder unnötig verkompliziert.
es gibt heute schon ein paar E-Autos die zumindest ein 2-Gang-Getriebe haben..
in der Regel Sportwagen/"Hypercars"
da muss der Motor ein Geschwindigkeitsspektrum von 0 - 400~ abdecken
bei LKWs gibts derzeit die Sparvariante: man nehme einen vorhandenen LKW, schmeißt Motor, Abgasanlage etc. raus.. und gibt nen E-Motor rein
Getriebe lässt man drinnen.. dann hat der Truck weiterhin 14 Gänge, und Rückwärtsgänge.. sind dann aber gesperrt, und es geht z..b nur der 7te und der 12te Gang
bei der letzten Truck-Messe hab ich gesehen, wurde eine E-Achse für LKWs vorgestellt, mit einem 5-Gang-Getriebe
auf der anderne Seite fahren aber auch einige Trucks schon rum, ohne Getriebe
so oder so: die Effizienz ist mal um Welten besser als beim Diesel
Genau meine Meinung. Aber hey, evtl ja für die Autobauer eine Möglichkeit, mehr Geld zu verdienen und die Werkstätten besser auszulasten. Witzig auch, dass der Vorschlag nicht von einem Autobauer kommt, denn die wissen anscheinend, dass man den Kunden nicht über alle Maßen verarschen kann.
Meines Wissens nach gibt es nur eine E-Maschine, die nennenswert mehr Energie bei Drehzahl braucht. Alle anderen Varianten sind beim Stromverbrauch nur auf die abgegebene Leistung begrenzt, die Drehzahl spielt im Grunde keine Rolle, der Mehrverbrauch durch Drehzahl kann ignoriert werden (m.M.n.).
Und auch immer wieder kommt ins Gespräch, ob es Sinnvoll wäre, dem E-Auto ebenfalls ein Getriebe mit mehr als 3 Fahrstufen zu montieren. Zur Reduzierung der Hohen Drehzahl am E-Motor bei höheren Geschwindigkeiten, was wohl gleichzeitig dem Energiebedarf zuträglich sein soll.
Das 2-Gang Design vom Porsche Taycan (J1-Platform) war anscheinend so erfolgreich, dass die neue Schwester Platform (PPE) ein 1-Gang Getriebe spendiert bekommen hat. Mal schauen, ob Mercedes Benz nach eATS 2.0 an dem 2-Gang Getriebe festhält. Wetten dürfen gerne angenommen werden.
Ein Mehrganggetriebe bereitet abseits von ein wenig Effizienz einfach nur Kopfschmerzen:
Es kostet mehr (mehr Material, Fertigungsschritte)
Es macht den Antrieb schwerer
Es macht den Antrieb größer
Es macht den Antrieb und die Regelung komplexer
Das Getriebe ist von Grund auf schon ein nicht zu verachtender Treiber für ungewollte Nebengeräusche (böse Zahneingriffe sind böse!), ein Mehrganggetriebe würde das Risiko weiter ansteigen lassen
Das 2-Gang Design vom Porsche Taycan (J1-Platform) war anscheinend so erfolgreich, dass die neue Schwester Platform (PPE) ein 1-Gang Getriebe spendiert bekommen hat.
muss nicht unbedingt sein..
mit einen Getriebe kann man in der Regel dann einen kleineren Motor vorsehen
auch bei Elektro
derzeit sind aber halt E-Autos grundsätzlich so stark (nen FAmilienwagen hat schnell mal 250PS und mehr)
das ALLES auch mit 1 Gang locker gefahren werden kann..
nötig oder interessant werden Schaltgetriebe dann eher in extrem-Fällen..
ein Taycan der auch 300km/h fahren können soll
ein Rimac hatte das (der neue Nevera auch ?)
oder eben bei LKWs wo teils hohe Lasten gezogen werden, krichgänge gebraucht werden und doch auch 100km/h+ gefahren werden können soll
oder bei Elektro-Traktoren, die ebenfalls riesen Geschwindigkeitsbereich eigentlich abdecken teils 1-2km/h Arbeitstempo - teils 40mal schneller)
Beim begrenzt nutzbaren Drehzahlbereich, bei dem ein Verbrenner auch arbeiten kann (1000-5000 1/min), ist ein Getriebe zwingend nötig, um anzufahren und schneller als 30 km/h zu werden. Der nutzbare Drehzahlbereich eines E-Motors ist aber so groß (0-20000 1/min), dass für die meisten Anwendungsfälle ein Gang locker reicht (alle 'normalen' E-Autos haben nur einen Gang, von 0 bis 150 oder teilweise auch über 200). Auch ist dabei der Windwiderstand eine Bitch. Reichweite 100 km/h =400km, bei 200 noch 100km.....doppelte Geschwindigkeit macht halt vierfachen Energieaufwand nötig.
nichts anderes gesagt..
Getriebe haben bis jetzt eher eben die Modelle die extreme Leistungen haben wollen, riesen Geschwindigkeitsbereich brauchen
Rimac beschleunigt auch im 2ten Gang von 0 bis 100 mit um die 3 Sekunden
aber mit dem 1sten Gang werdens dann nochmal brutalere 2 Sekunden
für den Alltag wohl alles völlig egal
und ja.. Luftwiderstand steigt quadratisch, somit der Gesamtwiderstand auch "fast" quadratisch..
der Rollwiderstand wächst ja nur linear, hat aber bei den hohen Geschwindigkeiten kaum noch was zu melden
ich hätte persönlich auch nix gegen 100 auf der Autobahn
Ergänzung ()
Samurai76 schrieb:
Alle anderen Varianten sind beim Stromverbrauch nur auf die abgegebene Leistung begrenzt, die Drehzahl spielt im Grunde keine Rolle, der Mehrverbrauch durch Drehzahl kann ignoriert werden (m.M.n.).
das trifft wie gesagt zu, wenn genug Leistung da ist..
hast du einen kleineren Motor, kannst du den nämlich auch "würgen" (beim Anfahren am Berg), weil Drehmoment auch wo ein Limit hat bei einem kleinen Motor
Leistung = Drehzahl mit Drehmoment
wenn du hier die Drehzahl dann hoch halten kannst (durch ein Getriebe) ist aus dem gleichen Motor mehr Leistung rauszuholen
ein Getriebe frisst natürlich trotzdem auch noch Leistung an sich, egal ob Stirnrad, Planeten, ...
aber es könnte durchaus ein Abwägung sein zwischen: nehm ich einen kleineren, leichteren Motor, brauche weniger Seltene Erden, hab eventuell weniger rotierende Masse, .... und verwende dafür ein Getriebe
wir sehen es ja in vielen Elektro-Dingen unseres Alltages, dass Getriebe verbaut sind
auch bei einem E-Auto - ein Getriebe ist fast immer vorhanden, weil mit 15.000U/min direkt am Rad fängt man nix an ;-)
ein Schaltgetriebe kann dann eben den Effizienzbereich erweitern (und in Summe auf größerem Drehzahlband höhere Effizienz erreichen trotz der Getriebeverluste)
Leistung = Drehmoment x Drehzahl. Das Drehmoment eines E-Motors ist nahe null am höchsten.. Aus dieser Sicht ergibt sich für das Anfahren keine Notwendigkeit, ein Getriebe einzubauen. Zur Ermittlung der Leistung einer Elektromaschine ist nur die zu erreichende Endgeschwindigkeit nötig. Ein Verbrenner mit 45PS wird es ohne Gertriebe oder Kupplung sehr schwer haben, zum drehen bewegt zu werden. Eine E-Maschine bewegt das Auto aber ohne Kupplung oder Getriebe (bzw. kann). Ergo ist ein Getriebe nur nötig, wenn die Endgeschwindigkeit höher werden soll. Hier und hier die Hintergrundinfos dazu.
Als Beispiel hier ein Fendt e100 V Vario nutzt ein ML70 Getriebe das Stufenlos arbeitet. Das wird vermutlich benötigt (ich habe von Traktoren keine Ahnung) um die Fahrleistung im Fahrbereich zu erreichen.
Ich denke insbesondere bei Traktoren und anderen (Bau-) Maschinen geht es eher darum, den Gesamtwirkungsgrad und in der Folge die spezifischen Kosten bei jeder Fahrgeschwindigkeit im Bereich des Optimalen zu halten.
1. Gang Maximale Beschleunigung / Drehmoment an den Rädern
2. Gang Effizienz und hohe Endgeschwindigkeit
Die Effizienz bei PSM Motoren geht idR bei sehr hohen Drehzahlen wieder zurück. Beim Taycan war es ganz klar primär die Beschleunigung. vMax ist ja eigentlich egal. Den Effizienzgewinn hat man dann vermutlich dankend mitgenommen.
R.Kante schrieb:
den Gesamtwirkungsgrad und in der Folge die spezifischen Kosten bei jeder Fahrgeschwindigkeit im Bereich des Optimalen zu halten
Jau. Der eActros 600 hat anscheinend sogar ein 4 Gang Getriebe. Beeindruckend. Da lohnt sich auch das Geld in die Effizienz zu stecken und NVH ist dort vermutlich egal.
nochmal: es kommt auf die Größe des Motors an..
bei den heutigen völlig übermotorisierten FAhrzeugen (250PS in ner Familienkutsche oder sogar mehr)
geht vieles, kann man vieles machen...
aber - die wahrscheinlichste Variante wie Leute es in der Praxis (wortwörtlich) erfahren können:
vergleich mal einen Nabenmotor im E-Bike mit einem - gleich großen und gleich schweren (trotz Getriebe) - Tretkurbelmotor, der die Schaltung mitnutzen kann
abgesehen davon, dass der Tretkurbelmotor mit entsprechendem Gang halt viel schneller fahren kann:
bergauf wird das Teil so zum Traktor
weil: der Direktdrive bei niedrigen GEschwindigkeiten halt nur sehr wenig Leistung abgeben kann..
weil Leistung eben DRehmoment x Drehzahl ist.. und wenn Drehzahl nahe Null geht, geht auch die Leistung runter
aber grundsätzlich: du hast ja selber verlinkt, in deinem ersten verlinkten Artikel..
es wird da zwar nicht direkt auf die Sättigung eingegangen, also das Teile des MOtors in die magnetische Sättigung gehen..
bedeutet: du kannst dann mehr und mehr Strom reindrücken, es kommt aber nicht mehr ums gleiche mehr Drehmoment raus, wirkungsgrad sinkt und sinkt
du hast bei einer bestimmten Motorkonstruktion einfach nur ein bestimmtes maximales Drehmoment..
wenn du nun mit einem Getriebe die Drehzahl verdoppeln kannst, hast du am Ausgang des Getriebes dann z.b. doppeltes Drehmoment, mehr Leistung
Grintech hat z.b. einen schönen Motorsimulator wo du solche Szenarien - mit und ohne Getriebe- durchspielen kannst https://ebikes.ca/tools/simulator.html
also natürlich ist es nicht egal beim E-Motor ob er ein Getriebe hat oder nicht...
nur eben bei den monster-mässig stark motorisierten Autos heute, die mit 4sec von 0 auf 100 Beschleunigen --> ja.. da ist es dann egal..
aber wie gesagt:
3kg Nabenmotor in einem E-Bike.. bis 10% Steigung schafft er ohne mittreten, dann würgt man ihn ab, ohne Strombegrenzung würde er verbrennen
baust einen 1,4kg kleinen keyde Nabenmotor ein -> ist schon bei 6-7% schluss..
ABER: verbaust du den 1,4kg leichten keyde als Tretkurbelantrieb: gehen wieder auch 13-14% ohne mittreten..
oder eben die vorher 6-7%, nur mit deutlich weniger STrom = höheren Wirkungsgrad
Jau. Der eActros 600 hat anscheinend sogar ein 4 Gang Getriebe. Beeindruckend. Da lohnt sich auch das Geld in die Effizienz zu stecken und NVH ist dort vermutlich egal.
Jau.. der künftige Volvo EH electric der auf der IAA 2024 MEsse gezeigt wurde,
bekommt eine Elektroachse: mit 2 E-Motoren und: 6-Gang Getriebe
links das weiße sind die beiden MOtoren
die Motoren sind halt winzig.. da ist so manch Elektro-AutoMotor nicht soviel kleiner ;-)
sprich: E-LKW sind deutlich schwächer motorisiert, in Relation zum Auto..
nicht 2 Tonnen und 500PS
sondern 42 Tonnen und "nur" 1000PS
und schon macht das Getriebe Sinn, auch bei E und auch wenn so ein Truck "nur" 100km/h fährt
Wenn die Drehzahl durch ein Getriebe verdoppelt wird, wird das Drehmoment halbiert. Die Leistung am Ausgang bleibt gleich der am Eingang abzüglich der Reibungsverluste. Das ist der Sinn eines Drehzahl-Drehmoment-Wandlers alias Getriebe.
Solange dein Getriebe neben deinem E-Motor keinen zweiten "Eingang" hat (z.B. Hybrid-Fahrzeuge nutzen solche), kommt hinten nur die Leistung abzüglich der Reibungsverluste raus, die dein E-Motor reingibt.
Das Drehmoment des E-Motors ist direkt proportional zum Motorstrom, das bedeutet: je mehr Strom du dem Motor zuführst, umso mehr Drehmoment erzeugt dieser (in Abhängigkeit seiner konstruktiven Eigenschaften). Bei Drehzahl n = 0 mag die Leistung am Antriebsrad des Fahrzeugs gleich 0 sein, das liegt aber nicht an der fehlenden Kraft an der Antriebswelle, welche ein Drehmoment erzeugt. Das liegt daran, dass es keine zeitliche Veränderung in Form einer Rotationsbewegung gibt. Das Drehmoment liegt dennoch in voller Höhe an.
Stufenloses Getriebe ist womit Fendt seit vielen Jahren hausieren geht, das hat jetzt prinzipiell wenig mit dem Elektromotor zu tun. https://www.fendt.de/vario_getriebe.htm
Möchte jetzt die Diskussion nicht Richtung Traktoren verlagern, aber genauer genommen ist das Teil was du verlinkt hast eigentlich ein kleiner Traktor mit Elektromotor und kein "eTraktor" wie man ihn sich vorstellen könnte. Ein komplexes Getriebe wird jedenfalls bei Traktoren benötigt, jedoch ist hier die eigentliche Fahrt nicht unbedingt das primäre Ziel.
Falls du Langeweile haben solltest, ich habe mir das erst kürzlich reingezogen, hier wird das Getriebe von einem Fendt genauer erklärt.
YouTube
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Vom Prinzip musst du dir ja vorstellen, so ein Getriebe ist das Herzstück eines jeden Traktors, denn daran hängen mehrere Zapfwellen und Aggregate, mit denen die ganzen Anbaugeräte angetrieben werden.
Ein richtiger "eTraktor" wäre aber durchaus ohne den ganzen Zirkus denkbar, mit mehreren Elektromotoren und ohne dem komplizierten und vor allem schweren Getriebe. Darüber brauchen wird aber noch gar nicht nachdenken, wenn du bedenkst die größeren Traktoren wiegen so schon 20 Tonnen und die großen Erntemaschinen mit Zuladung auch mal 40 Tonnen. Mit Elektromotoren und einem brauchbaren Akku, würden solche Teile viele Panzer in den Schatten stellen und wären auf keinen Böden der Welt noch einsetzbar.
Es hat schon seinen Grund, wieso der von dir verlinkte Traktor für Gewächshäuser oder kleinere Aufgaben beworben wird, denn normalerweise reicht der Tank eines Traktors und der Erntemaschinen für mindestens 10-12h Dauereinsatz, das wäre mit der Akkutechnik wie wir sie derzeit kennen schlichtweg undenkbar. Zumal in der Erntezeit die Dinger nach 10-12h kein Feierabend machen, sondern meist nach dem Auftanken mit einem anderen Fahrer wieder aufs Feld gehen.
Während die 100 kWh-Batterie des e100 „nur“ rund 600 Kilogramm auf die Waage bringt und 0,3 Kubikmeter Raum beansprucht, lauten die Vergleichswerte für den größten Fendt-Traktor: 15 Tonnen Gewicht und fünf Kubikmeter Raumbedarf für eine adäquate 2280 kWh-Batterie für einen zwölfstündigen Einsatz. Selbst bei einem 180 kW-Traktor (245 PS) müssten für eine 880 kWh-Batterie nach heutigem Stand der Technik zwei Kubikmeter Raumbedarf und sechs Tonnen Gewicht eingeplant werden, um die Maschine zehn Stunden am Stück einsetzen zu können.
„Außerhalb jeglicher Machbarkeit“ lautete das Fazit des Entwicklungschefs daher. Deshalb stehe das Thema Energie der Zukunft bei Fendt auf insgesamt vier Beinen: Neben dem Elektroantrieb sei dies natürlich Wasserstoff. „Da liegt aber noch ein langer Weg vor uns“, sagte Wagner. Dies nicht, weil die Technik noch nicht marktreif sei. Stand heute „ist aber Wasserstoff noch viel zu teuer“. Damit rücken die Alternativen drei und vier in den Blickpunkt: Biomethan und synthetische Kraftstoffe, mit denen Fendt-Traktoren in naher Zukunft angetrieben werden können.
Mal schauen, ob Mercedes Benz nach eATS 2.0 an dem 2-Gang Getriebe festhält. Wetten dürfen gerne angenommen werden.
