Gedanken zur automobilen Zukunft der Mobilität
Die Diskussionen über die richtige Antriebsart für zukünftige Fahrzeuge gehen weit auseinander. Die größte Bedeutung wird im Moment der Elektromobilität beigemessen.
Die grundlegende Beachtung sollte aber dabei der Physik gewidmet werden. Bei der Fortbewegung kann man zwei grundsätzliche extreme Situationen betrachten, wobei sich die meisten Bewegungen irgendwo dazwischen abspielen. Die eine Möglichkeit stellt den Stadtverkehr dar, der sich hauptsächlich aus Beschleunigen, etwas Fahren und dann wieder abbremsen zusammensetzt. Dazu kommt noch das Bergauffahren und das Bremsen beim Bergabfahren. Bei dieser Art der Bewegung wird die Energie vorwiegend in kinetische Energie und in potentielle Energie, am Berg, umgesetzt. Danach wird die Energie durch Bremsen in Wärme umgesetzt und dies heizt die Umgebung auf und diese Energie wird damit dann unbrauchbar für eine weitere Nutzung. Die andere extreme Situation stellt das Fahren auf einer ebenen Autobahn mit möglichst konstanter Geschwindigkeit dar. In diesem Fall wird die Energie hauptsächlich zur Überwindung der Rollreibung, der Reibung im Antrieb und zur Überwindung des Luftwiderstandes benötigt.
Aus dieser Betrachtung lässt sich ableiten, dass gerade in dem Bereich des sehr ungleichförmigen Fahrens, wie eben im Stadtverkehr und in einer bergigen Gegend der batterieelektrische Antrieb seine Vorteile durch die Möglichkeit der Energierückgewinnung in Form von Rekuperation ausspielen kann. Für lange Strecken muss festgestellt werden, dass die große Menge an Energie dafür gespeichert werden muss und dies bei Elektrofahrzeugen in sehr schweren Batterien geschieht. Es kann aber auch elektrische durch den Einsatz von Brennstoffzellen erzeugt werden, wofür dann Wasserstoff in einem Tank mitgeführt werden muss, aber auch schnell nachgetankt werden kann. Eine weitere Möglichkeit elektrische Energie zu erzeugen stellt auch ein Ranch Extender dar. So ein Ranch Extender kann sowohl mit Benzin oder Diesel betrieben werden als evtl. auch mit Wasserstoff. Einen solche Ranch Extender stellte jetzt Mazda in seinen neuen Mazda MX-30 e-Skyactiv R-E in Brüssel vor.
Plant man eine längere Strecke zu fahren sollte der Ranch Extender gleich kurz nach Fahrtbeginn mit aktiviert werden, so dass die Batterie langsamer entleert wird und somit die Reichweite größer wird. Ein Range Extender kann immer mit der optimalen Motordrehzahl betrieben werden, d.h. er läuft in einer ziemlich konstanten Drehzahl im Gegensatz zu einem Motor der direkt als Antrieb genutzt wird.
In diesem Zusammenhang soll ein kurzer Blick auf den Ventiltrieb geworfen werden. Das Ventil soll sich drehen, damit das Ventil gleichmäßig und nicht einseitig thermisch belastet wird und sich verzieht. Weiterhin werden durch eine gewollte Drehbewegung des Ventils auch die Rußrückstände an der Ventilsitzflächen entfernt. Es somit der Wunsch, dass sich das Ventil dreht. Dies wurde bei speziellen Motoren sogar durch eine extra Ventildrehvorrichtung bewerkstelligt. Normalerweise wird die Drehbewegung durch die Ventilfeder erzeugt. Dies erfolgt durch ein Drehmoment das die Ventilfeder durch das Zusammendrücken und Entlasten erzeugt und das durch Längsschwingungen in der Feder auf die Ventilteller übertragen wird. Allerdings können dabei, abhängig von der Motordrehzahl, auch ungünstige Drehbewegungen entstehen, die größeren Verschleiß an den Ventiltellern und den Federauflageflächen erzeugen. Da einerseits als Drehbewegungen erwünscht sind, andererseits aber möglichst wenig Verschleiß entstehen soll, gilt es gerade deshalb bei einem Motor, der mit ziemlich konstanter Drehzahl läuft, den Ventiltrieb und die Ventilfedern so auszulegen, dass für die entsprechende Motordrehzahl günstige Drehbewegungen entstehen.
Dieser Gedanken war unter anderem Auslöser eine Untersuchung anzustellen, wie man diese Drehbewegungen optimieren könnte. Weitere Einzelheiten dazu werden in meiner Dissertation mit dem Thema "Analyse der Ventilfederbewegungen als Beitrag zur Beeinflussung der Verschleißursachen und der Auflagebedingungen", diskutiert.
Literatur zur E-Mobilität
Dieser Artikel zeigt dass das Fahren mit einem Elektroauto teurer als das Fahren mit Diesel werden kann und warum: Elektromobilität steht unter Strompreisschock vom 28.1.2023