Was ist Elektromobilität und wie funktioniert ein E-Motor?

Vieles bewegt uns in den Zeiten der E-Mobilität. Aber was verstehen wir unter Elektromobilität? Welche Fahrzeuge zählen dazu? Und wie funktioniert ein Elektroantrieb? Eine Übersicht.

Straßenfahrzeuge mit Elektroantrieb sind keine Erfindung des 21. Jahrhunderts. In unserer Zeit bildet die Elektromobilität jedoch den Kern einer globalen Entwicklung, die auf unserem veränderten Umweltdenken beruht.

Das alles ist Elektromobilität

„Elektromobilität“ oder „E-Mobilität“ ist der Überbegriff für viele Trends der gegenwärtigen Entwicklung zum dominierenden Elektroantrieb. Er

• steht für die umfassende Veränderung der Fahrzeug-Angebotspalette, für Batterieentwicklungen, für staatliche Förderprogramme und für automobile Leichtbau-Initiativen;
• umfasst auch Industriesegmente wie Batteriehersteller, Fahrzeugproduzenten und ihre Zulieferer oder Energieversorger;
• beschreibt die radikale Veränderung der Mobilitätslandschaft: Sogar Widersacher wie BMW und Daimler beschreiten – oder besser, „befahren“ – nach 100jähriger Konkurrenz gemeinsame Wege, jetzt im Carsharing.

„Elektromobilität“ kennzeichnet kurz gesagt den Weg hin zu einem nachhaltigen, effizienten Fahrzeugantrieb, eingebettet in eine neue Gesamt-Verkehrsstrategie.
Trotz seiner begrifflichen Vielfalt bedeutet der Begriff für uns heute vor allem den zunehmend elektrifizierten Individualverkehr und alle damit verbundenen Herausforderungen. Im Zentrum steht das (eigene) Auto als ständig verfügbares Fortbewegungsmittel. Dazu gesellen sich Pedelecs, E-Bikes und öffentliche Verkehrsmittel. Sie haben vor allem eines gemeinsam: den antreibenden Elektromotor.

Kernstück Elektromotor

Im Elektromotor dreht sich alles um den Magnetismus, die physikalische Grundlage dieses Antriebs: Gleiche Magnetpole stoßen sich ab, ungleiche ziehen sich an. Um diesen Effekt zu nutzen, nimmt man unbewegliche Dauer- oder Elektromagneten, die man auf einem Rotor montiert. Der Stator, meist außen gelagert, wird mit einer oder mehreren Kupferspulen umwickelt. Fließt Strom in ihnen, richtet sich der Rotor an dem Feld der ihn umgebenden Magneten aus. Wechselt in den Spulen jedoch die Stromrichtung, „stößt“ sich der Rotor aufgrund der geänderten Polarität wieder ab.
Bei eingeschaltetem Strom kommt er so in eine kontinuierliche Drehbewegung und gibt dem Fahrzeug Schwung – der Motor läuft. Wie schnell, hängt vor allem von der Betriebsspannung ab, die in den Spulen anliegt. Im Elektroauto regelt sie der Fahrer über das Gaspedal.

Achse eines Hybrid-Antriebs (Foto © EM-Motive)

Das Besondere am E-Mobil

Aber kann man im Elektroauto noch „Gas geben“? Der Tritt aufs „Strompedal“ klingt allerdings sehr gewöhnungsbedürftig – die Elektromobilität konfrontiert uns auch mit sprachlichen Problemen. Vor Herausforderungen substanzieller Art stehen Hersteller, Service und Fahrer. Die radikal veränderten Fahrzeugkonzepte bieten Elektro- anstelle von Verbrennungsmotoren, Spannungsregler statt Getrieben, Batteriekästen statt Fahrzeugtanks – vieles muss neu gedacht werden. Dazu gehört beispielsweise bei der Einbindung der Batterien in das Gesamtkonzept eines Fahrzeugs. Auf ihr Gewicht ist ebenso Rücksicht zu nehmen wie auf die vielfältigen Sicherheitsaspekte (Kühlung, Spannungs- und Crashschutz). Beim Service dürfte es dafür einfacher werden: Immerhin setzt sich der „Verbrenner“ im Vergleich zum Elektromotor aus 90 mal mehr beweglichen Teilen zusammen! (Quelle: Der Standard, 18.01.2019)

Bei allen Unterschieden bleibt der Wunsch nach einem zuverlässigen, nachhaltig hergestellten Fahrzeug. Es soll seinen Insassen umfassenden Schutz bieten, unabhängig von seinem Antriebskonzept. Und an dieser Stelle sind hochfeste Leichtbaulösungen mit Stahl weiterhin der optimale Weg. Im Elektromotor und beim Bau sicherer Batteriekästen stellen sie zusätzlich zu den konventionellen Anwendungsfeldern ihre außerordentlichen Fähigkeiten in den Mobilitätslösungen von heute und morgen unter Beweis. voestalpine bietet hier mit ihrer Kompetenz im Bereich Leichtbau, Elektroband, Elektroband-Pakete sowie Lösungen für Batteriekästen hochanspruchsvolle Produkte für den Zukunftsmarkt E-Mobilität.

E wie Effizienz

Grundsätzlich kann der Elektromotor die ihm direkt zugeführte Energie (Strom aus der mitgeführten Batterie) besser in Bewegung umsetzen als es Vergasermotoren vermögen. Das spricht für seine Umweltfreundlichkeit. Hochwertige E-Motoren, wie beispielsweise die Modelle der Formel E-Rennserie, verfügen über eine Effizienz von 92 %. Nach Abzug von Batterieverlusten u. ä. bleiben für den Antrieb eines Fahrzeugs gut 85 % der zugeführten Energie. Moderne Verbrennungsmotoren liegen bei hoher Last im Bereich von 25 bis 40 % Effizienz, bei niedriger Auslastung (Stadtverkehr) kann sie bis auf 5 % absinken …

Elektro-Antriebskonzepte

Ungefähr bis in die Mitte des nächsten Jahrzehnts soll es auf dem Markt ein Nebeneinander von reinen Verbrennungs- (ICE/Internal Combustion Engine) und Elektroantrieben (EV/Electric Vehicles) geben. Doch etliche europäische Staaten haben bereits konkrete Daten für das Aus von Diesel, Benzin & Co. als Antriebs-Solisten festgelegt. Das Zulassungsende solcher Neuwagen wird in Norwegen 2025, in Dänemark und Schweden 2030, in Frankreich und Großbritannien 2040 und auf den Balearen 2025 (Diesel) bzw. 2035 (Benziner) eingeläutet. Viele weitere werden folgen.

Auch deshalb wendet sich der Blick verstärkt den verschiedenen Elektro-Konzepten zu. 
Hier ein Überblick für den Durchblick:

• BEV (Battery Electric Vehicles) 
sind rein batteriegetriebene Fahrzeuge, der Inbegriff der zukünftigen Elektromobilität. Sie müssen an externen Ladestationen „aufgetankt“ werden.
• FHEV (Full Hybrid Electric Vehicle). 
Unter einem Voll-Hybrid-Antrieb versteht man ein Konzept, bei dem sowohl Elektro- als auch Verbrennungsmotor zum Einsatz kommen können; beide Motoren sind entkuppelbar und erlauben z. B. reines E-Fahren. Für den alleinigen elektrischen Antrieb müssen die Batterien mindesten 20 kW je Tonne Fahrzeuggewicht bereitstellen können.
• MHEV (Mild Hybrid Electric Vehicles) 
beruhen auf einem Verbrennungsmotor mit „assistierendem“ E-Motor (Kurbelwellen-Starter-Generator).
• PHEV (Plug in Hybrid Electric Vehicles) 
sind Hybridfahrzeuge mit externer Auflademöglichkeit (Stecker).
• REEV (Range Extended Electric Vehicles) 
sind Elektroautos mit Reichweitenverlängerung. Sie stellen quasi die Umkehrung des Mild-Hybriden dar: Ein „assistierender“ Verbrennungsmotor lädt die Batterien nach und ist nicht zum alleinigen Antrieb entkuppelbar.

¹ Obermain-Tageblatt, 14.10.2013.
² Bundesverband eMobilität: Neue Mobilität, Heft 18 (2015).
³ Käsmann, F.C.W.: Weltrekordfahrzeuge. Berlin 2003, 16ff.

Mehr Informatonen zu voestalpine & E-Mobilität