Tesla und der Elektromotor

Schon seit über 100 Jahren (Stand 2010) gibt es PKWs – und andere Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Wussten Sie, dass es genau so lange auch schon PKWs – und andere Fahrzeuge – mit Elektroantrieb gibt? Diese hatten auch damals schon einen Akku – logisch, mit einem langen Kabel sind die nicht an einer „Leine“ rumgefahren – und konnten teilweise mit überzeugenden Leistungsdaten aufwarten. Doch ganz bestimmte „Kräfte“ waren damals (wie heute noch) im Spiel…

Der damalige deutsche Kaiser Wilhelm II (geboren 1859 in Berlin) hatte um 1900 mehrere Elektrofahrzeuge. Wenn wir das mit der aktuellen Regierung vergleichen, die hier überhaupt nicht schlecht geredet werden soll, wie viele E Fahrzeuge müsste diese dann heute haben?

Wie wurde die Elektrofahrzeugtechnik bis heute weiter entwickelt? Der Verbrennungsmotor wurde immer weiter forciert. Und die Entwicklung der Elektromotoren in den Fahrzeugen inclusive Akkutechnik stagnierte lange Zeit – eigentlich bis heute noch.

Der Verbrennungsmotor hat einen maximalen Wirkungsgrad von rund 35 %. Das ist jedoch nur unter einer ganz bestimmten Drehzahl möglich. In der Praxis ist dieser Wirkungsgrad, der Eta, viel geringer! Aber wir wollen doch günstig fahren, und nicht unnötig den Motor kühlen müssen. Mindestens 65% Wärmeabfall, nur für ein wenig Heizung im Auto? Zweifel kommen auf.

Das bedeutet, ein Verbrennungsmotor erzeugt sehr viel völlig unnötige, nicht nutzbare Wärme. Dabei erfordert der Verbrennungsmotor sogar noch eine gewaltige regelmässige Portion Wartung, und damit jede Menge Kosten – vom Spritkostenaufwand mal ganz abgesehen. E-Motoren haben rund 90 % Wirkungsgrad. Ein wirklich guter Wert, da kann man einfach nicht meckern!

Renomierte Firmen wie VW, BMW, Mercedes, die allesamt hohe Gewinne einfahren, und somit genug eigenes Geld haben, fordern vom Staat Millionenbeträge, um „neue Technik“, also neue Akkus für Fahrzeuge zu entwickeln. Und sie bekommen die Gelder oft auch. Doch was diese Firmen bisher zu Tage gebracht haben, kann noch nicht so recht überzeugen.

Letztlich ist der Verbrennungsmotor ein Auslaufmodell. Doch viele Autohersteller wollen nichts davon wissen. Es müssen die Fragen erlaubt sein: hat die deutsche Automobilindustrie, Stand 2014, den Anschluss verloren? Welche Zukunft hat ein PKW mit Verbrennungsmotor? Und welche Zukunft hat ein PKW mit Elektromotor? Also diese beiden Fragen sollte man nun doch leicht beantworten können.

Elon Musk, innovativer Kopf von Tesla Motors Inc., 2015 auf dem Tesla Motors Annual Meeting. Urheber Bild: Steve Jurvetson, Flickr.

Inhaber eines innovativen E Auto Hersteller.

Gleichzeitig werden wir Bürger angehalten, uns endlich ein umweltfreundliches Auto zu kaufen. So geschehen zuletzt bei der „großen Abwrackprämie“ von 2009, die nur einen Sinn hatte: die Automobilindustrie, welche zu den größten Industrien, wenn nicht gar die Größte überhaupt gehört, wieder auf die Beine zu helfen. Doch was bewirkte umwelttechnisch die Abwrackprämie? Nun, es wurde letztlich nur alter Schrott gegen neuen Schrott eingetauscht. So kann das doch – eigentlich – nicht funktionieren. Oder? Viele alte Fahrzeuge – die verschrottet wurden – waren im übrigen gar nicht so umweltschädlich, wie immer gesagt wurde. Und viele neue – frisch verkaufte – waren auch nicht besonders umweltfreundlich. Man kann so ein Vorgehen einfach nicht verstehen. Es ist einfach zu kurz gedacht.

Wo genau kann man eigentlich heute (Stand 2014) ein umweltfreundliches Auto kaufen? Viel Auswahl gibt es freilich nicht. Denn alles was mit Benzin, Diesel oder Gas angetrieben wird, kann sicher nicht als umweltfreundliches Fahrzeug bezeichnet werden. Hybridfahrzeuge sind durchaus ein guter Ansatz – aber letztlich lediglich ca. 30% sparsamer, als leistungsgleiche Verbrennerfahrzeuge. Wir brauchen Fahrzeuge, welche 100% sparsamer sind! Und diese müssen auch günstig(er) sein als Verbrennerfahrzeuge. Das wird auch bald schon soweit sein. Hoffe ich…

Es muss dennoch vermutet werden, dass es – von wem oder was auch immer – ein starkes Interesse daran gibt, das wir Bürger alte Technik kaufen sollen. Denn diese alte Technik hat Ihre Entwicklungskosten lange eingespielt. Und diese alte Technik verursacht Folgekosten in Form von Wartung. Dies wieder bringt neues Geld in die Industriekassen, und damit letztlich in die Staatskassen. Wem ist also damit gedient, wenn wir nur noch mit Elektrofahrzeugen fahren? Keine Zündkerzen. Kein Auspuff. Kein Öl. Keine Einspritzpumpen, Kein Benzin, kein Diesel wird verkauft. Und keine/kaum Wartung. Viele Firmen, die genau und teilw. ausschl. diese Teile produzieren, würden pleite gehen. Teilweise stecken sehr viele Mitarbeiter dahinter….

In wie weit wäre die heutige Welt besser, wenn seit 1900 die Elektroautos immer mehr zugelegt hätten? Eine interessante Frage, wie ich finde.

Tesla Model S Facelift an einem Supercharger. Bildurheber: Wikipedia, Unimog404

Ein richtig innovatives Auto. Das Modell S von Tesla. Es ist schnell (wenn es sein muss), sportlich und ausdauernd. Und mit E Motor! Finde ich richtig gut. Daumen hoch!

Doch es gibt auch – meist sehr kleine – Firmen, die den großen Firmen der Autoindustrie mal so richtig zeigen, wo der Hase lang laufen (fahren) könnte. Tesla Motors, ein US amerikanisches Unternehmen in Kalifornien baut z.B. elektrische Sportwagen, die sich auch vor Porsche und Co nicht verstecken müssen. Gleichzeitig wird eine sehr hohe Reichweite geboten, wenn man „normal“ fährt. Es geht doch.

Auch der kroatische Sportwagenhersteller Rimac fällt pos. auf. Unternehmensgründer Mate Rimac baut Elektrosportwagen als Einzelstücke. Die haben sogar dermaßen hohe Beschleunigungen und Endgeschwindigkeiten zu bieten, das viele andere Sportwagenhersteller mit Verbrennungsmotor hochrot werden. Dabei werden keine Komponenten zugekauft, sondern alles selber produziert, sogar die dafür notwendigen Werkzeuge. Daraus ergibt sich eine hohe Flexibilität, eine hohe Unabhängigkeit, aber auch die Tatsache, mit rel. wenig Geld sehr viel entwickeln zu können. Tatsächlich ist das Ergebnis, der Elektrosportwagen vom Typ „Concept One“ mehr als überzeugend. Mal ehrlich: wer wollte nicht gerne so ein modernes, innovatives Fahrzeug sein Eigen nennen?

Zu erwähnen ist noch, dass es in Deutschland mittlerweile mehrere Firmen gibt, welche jeden herkömmlichen Verbrenner PKW offiziell mit TÜV Abnahme zu einem Elektroantrieb verhelfen. Gut zu wissen ist auch, das der Gebrauchtwagenhändler Stüber in Obrigheim immer einige alte aber noch gut erhaltene Elektroautos im Lager hat. Da kann man doch nicht meckern 🙂 Im Gegenteil. Das erfreut!

Eines noch: Wer war Nikola Tesla eigentlich? Über ihn hatten wir (hier) noch nicht geschrieben. Er war ein Erfinder, Physiker und Elektroingenieur, und hat viele Dinge erfunden, z.B. auch den Elektromotor. Damit ist er praktisch der Urvater der heutigen Elektromaschinentechnik, also letztlich der heutigen Elektromotoren. Viele – z.T. auch abenteuerliche – Visionen hatte er. Oft wurde er nicht ernst genommen, wie so oft bei Visionären. Nikola Tesla wurde 1856 in Kroation geboren. Nachdem er lange Zeit in Geldnot war, und auch Studiengebühren nicht bezahlte, wurde er der Universität verwiesen, so jedenfalls die Auskunft von Wikipedia. 1884 zog er mit sehr bescheidenen Finanzmitteln nach New York, und arbeitete schon nach wenigen Tagen in der Firma von Thomas Alva Edison, welcher u.a. die Telegrafie erfand. Nikola Tesla verstarb 1943 in New York.

So Leute, jeder Beitrag hat mal ein Ende. Vielen Dank für das Lesen.

Freundliche Grüße, Jürgen Blumenkamp

Der Stromkrieg von 1890 (zwischen Westinghouse und Edison)

Schon vor 2000 Jahren wurde die Wirkung von statischer Aufladung und Entladung – also die ersten elektrischen Effekte – beobachtet. Diese konnten seinerzeit freilich noch nicht erklärt werden. Ungefähr um 1865 entdeckte dann Werner von Siemens (Ernst Werner Siemens) das Dynamoprinzip, welches besagt das alleine durch den Restmagnetismus eine Erregerspannung erzeugt werden kann, die sich immer weiter verstärkt, bis der Kern gesättigt ist, und der Stromgenerator maximale Leistung liefert – das alles ohne von außen einen Erregerstrom hinzuleiten zu müssen. Werner von Siemens gründete daraufhin seinerzeit die heutige Siemens AG, welche damals Telegrafen baute. Um 1880 entwickelten sich Generatoren deutlich weiter, und versorgten Glühlampen und Lichtbogenlampen, teilweise auch einzelne Haushalte mit elektrischen Strom. Um 1900 wurden diese Generatoren mit Dampfmaschinen angetrieben.

George Westinghouse (* 6. Oktober 1846 in Central Bridge, New York; † 12. März 1914 in New York) war ein US-amerikanischer Erfinder, Ingenieur und Großindustrieller.	Thomas Alva Edison (* 11. Februar 1847 in Milan, Ohio; † 18. Oktober 1931 in West Orange, New Jersey)	Nikola Tesla (serbisch-kyrillisch Никола Тесла; * 10. Juli 1856 in Smiljan, Kroatische Militärgrenze, Kaisertum Österreich; † 7. Januar 1943 in New York, USA)

Tabelle der „Stromriesen“ um 1900

Der Stromkrieg von 1890. Vorteil Westinghouse, weil Wechselstrom

Dann kam die Zeit des „Stromkriegs“, welcher um 1890 zwischen Edison und Westinghouse geführt wurde. Edison hatte sich seinerzeit für die Gleichspannung eingesetzt, die jedoch nicht transformiert werden konnte, und damit nicht gut transportiert werden konnte. Westinghouse bevorzugte seine Wechselspannung, die man problemlos mittels Transformatoren herauf und herab setzen konnte, und damit optimal auch über große Entfernungen übertragen konnte. Damals war das ein echter Vorteil, und so konnte sich Westinghouse durchsetzen.

Zur gleichen Zeit hat sich übrigens auch Nikola Tesla aufgrund einer Empfehlung an Edison gewandt. Dieser stellt ihn ein. Edisson will jedoch Geld verdienen, mit seinem Gleichstromsystem. Tesla ist eigentlich für Wechselstrom, und kommt mit seinem Chef Edison nicht zurecht, und kündigt die Zusammenarbeit nach 6 Monaten. Danach kamen schlechte Zeiten auf Tesla zu. In Folge arbeitet Tesla mit Westinghaus zusammen, der wie erwähnt für Wechselstrom ist. Aber auch diese Zusammenarbeit fruchtet nicht auf Dauer, da Tesla in letzter Konsequenz kostenlose Energie für alle Menschen bereit stellen will, was natürlich seinen Arbeitgebern auch nicht sonderlich gefällt.

Noch heute wird das Verfahren von 1890 angewandt

Noch heute wird dieses Verfahren angewandt, bei dem Wechselspannung mittels Trafos auf sehr hohe Spannungen (380.000 Volt) hochtransformiert wird, um es dann möglichst verlustfrei (hohe Spannung = geringer Strom = geringer Spannungsabfall = wenig Verluste) transportieren zu können. Bei der Wahl der Netzfrequenz von 50 Hz hat man sich auf einen Kompromiss aus verschiedenen technischen Randbedingungen eingeschossen. Die Entscheidung für 50 Hz erfolgte um die Jahrhundertwende zwischen dem 19. und 20. Jahrhundert. In Nordamerika verwendet man übrigens eine Netzfrequenz von 60 Hz, und die Bahngesellschaften arbeiten mit einer Netzfrequenz (Fahrstrom) von 16,7 Hz. In Flugzeugen wird eine Netzfrequenz von 440 Hz angewandt, weil man dann kleinere und damit leichtere Trafos verwenden kann. Das Brummen aus der bekannten 230V Haustromverteilung, was wir hören ist übrigens ein 100 Hz Brummton. Die Frequenz beträgt aber 50 Hz.

Die absolute Frequenz von 50,000 Hz ist im übrigen auch wichtig für die Stabilität des gesamten Netzes. Ansonsten bricht dieses zusammen, wenn die Frequenz zu hoch ansteigt (Überproduktion, zu wenig Stromabnahme) oder zu sehr abfällt (Unterproduktion, zu starke Belastung von Verbrauchern). Man spricht dann von einem Blackout (kein Strom mehr). Siehe dazu bitte auch gerne die beiden Links unten.

In Deutschland gibt es übrigens die 50Hertz Transmission GmbH mit Sitz in Berlin. Es handelt sich um einen deutschen Übertragungsnetzbetreiber. Das Unternehmen betreibt das Höchstspannungs-Stromnetz im Osten Deutschlands einschließlich Berlin sowie im Raum Hamburg mit einer Stromkreislänge von rund 10.500 km.

Brauchen wir heute noch Wechselstrom?

Eigentlich nicht. Alle modernen Geräte haben intern einen sog. ZK (DC/Gleichstrom Zwischenkreis). Die Netzspannung (230 V AC, aber auch 400 V AC Drehstrom) wird gleichgerichtet, und dann weiter verarbeitet. Diese Geräte benötigen also nicht wirklich Wechselspannung, sondern werden – in aller Regel – auch mit Gleichspannung funktionieren. Auch typische 1 phasige Wechselstromgeräte wie Motoren (Bohrmaschinen….) auch als Drehstromversion (3 phasig) werden (fast) immer über eine Elektronik betrieben, welche auch intern einen ZK hat. Jeder moderne FU (Frequenzumrichter) der vor noch so riesigen und kräftigen Industriemotoren (Asynchronmotoren) geschaltet ist, arbeitet so. Anders wäre es unmöglich, die riesigen Anlaufströme der Motoren in den Griff zu bekommen, und anders könnte man die Leistung der Motoren (die Drehzahl) auch nicht regeln.

Riesige Verluste aufgrund der alten Wechselspannungstechnik

Der damalige Vorteil, ist also eigentlich ein heutiger Nachteil. Denn Wechselspannung verursacht über große Distanzen in den 380 KV (Kilovolt) Hochspannungsleitungen extrem große Verluste. Die Leitung wirkt wie ein riesiger Elko / Kondensator. Und dieser muss immer wieder im Rhythmus der Netzfrequenz (50 Hz) umgepolt werden. Das kostet Kraft. So viel Kraft, wie ein ganzes Kraftwerk, z.B. ein Atomkraftwerk leistet, geht in etwa dabei verloren. Verrückt, nicht wahr? Das ist auch der Grund, warum heute schon darüber nachgedacht wird, über große Entfernungen nicht mehr Wechselstrom, sondern Gleichstrom zu übertragen – die Verluste sind dann geringer.

So, weiter möchte ich dieses Thema „Stromkrieg“ hier in den Grundlagen nicht ausführen :-). Aber ich danke Euch/Ihnen wie immer für´s lesen. Und ein paar Links habe ich noch für euch 🙂

Die Netzfrequenzinfoseite von Dipl. Ing. Jaschinsky.

Die Netzfrequenzmessungseite der Gobmaier GmbH.

Freundliche Grüße, Jürgen Blumenkamp