Ja, hallo, auch ich möchte euch herzlich begrüßen zur Kinder-Uni.
Und wie die Isabelle Zimmermann schon gesagt hat, möchte ich heute mit
euch mal besprechen, wo ich euch ein paar Sachen erklären, wie das
denn ist, warum wir zur Tankstelle überhaupt müssen und ob das in
Zukunft so bleiben muss.
Worüber werden wir heute sprechen?
Das habe ich jetzt mal in der Übersicht zusammengestellt.
Zunächst mal ganz klar, was für Antriebe von Autos es heute gibt.
Dann werden wir uns anschauen, wie verschiedene Motoren funktionieren.
Dann kennt ihr sicherlich, wenn ihr ins Auto von den Eltern schaut, da
gibt es einen Kupplungspedal, da gibt es einen Wählhebel, wo man im
Getriebe was schalten kann.
Elektroautos habt ihr sicherlich auch gehört.
Um mal festzustellen, was ist denn da eigentlich anders wie beim
normalen Auto?
Dann werden wir uns anschauen, was denn eigentlich ein Hybridantrieb
ist.
Und jetzt die Frage, wenn es so viele verschiedene Antriebe gibt,
welches ist denn eigentlich der beste davon?
Welcher ist eigentlich für mich das, was ich nutzen will oder wollte?
So ja, Antriebe, was für Antriebe gibt es denn?
Ich habe jetzt hier mal ein paar Schilder dabei, die kann ich jetzt
mal hier rumgeben lassen, da könnt ihr mal durchgeben.
Ich gebe hier nochmal eins durch und hier vielleicht auch eins.
So, da stehen jetzt verschiedene Namen drauf.
Aber was für Antriebe von Fahrzeugen kennt ihr denn?
Ihr habt ja, oder eure Eltern, ihr dürft ja leider noch nicht, haben
ja sicher ein Auto, die meisten zumindest.
Was haben die denn für einen Motor drin?
Weiß das jemand?
Brauche ich ein Mikrofon hier?
Ja, da drüben?
Ein Benzinmotor.
Okay, was gibt es denn noch?
Diesel.
Ein Dieselmotor, ja.
Da drüben haben wir vielleicht noch jemanden.
Ein Elektromotor.
Ein Elektromotor, ja.
Hat jemand noch eine andere Idee?
Solarantrieb.
Solarantrieb, ja, das geht dann wieder zum Elektromotor, ja.
Noch eine Idee?
Hier vorne vielleicht?
Super E10.
Super E10, das ist eine spezielle Sorte von Benzin, genau.
Einen vielleicht noch?
Super Plus.
Super Plus, ja, auch wieder eine Spezielle.
Ich habe das mal zusammengestellt.
Wir haben einmal die Verbrennungsmotoren.
Und das ist das, wo ich auch gesagt habe, naja, Benzin, Super, Super
Plus, dann gibt es das Super E10 und viele verschiedene andere Namen.
Es gibt noch Automotoren, die mit Gas fahren.
Das habt ihr sicherlich auch schon gehört oder gesehen an der
Tankstelle, dass es Gas gibt, Erdgas, Autogas und man kann Autos im
Automotor auch noch mit Wasserstoff fahren.
Die Tankstellen sind relativ selten, deswegen will ich da vielleicht
heute nicht so detailliert eingehen.
Dieselmotor, hat ihr gesagt, ja, natürlich, der braucht
Dieselkraftstoff, das ist die eine Sache.
Man kann ihn aber auch mit Pflanzenöl fahren, habt ihr vielleicht auch
schon mal gehört.
Manchmal sagt man auch, wenn man hinter so einem Auto herfährt, das
riecht dann wie in einer Frittenbude.
So, das ist die eine Sache, dann haben wir auch schon gesagt, es gibt
Elektromotoren.
Und diese Elektromotoren brauchen ja irgendwoher Strom.
Das hat hier ein Junge gesagt, ok, Solarzelle, eine kleine Solarzelle
liefert Strom.
Aber wir können den Strom auch bekommen aus einer Batterie.
Die kennt ihr alle von der Taschenlampe, vom Modellauto und so weiter.
Wir können es aus einer Brennstoffzelle bekommen, einem sogenannten
Range Extender, den erkläre ich später noch mal.
Und wir haben dann, wenn wir von den Elektromotoren und den
Verbrennungsmotoren sprechen, den sogenannten Hybridantrieb, das ist
eine Kombination.
Da oben gibt es eine Frage, können wir da vielleicht kurz mit dem
Mikro hin, bitte?
Warte, ich schaue mal, bis das Mikro da ist.
Kein Motor.
Wie bitte?
Kann ich noch einen Motor sagen?
Soll ich noch einen Motor sagen?
Ja, klar, sag.
Ein ganz normaler Motor.
Ganz normal.
Ich habe es jetzt nicht richtig verstanden, was du meinst.
Ein ganz normaler Motor, ja, das ist ein ganz normaler Motor, das ist
für die meisten der Otto-Motor.
Für manche ist es aber auch der Dieselmotor.
Das kommt jetzt drauf an, was für ein Auto ihr zu Hause habt.
Aber das schauen wir uns jetzt auch genauer an.
Nämlich als erstes mal die Frage, warum muss man denn überhaupt
tanken?
Beziehungsweise, was passiert denn mit dem Kraftstoff, der nicht ins
Auto reinfällt?
Also wir fahren an die Tankstelle und füllen hier in den Tankstutzen
das Benzin, das Diesel ein und es läuft dann im Tank.
Dann ist es da drin, aber das verbraucht sich ja.
Warum verbraucht sich es?
Ganz einfach, weil es über eine Pumpe zum Motor geleitet wird und die
Motor verbrannt wird.
Und wie es da verbrannt wird, das schauen wir uns jetzt an.
Was passiert mit dem Benzin und dem Diesel im Motor?
Da fangen wir jetzt an mit dem Benzin, das ist dann der sogenannte
Otto -Motor.
Hat jemand eine Idee, warum das der Otto-Motor heißt und nicht
Benzinmotor?
Da drüben vielleicht?
Weil der Erfinder vom Motor Otto heißt?
Genau, der Erfinder von diesem Motor war der Nikolaus August Otto und
der hat eben einen Motor erfunden, der genau nach diesem Prinzip
arbeitet.
So, jetzt wie funktioniert er?
Dazu müssen wir uns erstmal anschauen, wie heißen denn die Teile?
Ganz klar, wir haben angefangen mit dem Kraftstoff.
Wie kommt der Kraftstoff in den Motor?
Deswegen ganz wichtig hier, beziehungsweise hier die
Kraftstoffeinspritzung.
Das Ganze, wir wissen, das Auto braucht Luft dazu, da haben wir einen
Lufteinlass.
Das Ganze muss in den Motor rein über ein Einlassventil.
Es gibt ein Auslassventil.
Wie die funktionieren, sage ich euch später noch.
Jetzt gehen wir erstmal zu den Namen.
Wir haben eine Zündkerze, damit das Ganze auch brennt.
Wir haben den Auspuff, wo dann die verbrannten Abgase rauskommen.
Wir haben einen Zylinder, in dem sich der Kolben bewegt.
Der Kolben wird über einen Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden und
bewegt sich deswegen auf und ab.
Jetzt sieht, wie sieht so ein Motor in Realität aus?
Das war jetzt eine Skizze.
Hier ein Foto von einem Motor, was ich aber auch habe.
Das ist hier in klein, das könnt ihr euch dann nachher mal anschauen.
Einen Motor, den kann man dann auch schön drehen.
Da kann man dann auch schön sehen, wie sich der Kolben hoch und runter
bewegt, wie sich die Ventile bewegen und so weiter.
Zurück zu unserem Motor.
Der Otto-Motor arbeitet üblicherweise als Viertaktmotor und das
beginnt mit dem ersten Takt, wenn der Kolben ganz oben ist.
Der Takt heißt ansaugen, weil was passiert?
Der Anlasser dreht die Kurbelwelle.
Ihr kennt ja, wenn die Eltern das Auto starten, drehen sie den
Schlüssel rum, passiert erst mal nichts, dann drehen sie ein bisschen
weiter rum, dann läuft der Anlasser und kurzer Zeit später läuft der
Motor.
Was passiert dabei?
Wenn der Anlasser eben die Kurbelwelle dreht, dann bewegt sich
automatisch, weil er über das Ployl gekoppelt ist, der Kolben nach
unten.
Das kennt ihr, wenn ihr eine Spritze den Kolben rauszieht.
Was passiert?
Die Luft oder das Wasser, in dem sich die Spritze befindet, saugt eben
was ein.
In dem Fall die Luft, weil nämlich vorher dieses Einlassventil
geöffnet wird, sodass die Luft hier eingesaugt werden kann.
So, jetzt ist es natürlich so, die Luft allein brennt noch nicht.
Das heißt, ich brauche Kraftstoff.
Und dementsprechend wird hier oben über das Einspritzventil Kraftstoff
eingesprüht, der dann mit der Luft eingesaugt wird.
So, das Ganze ist natürlich so, während ich jetzt gesprochen habe, hat
sich der Kolben natürlich nach unten bewegt bis zu dem Moment, wo er
ganz unten ist.
Und dann beginnt der sogenannte Takt zwei.
Das ist das Verdichten.
So, was passiert da?
Jetzt dreht sich die Kurbelwelle weiter, der Anlasser dreht den Motor
ja noch und der Kolben bewegt sich wieder nach oben.
Dadurch wird die Luft, das kennt ihr von der Spritze, wenn ihr vorne
den Finger drauf habt und drückt die Spritze zu, dann wird da drin die
Luft zusammengedrückt.
Dementsprechend passiert es auch hier mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch
und zwar so lange, bis der Kolben ganz oben ist.
Jetzt habe ich die Luft und den Kraftstoff ganz fest zusammengedrückt
und im nächsten Schritt passiert Folgendes, nämlich der Takt Arbeiten.
Da gibt es an der Zündkerze einen Funken und jetzt habe ich da Luft
und brennbares Gas drin.
Und das fängt natürlich sofort an zu brennen.
Und wenn das eben brennt, dann wird es heiß.
Und wenn Luft, wenn ein Gas heiß ist, dehnt es sich aus.
Und deswegen drückt das diesen Kolben nach unten und damit wird die
Kurbelwelle jetzt nach unten gedreht.
Also jetzt tut das erste Mal der Kolben die Kurbelwelle antreiben.
Das heißt, der Anlasser, den brauche ich jetzt gar nicht mehr.
So, und das passiert jetzt weiter, bis der Kolben ganz unten ist.
Und dann beginnt nämlich der vierte Takt, weil jetzt müssen die ganzen
verbrannten Gase, die brauche ich ja nicht mehr, die müssen jetzt
irgendwie raus.
Und das mache ich, indem ich im nächsten Schritt dieses Auslassventil
öffne, sodass ich eben eine Verbindung zwischen Brennraum und Auspuff
habe, sodass, wenn der Kolben sich nach oben bewegt, diese Abgase nach
außen geschoben werden.
So, und das passiert eben, bis der Kolben ganz oben ist.
Wenn der Kolben ganz oben ist, dann fangen wir wieder bei eins an.
Dann machen wir das Einlassventil auf, saugen die Luft rein, spritzen
Kraftstoff ein, machen das Ventil zu, drücken den Kolben nach oben und
so weiter.
So, was passiert jetzt mit dem Abgas?
Das kam jetzt hier aus dem Auspuff raus.
Das geht aber nicht aus dem Motor raus, das kennt ihr alle am Auto,
meistens hinten, da, wo diese Abgase rauskommen, eine kleine Öffnung,
der Auspuff.
Und auf dem Weg dahin gehen die Abgase durch den Katalysator, das
heißt, die Schadstoffe, die durch das Verbrennen entstehen, die werden
dort herausgefiltert, die werden umgewandelt in nicht giftige Gase und
Bestandteile.
Und dann geht das Ganze in den sogenannten Schalldämpfer, einen
Auspufftopf sagt man auch oft.
Und da wird es einfach leiser gemacht.
Denn ansonsten wäre es ziemlich laut.
Ihr erinnert euch, ich habe ja gesagt, im Auto brennt das Abgas, über
eine Zündkerze wird das Ganze gezündet.
Das wird schlagartig auf und zu gemacht, das heißt, das rumpelt ganz
schön da drin.
Und dementsprechend ist das Ganze laut.
Ihr kennt es, und das merkt man auch gleich, wenn ein Auto
vorbeifährt, wo der Auspuff kaputt ist, dann ist es ziemlich laut und
brummelt vor sich hin.
Und genau damit sowas nicht passiert, damit wir nachts auch schlafen
können, wenn die Autos vorbeifahren, haben wir eben diesen
Schalldämpfer, der das Ganze leise macht.
So, wir hatten jetzt die ganze Zeit vom Automotor gesprochen.
Jetzt haben wir aber öfters auch schon gehört, und ein paar Kinder
haben das Schild ja auch irgendwo hier in der Hand, Diesel.
Dieselmotor ist ein bisschen anders aufgebaut.
Denn das Wichtigste ist erstmal, beim Dieselmotor gibt es keine
Zündkerze.
Wenn ich aber keine Zündkerze habe, wie soll dann das Ganze, wie soll
dann der Kraftstoff anfangen zu brennen?
Hat jemand eine Idee, wie der Kraftstoff anfängt zu brennen beim
Diesel, obwohl ich keine Zündkerze habe?
Vielleicht da drüben im Bereich jemand?
Durch Gas?
Nein.
Beim Diesel ist ja kein Gas drin, wir tanken ja nur Diesel und kein
Gas dazu.
Jemand noch eine Idee?
Da oben hat sich jemand gemeldet.
Wie soll irgendein Brennstoff vielleicht?
Nochmal bitte.
Vielleicht ist da irgendein Stoff, der brennt?
Der Kraftstoff fängt selbst an zu brennen.
Und zwar muss er dazu in den Motor reinkommen, aber nicht wie beim
Benziner oder beim Automotor, wird der Kraftstoff nicht beim Einsaugen
eingespritzt, sondern deswegen ist die Kraftstoffeinspritzung auch
nicht an der Stelle, sondern sitzt hier in der Mitte im Brennraum.
Und wenn der Motor das Gas, in dem Fall nur Luft, weil Kraftstoff
wurde noch nicht eingespritzt, das saugt nur Luft an, verdichtet die
Luft, die Luft wird deswegen auch sehr heiß.
Und wenn ich dann den Diesel über diese rot gezeichnete Einspritzdüse
in den Motorraum einspritze, ist es da schon so heiß, dass es sofort
anfängt zu brennen.
Deswegen wird der Diesel auch oft als Selbstzünder bezeichnet, weil er
von alleine anfängt zu brennen, wenn er in den Brennraum kommt.
Ansonsten funktioniert der Diesel ganz genauso wie der Automotor, hat
also auch vier Takte, die eben von Ansaugen, Verdichten, Verbrennen,
Ausschieben, Aussehen.
So, jetzt lassen wir das mal soweit mit dem Motor.
Wenn ihr ins Auto schaut von euren Eltern, dann seht ihr bei den
meisten, es gibt natürlich ein paar, die haben dieses eine Pedal
nicht, drei Pedale im Fußraum.
So, wofür sind denn die Pedale?
Für das Gas geben, für die Bremse und für die Kupplung.
Genau, also für das Gas geben ist das rechte Pedal, für die Bremse und
für die Kupplung.
Das war allerdings, jetzt hätte das vielleicht auch der Thomas
erzählen können, aber bei mir passt es besser rein, das war nicht
immer so.
Es gab früher Autos, also ganz, ganz früher, als die Autos ganz neu
waren, hat jeder Hersteller sich überlegt, naja, ich mach Gas hier
hin, Kupplung hier hin, Bremse hier hin.
Beim anderen Auto war es anders.
Das hat jetzt die Leute nicht wirklich gestört, weil, naja, man hat ja
nicht so viele verschiedene Autos gehabt.
Aber es gab eine Institution, die hatte viele Autos.
Das war das Militär.
Und es gab natürlich Probleme, wenn die Soldaten einmal mit dem
Fahrzeug von dem einen Hersteller gefahren sind, haben sie sich an die
Pedale gewöhnt und am nächsten Tag sind sie mit dem anderen Auto
gefahren.
Und jetzt war halt plötzlich Bremse und Gas woanders und die Kupplung
sowieso.
Das heißt, das war nicht praktikabel, es gab ein bisschen Schrott.
Deswegen hat man sich dann irgendwann darauf geeinigt, beziehungsweise
man hat eigentlich gesagt, so und ich will das jetzt so, nämlich der
oberste Chef sozusagen vom Militär, der General hat gesagt, und das
muss jetzt so sein, dass rechts das Gas ist, in der Mitte die Bremse
und links die Kupplung.
Aber die Frage war, wofür brauche ich denn die Kupplung?
Da streckt ganz fleißig schon die ganze Zeit jemand.
Mein Vater, dem sein Auto, das hat nur zwei Pedale.
Das hat nur zwei Pedale, ja, das ist dann ein Automatikauto und da
wird das, was wir jetzt besprechen, automatisch gemacht.
Manchmal über einen kleinen Elektromotor, über ein anderes Stellglied,
das braucht man nicht.
Ich erkläre euch aber heute nur das Schaltgetriebe, weil das A
momentan noch die meisten fahren.
Und weil man dann auch gut erklären kann, wie das automatisch
funktioniert.
So, jetzt wofür brauche ich das Ganze?
Schauen wir uns mal an, wo sitzt denn die Kupplung?
Die Kupplung sitzt zwischen Motor und Getriebe.
Das Getriebe schauen wir uns nachher nochmal genauer an.
Auf jeden Fall, der Motor ist ja das, was das Fahrzeug antreibt.
Das Getriebe ist dann praktisch die Verbindung zu den Rädern.
So, und warum ist das ein Problem?
Ja gut, was passiert denn nach dem Anlassen?
Wir haben den Schlüssel rumgedreht, der Motor läuft.
So, jetzt läuft der Motor aber.
Der hat eine gewisse Drehzahl, die liegt vielleicht bei 800
Umdrehungen pro Minute.
Also, wenn ihr ein Drehzahlmesser im Auto habt, dann ist es ziemlich
weit unten.
Das sind aber 13 Mal pro Sekunde.
13 Mal pro Sekunde dreht sich das Ganze.
Wenn ihr Gas gebt, sogar noch ein bisschen schneller.
Das Problem ist, wenn ihr jetzt losfahren wollt, steht euer Auto und
die Räder stehen.
Jetzt habt ihr dann plötzlich einmal die drehende Welle vom Motor und
auf der anderen Seite stehende Räder beim Rad.
Und das kriegt ihr ja nicht so einfach zusammen.
Weil wenn sich das eine dreht, müsst ihr das andere draufstecken.
Da braucht man was.
Und was braucht man?
Nämlich, muss man sich überlegen, braucht man einfach ein Teil, was
wir am Motor sich bewegen lassen, was dann trennbar ist, wo man die
Verbindung zwischen diesem Teil, was am Motor drehbar gelagert ist,
und dieser Mitnehmerscheibe, die dann mit den Rädern verbunden ist,
wenn wir das hätten.
Und das könnte zum Beispiel aussehen, das steht jetzt da drüben
natürlich auf der falschen Seite, wir haben hier ein Modell für
unseren Motor.
Und wenn ich den jetzt einschalte, also ich lasse jetzt den Anlasser
an, dann dreht sich das Ganze.
Und wir sehen, dass natürlich hier, wenn diese Scheibe sich dreht und
die zweite Scheibe angepresst wird, sich natürlich auch die Räder
drehen.
Das bedeutet, wenn ich jetzt den Verbrennungsmotor anmache, würde das
Auto sofort losfahren.
Das geht ja nicht, weil wir müssen erst gucken, ob wir rausfahren
können, ob da kein Fußgänger läuft und müssen dann auch langsam in den
Verkehr einfädeln.
Also, hat man sich überlegt, wie mache ich das?
Und jetzt muss ich einfach diese Verbindung, die ich gerade gezeigt
habe, diese Scheibe, diese zweite, das ist in diesem Fall diese hier,
die muss ich jetzt beweglich machen.
Ich muss sie also in Richtung der Welle verschieben können, sodass
Luft dazwischen ist.
So wie es in der Grafik war.
Und jetzt kann ich nämlich, ich lasse den Motor an, drücke auf meine
Kupplung, die Scheiben fahren auseinander und ihr seht, das Rad steht.
Jetzt kann ich einen Gang einlegen und dann ganz vorsichtig die
Kupplung wieder dran.
Und dann drehen sich die Räder wieder und das Auto kann losfahren.
So, so ungefähr funktioniert prinzipiell die Kupplung.
Das sieht im realen Auto natürlich ein bisschen anders aus, also als
Fischertechnik.
Und ich habe hier, das könnt ihr euch nachher vielleicht mal
anschauen, eine Kupplungsscheibe, so eine Mitnehmerscheibe, das
entspricht eben diesem Teil hier, was dann später zu den Rädern geht,
wo dann die ganze Kraft des Motors über diese Scheibe übertragen wird.
So, Kupplung haben wir jetzt besprochen.
Jetzt ist es ja so, ich hatte es gerade gesagt, wenn man die Kupplung
getreten hat, kann man einen Gang einlegen.
Gang einlegen mache ich mit diesem Schalthebel, das kennt ihr auch.
Die sehen bei den meisten Autos ein bisschen anders aus.
Prinzipiell ist es aber ein kleiner Stock, sage ich jetzt mal, oben
ein kleiner Knauf drauf, den ich in verschiedene Richtungen bewegen
kann und kann dann eben verschiedene Gänge einlegen.
Wie das ganze Getriebe aussieht, das haben wir im nächsten.
Das Getriebe ist nämlich zwischen Kupplung und Rädern und sieht
beispielhaft für ein frontangetriebenes Auto so aus.
Hier haben wir dann eben die Seite, wo der Motor dran geschraubt wird.
Da geht dann über diese Welle hier, geht die Drehzahl vom Motor ins
Getriebe rein und auf dieser Seite geht es dann später zu dem anderen
Rad an die Räder.
Und dazwischen sind ganz viele Zahnräder, die ich dann auch über einen
Schalthebel miteinander verbinden kann.
Die drehen sich dann, wenn das Auto fährt, je nach Gang
unterschiedlich schnell.
Und wie das funktioniert, das wollen wir uns jetzt mal anschauen.
Und beziehungsweise, die Frage haben wir ja noch gar nicht geklärt,
warum habe ich das Ganze?
Das Getriebe, also wir haben jetzt gesehen, den Motor lasse ich einmal
an.
Kupplung, die brauche ich, wenn ich anfahre.
Wann brauche ich denn die Kupplung noch?
Also, ich muss dann erstmal Gas geben, aber um das zu machen, muss ich
erstmal einen Gang einlegen.
Ich muss einen Gang einlegen, genau.
Also, und wenn ich jetzt einen Gang eingelegt habe, losgefahren bin,
was passiert dann?
Was macht deine Mutter oder dein Vater dann, nach einer gewissen Zeit,
wenn ihr schneller werdet?
Dann tritt er auf das Gaspedal.
Ja, dann wird das Auto schneller.
Genau, und da hat es dann auch so ein Drehzahlmesser, der misst, wie
oft der Kolben rauf und runter geht im Motor.
Und wenn dann die maximale Drehzahl erreicht ist, dann legt der Papa
den nächsten Gang ein.
Genau, also, prima.
Das heißt, das ist nämlich so eine Eigenschaft von den Motoren, was er
beschrieben hat.
Einmal natürlich, wenn ich den Motor anlasse, habe ich die
Leerlaufdrehzahl.
Langsamer dreht der Motor nicht mehr, weil sonst geht er aus.
Dann bleibt das Auto stehen.
Dann habe ich aber auch noch eine maximale Drehzahl vom Motor, weil
wenn er schneller dreht, geht er kaputt.
Das heißt, ich muss mich zwischen zwei Drehzahlen bewegen und kann
dementsprechend nur meine Geschwindigkeit einstellen.
Jetzt ist es natürlich so, man muss irgendwann mal langsam anfangen.
Man möchte zwischendurch aber auch mal schneller fahren.
Und um diese Bandbreite nutzen zu können, da braucht man einfach
verschiedene Gänge.
So wie er es gesagt hat, wenn ich die höhere Drehzahl habe, dann
schalte ich in den nächsten Gang.
Das ist nämlich eben der Grund, wofür es das Getriebe gibt, diese
verschiedenen Geschwindigkeiten einzustellen.
Wir haben es drüben im Getriebe schon gesehen, das ist jetzt ein Foto
in das Getriebe.
Da sind viele Zahnräder drin, diese Zahnräder sind unterschiedlich
groß.
Wir haben ganz große, wir haben mittelgroße, wir haben kleine, wir
haben hinten nochmal Zahnräder im Getriebe drin.
Und warum diese Zahnräder drin sind und warum das dann auch
funktioniert, das sehen wir im nächsten Bild.
Der Zahn im Getriebe besteht ja aus Zahnrädern.
Und wenn ich mir jetzt mal so ein Zahnrad anschaue, dann kann ich
natürlich erst mal folgendes machen, die Zähne zählen.
Das mache ich mit dem anderen auch.
Da hat es eine 20-Zähne und eine 30-Zähne.
Das ist jetzt einfach so ein Beispiel.
Was passiert, wenn ich jetzt eins dieser beiden Zahnräder drehe?
Ganz klar, ein Zahn nimmt natürlich den Zahn vom nächsten Zahnrad mit
und das andere Zahnrad dreht sich, also Zahn für Zahn weiter.
Und wenn ich jetzt aber bei dem einen nämlich 20 Zähne habe und jetzt
zum Beispiel um 10 Zähne das Ganze drehe, dann kann sich das andere
natürlich auch nur um 10 Zähne drehen.
Das eine hat dabei eine halbe Umdrehung gemacht, das andere Zahnrad
allerdings nur eine Drittelumdrehung.
Das heißt, wenn ich das hier einmal drehe, hat das nur 0,6 Umdrehungen
gemacht.
Beziehungsweise wenn ich das hier dreimal drehe, dreht sich das nur
zweimal.
Das kann ich natürlich auch anders machen, indem ich natürlich extrem
große Unterschiede habe in den Zahnrädern.
Nämlich einmal ein Zahnrad mit 10 Zähnen und eins mit 40 Zähnen.
So, und wenn ich jetzt das mit 10 Zähnen genau einmal rumdrehe, dann
dreht sich das andere nur ein Viertel.
Das heißt, wenn ich will, dass das große Zahnrad sich einmal dreht,
muss ich das kleine viermal drehen.
So, und um euch das noch einmal zu zeigen, wie das im Reangetriebe
ist, da hat es ja mehr Zahnräder, kann ich das Ganze natürlich auch
weitermachen, eben wieder mit mehreren Zahnrädern.
Mit 20 Zähnen hier, dann habe ich 30 und 20.
Und jetzt passiert folgendes, wenn ich natürlich das mit 20 nur eine
halbe Umdrehung drehe, dann dreht sich das mit 30 Zähnen nur um ein
Drittel.
So, und zwar, interessanterweise, das hatte ich vorhin vergessen, wenn
ich das im Gegenurzeigersinn drehe, dreht sich das andere natürlich in
die andere Drehrichtung als im Urzeigersinn.
So, und das dritte Rad dreht sich wieder im anderen Sinn wie das
zweite Rad und dementsprechend wieder im Gegenurzeigersinn und weil
ich die gleiche Zähnezahl habe, genauso schnell wie das erste.
Um euch das ein bisschen zu verdeutlichen, habe ich hier mal ein
Modell mitgebracht.
Und zwar haben wir hier einen Antrieb, jetzt über eine Kurbel, mit
dieser Kurbel kann ich das mittlere Zahnrad drehen.
Das mittlere Zahnrad hat 20 Zahnräder.
Ich habe hier ein Zahnrad mit 40 Zahnrädern und ich habe hier ein
kleines, das hat nur 10 Zahnräder.
So, wenn ich das jetzt drehe, dann drehen sich die unterschiedlich
schnell.
Das sieht jetzt vielleicht lustig aus, aber wir können auch mal
folgendes machen.
Wenn ich das mittlere Zahnrad jetzt mal vorsichtig drehe, also achtet
jetzt mal auf die Stäbe.
Wir haben hier vorne drei Stäbe, die stehen jetzt alle nach oben.
Und wenn ich das jetzt mal drehe, um eine Viertel Umdrehung, dann
sehen wir A, dass die sich natürlich andersherum drehen.
Und obwohl ich hier schon nur eine Viertel Umdrehung gedreht habe, hat
sich das schon um eine halbe gedreht.
Eben, weil die Zahnräder, hier 20 und 10, das heißt, das muss ich
doppelt so schnell drehen.
Das hat sich jetzt nur um eine Viertel Umdrehung gedreht, weil es hat
ja doppelt so viele Zähne.
Wenn ich das jetzt weiter drehe, habe ich jetzt hier genau die halbe,
hier schon eine ganze und hier eine Viertel.
Wenn ich das jetzt eben auf eine ganze Umdrehung weiter drehe, bleibt
das Verhältnis immer das gleiche.
Das heißt, hier hatte ich zwei Umdrehungen, hier eine halbe und hier
eine ganze.
Und im realen Auto kann ich einfach über verschiedene Kupplungen diese
Zahnräder, die dann vom Motor angetrieben werden, also angenommen,
diese Kurbel wäre jetzt der Motor, dann kann ich das so machen, wenn
ich auf der Autobahn fahre, dann tue ich das mit dieser Welle
verbinden, die sich ganz schnell dreht.
Und wenn ich den Berg hochfahren will und viel Kraft brauche und
langsam hochfahre, dann verbinde ich es mit diesem Zahnrad und kann
dann ganz langsam mit viel Kraft den Berg hochfahren.
So, jetzt ist es soweit zum Getriebe.
Jetzt gehen wir mal weg von den konventionellen Autos, wie sie wohl
die meisten noch haben, gehen zum Elektroauto.
Wir haben hier nochmal das alles, was wir hatten.
Wir hatten ja gesprochen über den Tank, die Kraftstoffpumpe, Motor,
Kupplung, Getriebe und die Abgasanlage.
Beim Elektroauto gibt es das alles erstmal gar nicht.
Ein Elektroauto hat natürlich einen Elektromotor und dieser
Elektromotor, der kann die Räder sogar direkt antreiben.
Den Elektromotor, das kennt ihr vielleicht von euren Spielsachen, den
kann ich ganz langsam loslaufen lassen und ich kann den zum Teil auch
sehr schnell laufen lassen.
Das heißt, ich brauche hier kein Getriebe mehr, was ein bisschen mehr
Platz im Auto gibt.
Aber ich brauche eine Stromquelle und eine Elektronik, die den Motor
mit diesem Strom versorgt.
Als wichtigstes Element haben wir natürlich den Elektromotor da drin,
in diesem System.
Und da gibt es prinzipiell zwei Arten von Motoren.
Gleichstrommotoren, das sind die Motoren, die ihr kennt von euren
Spielsachen, die mit Batterie laufen meistens.
Es gibt aber auch Strähstrommotoren, die sind dann oft in größeren
Maschinen drin.
So, das Prinzip eines Elektromotors sieht so aus, dass wenn ein Strom
durch ein Kabel fließt, ein Magnetfeld um dieses Kabel entsteht.
Sind das die Typenschilder noch?
Gut.
Und wenn dann ein Magnetfeld entsteht und dieses Kabel sich in einem
Magnetfeld befindet, zum Beispiel weil da ein Magnet in der Nähe ist,
dann bewegt sich das Kabel in diesem Magnetfeld, weil sich ja die Nord
- und Südpole jeweils abstoßen bzw.
anziehen.
Aber, was auch gilt, und das ist beim Elektroauto wichtig, wenn ich
dieses Kabel in diesem Magnetfeld bewege, dann kann ich auch Strom
erzeugen.
Das ist das Prinzip von einem Generator, wie ihr ihn zum Beispiel vom
Fahrraddynamo kennt.
So, jetzt zum Elektromotor, bleib mal hier.
Es ist so, wir haben einen großen Magneten, in dem sich ein Eisenkern
befindet, der um diese Achse drehbar ist.
Um diesen Eisenkern ist ein Kabel gewickelt, durch das Strom fließen
kann.
Und zwar passiert es so, dass der Strom hier über ein Kabel an ein
Metallstück, an eine Bürste geleitet wird.
Die Bürste überträgt es auf dieses Metallstück.
Von da geht es in das Kabel rein, geht hier durch, geht auf dieses
Metallstück, wird von der Bürste abgegriffen und geht zur Batterie
zurück.
Wichtig ist, dass zwischen diesen beiden Metallstücken, die die Spule
mit Strom versorgen, eine Isolierung ist.
So, das ist jetzt der Aufbau.
Wie funktioniert das Ganze?
Als erstes schließe ich Strom an.
Eine Batterie zum Beispiel oder eine andere Stromquelle.
Das heißt, hier habe ich einen Pluspol, der Strom fließt durch und es
entsteht ein Magnetfeld.
Das heißt in unserem Beispiel, es entsteht oben im grünen Bereich ein
Südpol und unten ein Nordpol.
Das bedeutet natürlich, das kennt ihr vielleicht von der Schule her,
von den Magneten, die gleichen Pole stoßen sich ab, die ungleichen
Pole ziehen sich an.
Und dementsprechend passiert folgendes, der Motor dreht sich, weil er
will ja der Nordpol zum Südpol, der Südpol zum Nordpol, bis er eben
genau in der Mitte ist.
So, wenn er in der Mitte ist, dann sind diese Kontakte auf der
Isolierung.
Jetzt fließt kein Strom mehr, das Ganze ist nicht mehr magnetisch.
Der Motor bleibt aber Gott sei Dank nicht stehen, weil der ist ja
schon in Bewegung und bewegt sich ein Stück weiter, nämlich bis zu dem
Moment, bis diese Pole wieder die Spule berühren.
Und was passiert als nächstes?
Ganz klar, auf der Plusseite entsteht ein Südpol, auf der Minusseite
ein Nordpol und der Motor dreht sich weiter, bis er eben sich
entsprechend wieder in der Mitte befindet, wo dann wieder das Feld
wechselt, sodass er sich immer und immer und immer wieder dreht, bis
ich ihn hier eben abschalte.
So, das war ein Gleichstrommotor.
So etwas Ähnliches gibt es auch mit einem Drehstrommotor.
Der ist ein bisschen komplizierter im Aufbau, da habe ich jetzt auch
keine Animation dazu.
Wichtig ist, dass wir hier nicht eine Spule haben, sondern insgesamt
drei Spulen.
In der Mitte ein magnetischer Rotor und der wird, je nachdem, welcher
der Spulen gerade Strom hat, in die entsprechende Richtung gestellt.
Und wenn ich diese Magnete immer in einer bestimmten Reihenfolge
umschalte, dann tut natürlich dieser Rotor sich immer dahin stellen,
wo er angezogen wird.
Und wenn ich das schneller mache, diese Magnete ein- und ausschalte,
dann dreht sich der Rotor auch immer schneller.
So, jetzt sind wir allerdings im Auto und haben da ein Problem.
Wir haben ja keine Steckdose drin.
Aber wir brauchen Strom.
Steckdose geht nicht, weil so lange das Kabel können wir ja nicht
mitnehmen.
Naja, so ganz stimmt das nicht, weil es gibt in manchen Städten
Oberleitungsbusse.
Ähnlich wie die Straßenbahn.
Die fahren ganz normal auf der Straße, diese Busse.
Und die holen sich den Strom eben über diese Stromabnehmer.
Hat allerdings den Nachteil, ich kann nur auf so einer Strecke fahren,
wo es auch diese Oberleitung gibt.
Also ist nur begrenzt machbar.
So, dann ganz klar, was fällt uns natürlich sofort ein?
Die Batterie.
So, die Batterie, da habe ich jetzt mal ein Beispiel mitgebracht.
Die kann zum Beispiel so aussehen wie hier.
Das ist jetzt eine Batterie für einen Elektroantrieb.
Da sind in dem Fahrzeug, wo die reinkört, sind 30 solcher Batterien im
Unterboden eingebaut.
Die sind dann alle miteinander über Kabel verbunden.
Für die Elektronik, die überwacht, dass die Batterie auch richtig
geladen ist.
Und der Strom wird über diese zwei Schrauben abgenommen.
Die werden also alle miteinander verschraubt.
Das Problem ist, das kennt ihr ja von eurer Taschenlampe.
Das ist eine Batterie, die hält nicht ewig.
Irgendwann ist die Batterie leer.
Und was macht man, wenn die Batterie leer ist?
Eine neue Batterie rein.
Oder wenn man Akkus hat, dann tut man sie laden.
Die nächste Geschichte ist, dass Batterien relativ schwer sind im
Vergleich zu anderen Energieträgern.
Und man deswegen nicht zu viele Batterien ins Auto einbauen kann.
Weil sonst ist das Auto so schwer, dass man so starke Motoren braucht,
die dann wieder mehr Energie brauchen.
Dann braucht man wieder mehr Batterien oder so.
Das heißt, man muss da einen Kompromiss finden.
Und das bedeutet, dass die meisten Autos heute so ungefähr 200
Kilometer auf einmal fahren können, bevor man sie wieder laden muss.
Ja, jetzt kennt ihr es vom Laden.
Wenn ihr von der Taschenlampe, vom MP3-Player, vom Modellauto oder wo
auch immer, wenn die Akkus leer sind, das Laden, das dauert einfach.
Tanken, Tankstelle, Tankdeckel auf, rein, Tankdeckel zu, bezahlen,
fertig.
Das sind keine fünf Minuten.
Während das Laden bei der Autobatterie oder auch bei den Batterien für
Modelle, das sind ja gleich mehrere Stunden.
So, jetzt wo kann man laden?
Ganz klar zu Hause.
Opa, Entschuldigung, das war die falsche.
Zu Hause, dann muss ich halt in der Garage oder in der Nähe vom Haus
einen Elektroanschluss haben.
Haben natürlich die Leute ein Problem, die auf der Straße parken, weil
sie in ihrem Miethaus wohnen oder auf einem größeren Parkplatz, wenn
es da keine Ladestation gibt.
So eine Ladestation könnte es da auf einen großen Parkplatz geben oder
beim Supermarkt, im Parkhaus oder, oder.
Das heißt, wenn man einkauft, kann man das Auto gleich auftanken.
So, es gibt noch die sogenannte Brennstoffzelle.
Das ist ein mobiles Kraftwerk.
Ich möchte jetzt nicht näher darauf eingehen.
Das ist ein bisschen komplizierterer Prozess.
Aber es ist so, dass diese Brennstoffzelle Wasserstoff und Sauerstoff
aus der Luft, die reagieren da miteinander und dabei entsteht Strom.
Und im Abgas, das ist ja eine Verbrennung, da gibt es aber trotzdem
nur Wasserdampf.
Das heißt, da tropft ein bisschen Wasser aus dem Auspuff und das
war's.
Dann gibt es noch den sogenannten Range Extender.
Das ist auch ein mobiles Kraftwerk.
Da wird der Strom eben im Auto erzeugt.
Das ist ein kleiner Verbrennungsmotor, der einen Generator antreibt
und der das Auto mit Strom versorgt.
Das heißt, die Batterie, die im Auto drin ist, die muss gar nicht so
groß sein.
Und dann gibt es, und das ist das Wichtigste bei Elektroautos, die
sogenannte Rekuperation.
Ich hatte es vorhin ja gesagt, ein Elektromotor kann ja auch als
Generator arbeiten.
Und das zum Beispiel beim Bremsen.
Da wird einfach der Motor als Generator geschaltet und dementsprechend
lädt er die Batterie wieder auf.
Kommen wir noch zum Hybridantrieb.
Was ist ein Hybridantrieb?
Irgendwo da drüben geht gerade, genau, da haben wir das Typenschild
vom Hybrid.
Hybrid bedeutet was Gebündeltes, was Gekreuztes, was Gemischtes.
In der Technik heißt es, es ist ein System, was aus verschiedenen
Technologien kombiniert ist.
Bei den Automobilen bezeichnet man als Hybrid üblicherweise die
Kombination aus einem Verbrennungsmotor und einem, manchmal auch
mehrere Elektromotoren in einem Fahrzeug.
So, Hybride gibt es in verschiedenen Ausführungen.
Das ist einmal der Parallelhybrid.
Da haben wir, wie vorhin auch schon gezeigt, einen Verbrennungsmotor
mit einer Kupplung.
Nur, dass zwischen Kupplung und Getriebe noch ein Elektromotor sitzt.
Und dann hat es den Vorteil, das sehen wir im Nächsten, dass wir, a,
das Ganze ist ähnlich wie das konventionelle Auto, ist in
Anführungszeichen nur der Elektromotor zusätzlich eingebaut.
Es ist allerdings ein Schaltgetriebe notwendig, weil ich ja das Ganze
noch mit einem Verbrennungsmotor betreibe.
Ich kann beide Motoren gleichzeitig laufen lassen.
Das heißt, ich kann mit dem Elektromotor fahren, mit dem
Verbrennungsmotor fahren.
Und wenn ich schneller fahren will, kann ich zum Beispiel den
Elektromotor noch einschalten, um schneller beschleunigen zu können
zum Beispiel.
Und ich brauche nur einen Elektromotor.
Es gibt da noch einen sogenannten seriellen Hybrid, der ist ganz
anders aufgebaut.
Da gibt es keine Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem
Getriebe.
Das heißt, der Verbrennungsmotor ist nur dazu da, um den Kraftstoff zu
verbrennen, um den Generator anzutreiben, der den Strom liefert, mit
dem der Elektromotor betrieben wird.
Und jetzt ist es so, je nachdem wie voll die Batterie ist, wie schnell
ich fahre, kann ich mit dem Generator den Motor direkt betreiben.
Ich kann den Strom aus der Batterie holen, wenn die Batterie voll ist.
Oder ich kann mit dem Motor die Batterie laden.
Das hat den Nachteil, dass ich zwei starke Elektromaschinen brauche,
nämlich einmal den Generator und den Elektromotor.
Allerdings kann, muss nicht, aber kann dieses Getriebe entfallen.
Und im Prinzip ist das Ganze hier, Verbrennungsmotor mit Generator,
nichts anderes wie ein Motor mit Generator, ein sogenannter Range
Extender.
Dann vor allen Dingen, wenn ich nur einen sehr kleinen Motor habe.
Der Motor würde nicht reichen, damit das Fahrzeug die ganze Zeit auf
höchster Geschwindigkeit fahren kann.
Aber es liefert immer genügend Strom, dass das Fahrzeug weiterkommt.
Jetzt ist natürlich die Frage, jetzt haben wir sehr viele Antriebe
besprochen.
Jetzt ist die Frage, was ist eigentlich das Beste von dem Ganzen.
Da müssen wir natürlich überlegen, was ist uns denn eigentlich wichtig
bei einem Fahrzeug.
Auf der einen Seite soll ein Fahrzeug ja wenig Energie verbrauchen.
Erstens ist es gut für die Umwelt, deswegen auch geringen oder keine
Emissionen.
Und dann schuld es natürlich dem Geldbeutel, weil Energie ist ja recht
teuer.
Das Problem ist, dieses beste Konzept kann ich gar nicht festlegen,
weil ich weiß ja nicht, wie derjenige, der mich das fragt, wie der mit
dem Auto fährt.
Es ist eben wichtig, wofür nutzt er das Auto.
Und da gibt es ja verschiedene Möglichkeiten.
Es gibt Leute, die fahren eigentlich nur in der Stadt.
Es gibt aber auch viele Leute, die fahren im Überlandverkehr oder mal
in der Stadt und im Überland.
Und dann gibt es natürlich auch viele Leute, die sehr viele lange
Strecken fahren.
Und je nachdem, was für Strecken die Leute fahren, muss ich mir
natürlich überlegen, was ist denn für mich das Beste.
Gehen wir mal zum Stadtverkehr.
Stadtverkehr, da fahre ich normalerweise immer kurze Strecken.
Ich fahre üblicherweise auch nicht so schnell, weil in der Stadt darf
ich ja nicht so schnell fahren.
Das Auto steht auch mal öfters, weil ich ja einkaufen gehe oder zur
Arbeit gehe, das Auto mal ins Parkhaus stelle.
Und in der Stadt habe ich auch den Vorteil, dass ich relativ viele
Ladestationen habe.
Das bedeutet, eigentlich brauche ich kein Auto, was eine große
Reichweite hat.
Dementsprechend wäre für so eine Anwendung ein Elektroauto oder ein
Hybridantrieb ausreichend.
Wie sieht es aus, wenn ich jetzt Überlandverkehr fahre?
Da habe ich zwar auch kurze Strecken, ich habe aber auch zum Teil
längere Strecken.
Die Geschwindigkeiten werden auch mal höher, wenn ich auf der
Landstraße fahre, kann ich ja auch 100 fahren.
Aber auf der Landstraße gibt es wenig Ladestationen.
Die gibt es ja nur in den Ortschaften.
Dementsprechend reicht mir ein Auto mit einer geringen Reichweite
nicht immer aus.
Das heißt, ein reines Elektroauto mit Batterie reicht mir eventuell
nicht.
Und ich brauche ein Fahrzeug, was mir während des Fahrens Strom
erzeugen kann, damit ich fahren kann.
Das wäre einmal der Range Extender, das wäre dieser Verbrennungsmotor
mit Generator oder die Brennstoffzelle.
Ich kann auch hier den Hybridantrieb für sowas gut einsetzen.
So, dann werden wir uns jetzt nochmal anschauen, was wir im
Langstreckenverkehr haben.
Da haben wir natürlich Langstrecken, sehr lange Strecken, ganz klar.
Wir haben hohe Geschwindigkeiten, weil man will ja diese langen
Strecken auch in sehr kurzer Zeit zurücklegen.
Aber wir haben auf der Autobahn wenig Ladestationen, das würde ja auch
keinen Sinn machen, weil dann wäre ja die Autobahn ein Parkplatz und
keine Fahrstraße.
Dementsprechend reicht mir ein Auto mit geringer Reichweite auf keinen
Fall aus, sonst komme ich ja nicht am Ziel an.
Das bedeutet, ich kann, wenn ich ein Elektroauto will, brauche ich auf
jeden Fall eins mit Range Extender oder dieser Brennstoffzelle.
Ich kann das Ganze natürlich mit dem Hybridantrieb machen, aber auf
langen Strecken kann ich den Hybridantrieb gar nicht so nutzen, je
nachdem welcher das es ist, weil ich, und das ist der Vorteil vom
Hybridantrieb, gar nicht so viel rekuperieren kann.
So, deswegen sind für solche Strecken eigentlich Fahrzeuge mit
Verbrennungsmotor immer noch am besten geeignet.
So, ja, das war es jetzt insgesamt.
Ich danke euch fürs Zuhören.