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Über dieses Buch

Die Automobile der Zukunft und ihre Antriebe werden von einer großen Vielfalt geprägt sein, die von geographischen, wirtschaftlichen, klimatischen und ökologischen Bedingungen, aber auch vom Kundenwunsch bestimmt werden. Ein Universalauto, einheitlich, elektrisch, digital und autonom hat nur eine begrenzte Daseinsberechtigung. Das Buch beschreibt, wie moderne Tablet-Träger bewegt werden wollen, aber auch wie ein Automobil zwischen Akzeptanz, Vorschriften, Sicherheit und Konnektivität entsteht. Funktionen und Strukturen, Gestaltung von Klimatisierung, Beleuchtung und Sound, moderne Karosserien, Materialien und modulare Fahrzeugbauarten werden leicht verständlich präsentiert. Dem brennenden Thema Alternative Antriebe wird die gebührende Aufmerksamkeit gewidmet: Die dargestellten Elektromotoren, Brennstoffzellen mit Wasserstoff, Batterien, Kolbenmotoren und Kompakt-Gasturbinen werden in zum Teil unerwarteten Antriebsszenarien gruppenweise verknüpft. Zukünftige, klimaneutrale Treibstoffe für Automobile der Zukunft werden aufgeführt und bewertet.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Entwicklungsbedingungen für zukünftige Automobile

Frontmatter

Kapitel 1. Das Automobil als Tabletokraten-Beweger

Zusammenfassung
Das Automobil der Zukunft wird ein individuelles Transportmittel mit Fahrgastzelle und mit drei bis vier Rädern sein, welches sich autonom, gar ferngesteuert, vollautomatisch, per App immer und überall abrufbar, mit einem bis vier oder mehr Smartphone- und Tabletträgern irgendwohin bei Wind und Wetter bewegen soll.
Cornel Stan

Kapitel 2. Die drei Revolutionen des Elektroautomobils

Zusammenfassung
Das Autonomobil der Zukunft, absolut selbstständig fahrend, ganz digitalisiert und mit maximaler Konnek-tivität wäre ohne elektrischen Antrieb nicht denkbar, so die weit verbreitete Meinung. Revolutioniert also das Elektroauto die moderne Kraftfahrzeugtechnik? Dazu gibt es eindeutig Klärungsbedarf.
Cornel Stan

Kapitel 3. Automobile Welt und ihre Umwelt

Zusammenfassung
Am 5. Dezember 1952 zog Nebel in London auf, was nicht ungewöhnlich war. London war bis 1925, über 100 Jahre, die Stadt mit den meisten Einwohnern der Welt. Sie heizten alle mit Kohle, und die Millionen von Schornsteinen über den klassischen Londoner Häusern sind bis heute sehr beeindruckend. Die Kohle beinhaltete viel Schwefel, es entstanden, neben dem Kohlendioxid, auch ganze Rauchgeschwader mit den giftigsten Zutaten: Ruß, unverbrannte Kohlepartikel, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid. Die warmen Gase stießen in den Himmel, aber unten, in Bodennähe, zog immer wieder eine kühle Meeresbrise hindurch.
Cornel Stan

Kapitel 4. Der kontaktfreudige Vierrad-Elektrotänzer

Zusammenfassung
Am 11. Juni 2009, gegen 19 Uhr, gab es in Großraum der Megametropole São Paulo, Brasilien, einen Streckennetz-Stau auf insgesamt 293 km Länge! Spielt es noch eine Rolle, ob die daran beteiligten Autos mit Elektroantrieben oder mit Verbrennungsmotoren fuhren? In China wurde vor kurzem auf einer Autobahn mit 10 Spuren je Fahrtrichtung, in beiden Richtungen ein Rekordstau von 260 Kilometern registriert. Nur mit Elektroautos wäre er auch nicht kürzer gewesen. In Mumbai stand jeder Autofahrer im Jahr 2019 nicht weniger als 209 Stunden im Stau, in Manila waren es gar 257 Stunden, in Moskau und Istanbul 225, in Bogota 230 Stunden. Das ergibt pro Fahrt zeitliche Verzögerungen von durchschnittlich 120%, insbesondere, in all diesen Metropolen der Welt, freitags zwischen 18 und 19 Uhr.
Cornel Stan

Kapitel 5. Was soll mein Auto alles können, außer elektrisch, digital und autonom?

Zusammenfassung
Elektrischer Antrieb, autonomes Fahren, Digitalisierung aller Funktionen, Konnektivität: die Automobile werden am Beginn des dritten Jahrtausends mehr und mehr zu elektrisch-elektronischen Geräten auf Rädern.
Cornel Stan

Funktionen und Strukturen zukünftiger Automobile

Frontmatter

Kapitel 6. Elektrik, Elektromagnetik und Elektronik im Zukunftsauto

Zusammenfassung
Das zukunftsgerecht durchdigitalisierte Automobil muss, so die Visionäre, elektrisch und autonom fahren. Ein Automobil mit Wahrnehmung der Menschen in seinem Inneren, des Bodens darunter und der übrigen Welt draußen hat aber zuerst seine Grundfunktionen ausfühlen: Die aktive und die passive Sicherheit in allen Situationen absichern, Drehmoment an zwei oder an vier Rädern nach einem realitätsgerechten Profil liefern, den Energieverbrauch während der Fahrt optimieren, die Konnektivität mit der vielfältigen Umgebung herstellen, Klimatisierung im Winter und im Sommer schaffen, Federung, Schwingungsdämpfung, Lenkung, Bremsung realisieren und kontrollieren.
Cornel Stan

Kapitel 7. Licht und Lichter: Lumen, Laser, LED

Zusammenfassung
Die Sonne schenkt uns Wärme zum Leben und Licht zum Sehen. Das sind die menschenfreundlichen Fraktionen der von ihr ausgestrahlten elektromagnetischen Wellen, die sonst unendliche Intensitäten und Wellenlängen haben. Das, was wir als Licht wahrnehmen, sind Sonnenstrahlen im Wellenlängenbereich von 0,35 bis 0,75 tausendstel Millimeter, wie im Kap. 6.​2 erläutert, die unsere Sehnerven zum Schwingen bringen. Diese Sehnerv-Akkorde gelangen ins Gehirn und lösen dort mehr oder weniger bunte Vorstellungen aus.
Cornel Stan

Kapitel 8. Das Automobil als Treff elektromagnetischer Wellen mit Schallwellen

Zusammenfassung
Auf dem Weg von Sorrent nach Positano, an der Amalfi Küste, kreuzen sich direkt in dem roten Cabrio, obwohl dieses sich bewegt, alle Arten von Wellen, die des Fahrers Sinne spüren können und sein Verstand zu ahnen vermag: Die goldenen Sonnenstrahlen durchfluten seine Augen als elektromagnetische Wellen, die mit 500 Millionen Megahertz hineinschwingen. Das GPS sucht auf 1500 Megahertz, ebenfalls elektromagnetisch, Neapel, wo der Cabriofahrer gestern war. Sein Smartphone meldet sich über 5 G auf 3600 Megahertz, aber das interessiert ihn genauso wenig wie heute der Weg nach Neapel. Faszinierend sind aber auf der rechten Seite andere Wellen: die des blauen Tyrrhenischen Meeres, die von der Insel Capri zu kommen scheinen, aber auf einer ganz anderen, auf einer so sanften und blauen Frequenz.
Cornel Stan

Kapitel 9. Ein Auto für alle Sinne

Zusammenfassung
Viel Sound oder wenig Dezibel von einem Auto in die Umgebung senden, das ist eine komplexe Entwicklungsaufgabe, die meistens interdisziplinäre Teams von Ingenieuren, Physikern und Musikern meistern, wie im Kapitel 8.​2 gezeigt.
Cornel Stan

Kapitel 10. Das Auto als Doktor und als Polizist

Zusammenfassung
Die Automobile der Zukunft werden so konzipiert, dass der Fahrer, soweit es noch einen geben wird, und die übrigen Insassen, sich gänzlich ihren Sinnen hingeben könnten: Sehen, Hören, Riechen, Schmecken (nicht das Lenkrad, sondern die Getränke in den Cupholders), Tasten (jetzt auch das Lenkrad). In Erweiterung der Dienste für die klassischen fünf Sinne wird in einem solchen Hightech Auto auch für den „6. Sinn“ gesorgt: das heißt, etwas im Auto zu bemerken, ohne es bewusst mit den fünf vorher genannten Sinnesorganen wahrgenommen zu haben. Das kulminiert schließlich in dem elektronisch unterstützten Schmeicheln des „7.Sinnes“, der Intuition.
Cornel Stan

Kapitel 11. Die Karosserie als Integrator aller Elemente – schön, leicht, geräumig, resilient

Zusammenfassung
Ein Automobil ist zuallererst Design.
Cornel Stan

Alternative Antriebe und Energiequellen für Automobile

Frontmatter

Kapitel 12. Modulare und variable Konfiguration des Antriebssystems, von der Energieform bis zur Motorart

Zusammenfassung
Alle Wege führen nach Rom und alle Kräfte führen zum Rad (Bild 12.1).
Cornel Stan

Kapitel 13. Automobile mit Elektroantrieb und Batterien

Zusammenfassung
Elektromotoren haben als Antriebe für Automobile Vorzüge, die in den vorherigen Kapiteln an verschiedenen Stellen erwähnt wurden. Drei davon sind bemerkenswert.
Cornel Stan

Kapitel 14. Automobile mit Elektroantrieb und Brennstoffzellen

Zusammenfassung
Die Speicherung von Elektroenergie an Bord eines Automobils mittels Batterien hat Grenzen, wie im Kapitel 13.2 gezeigt. Selbst die modernste Lithium-Ionen-Batterie kann, bei gleichem Gewicht, nur ein Hundertstel der Energie eines Kraftstoffes wie Benzin oder Diesel speichern. Demzufolge sind die Batterien für den Elektroantrieb in Automobilen verhältnismäßig schwer, groß und teuer.
Cornel Stan

Kapitel 15. Automobile mit Elektroantrieb und Stromgenerator an Bord

Zusammenfassung
Die Vielfalt der Fahrgebiete, der Fahrprofile und der Fahrdistanzen auf der Erde ist so groß wie die Vielfalt der Automobile selbst. Eine Australien-Süd-Nord-Durchquerung, über 3000 Kilometer, von Adelaide über Alice Springs bis Darwin, in einem 490 Kilogramm leichten Renault Twizy, mit seinem 8 Kilowatt Elektromotor und der 6 Kilowattstunden-Batterie, wäre eine Übung für Überlebenskünstler. Der Twizy passt besser ins Zentrum von Rom oder von Paris. Auf der anderen Seite, auf dem Champs Elysées, in Paris, die Fußgänger vom Lenkrad eines 2,7 Tonnen schweren Dodge-Ram-Pickup, mit 8-Zylinder-Benzinermotor, zu grüßen, ist geschmacklos und umweltschädigend zugleich.
Cornel Stan

Kapitel 16. Automobile mit Antrieb durch Verbrennungsmotor und Elektromotor(en)

Zusammenfassung
Die Motoren mit innerer Verbrennung, ob nach dem Otto- oder nach dem Dieselverfahren, waren am Anfang ihrer Entwicklung auch als „Explosionsmotoren“ bekannt. Wenn ein Gemisch von Kraftstoff mit Luft in dem Brennraum eines solchen Kolbenmotors von einer Zündquelle (Ottoverfahren), oder durch die Temperatur der höher komprimierten Luft (Dieselverfahren) entflammt und verbrennt, so entsteht ein heißes Gasgemisch, welches regelrecht explodieren will. Die Temperatur des Gasgemisches steigt dabei bis etwa 2000°C, was in dem gegebenen Brennraumvolumen zu einer raschen Druckerhöhung führt.
Cornel Stan

Kapitel 17. Klimaneutrale Energie für Elektromotoren und für Verbrennungsmotoren

Zusammenfassung
Die Verkettung klimaneutrale Elektroenergie – Batterie an Bord - Antriebselektromotor, wie im Kap. 12.​2 dargestellt, wäre eine unschlagbare Konfiguration für die Automobile der Zukunft. Die Elektromotoren haben als Automobilantriebe vielerlei Vorteile im Vergleich zu den Verbrennungsmotoren, wie im Kap. 13.​1 gezeigt. Batterien erbringen zwar erheblich weniger Energie pro Kilogramm im Vergleich zu Brennstoffzellen und insbesondere zu Range Extender mit flüssigen Kraftstoffen, wie in Kap. 14 und 15 erwähnt: Für moderate Antriebsleistung und Reichweite stellen sie jedoch immerhin eine gute Alternative dar.
Cornel Stan

Kapitel 18. Was treibt uns morgen an?

Zusammenfassung
Ist das Automobil der Zukunft ein universelles, ein-heitliches Elektroauto mit genormter Batterie? Ein Trabbi der Moderne mit Digital-Packet? Kaum.
Cornel Stan

Wer entwickelt unsere Automobile der Zukunft?

Frontmatter

Kapitel 19. Das Automobil von der Innovation bis zum Pflichtenheft

Zusammenfassung
Die Automobile der Zukunft und insbesondere ihre Antriebssysteme werden zwischen zahlreichen technischen Anforderungen, immer strengeren gesetzlichen Limitierungen und sehr vielfältigen und weitgehenden Akzeptanzkriterien der Kunden entwickelt.
Cornel Stan

Kapitel 20. Wer bestimmt, was daraus wird: Der Automobilkonzern, die Systemlieferanten, die Modullieferanten oder die Zulieferer?

Zusammenfassung
Die Automobile der Zukunft mutieren zunehmend zu Systemen, die reale und virtuelle Mobilität miteinander kombinieren. Für zahlreiche Anwendungen werden sie von Elektromotoren angetrieben, deren Energie entweder von Batterien, oder von Brennstoffzellen, oder eben von stationär arbeitenden Wärmekraftmaschinen an Bord geliefert wird. In vielen anderen Anwendungen wird der Antrieb durch Zuschaltung von Wärmekraftmaschinen und Elektromotoren auf Achsen oder Rädern realisiert.
Cornel Stan

Kapitel 21. Automacher sind auch nur Menschen: High Context versus Low Context Communication

Zusammenfassung
Selbst ein bahnbrechendes Automobil besteht aus Schrauben, Blechen, Leiterplatten, Modulen und Systemen und muss mehr sein und können, als die Summe all dieser Komponenten.
Cornel Stan

Backmatter

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