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Die Wahrheit über das 3-Liter-Auto

Immer wieder hört man Rufe nach sparsameren Autos, die Bezeichnung "3-Liter-Auto" (max 3 Liter Benzinverbrauch auf 100km) ging durch die Presse, sowohl in Ankündigungen und Forschungsprojekten, als auch in Klagen warum die Autohersteller immer noch keine solch sparsamen Autos bauen.

Die Antwort, die keiner hören will, ist: Weil sie kaum jemand kaufen würde. Und da Nachfrage das Angebot steuert, bleibt ein solches Fahrzeug ein Nischenprodukt. Und damit wenig attraktiv für die großen Hersteller, für die selbst Stückzahlen von 10.000 zu klein sind. Und je kleiner die Stückzahl, desto teurer wird ein Produkt in Herstellung, Vertrieb und Service.

Warum sollte niemand ein 3-Liter-Auto haben wollen??? Ganz einfach: Weil es im Vergleich zu den heute üblichen Fahrzeugen keinen Spaß macht zu fahren. Und warum nicht? Wegen den Gesetzen der Physik.

1 Liter Superbenzin enthält 8,6 kWh chemischer Energie. Andere Kraftstoffarten (Normalbenzin, Diesel) geringfügig weniger. Das heißt, bei der perfekten, verlustfreien Umwandlung des flüssigen Kraftstoffs in Bewegungsenergie, stünden einem 3-Liter-Auto im Schnitt 25,4 kWh zur Verfügung, um 100km weit zu fahren.

Nun sind Verbrennungsmotoren leider alles andere als perfekte, verlustfreie Umwandler. Auch nach rund 100 Jahren Entwicklung haben die heute üblichen Verbrennungsmotoren einen Wirkungsgrad (bezogen auf die erzeugte Bewegungsenergie) von maximal 35%. Somit stehen von unseren 25,4 kWh nur 35% = 8,9 kWh als Bewegungsenergie zur Verfügung, der Rest (16,5 kWh) wird in Wärme umgewandelt und ist für das Fahrzeug, abgesehen vom Heizen des Innenraums, nutzlos. Im Gegenteil, zum Abführen der Wärme muß ein erheblicher Aufwand (Kühlwasserkreislauf) betrieben werden.

Nun betrachten wir einmal, welches Fahrverhalten sich mit 9kW mechanischer Leistung realisieren läßt:

Höchstgeschwindigkeit in der Ebene

Ein durchschnittlicher Kleinwagen hat einen Luftwiderstands-Beiwert (cW) von 0,3 und eine Querschnittsfläche von 1,8m², ergibt als Berechnungsgrundlage 0,6m². Somit ergeben sich folgende (Brems-)Kräfte durch Luftwiderstand bei verschiedenen Geschwindigkeiten:

• 40 km/h: 43 N
• 60 km/h: 97 N
• 80 km/h: 172 N
• 100 km/h: 269 N
• 120 km/h: 387 N
• 140 km/h: 527 N
• 160 km/h: 688 N
• 180 km/h: 871 N
• 200 km/h: 1075 N

Bei einer üblichen 13" Felgengröße und 70mm Reifenhöhe (z.B. 135/70R13) ergibt sich ein Radius des Reifens von 23,5cm und ein Umfang von 148cm. Daraus läßt sich für jede Geschwindigkeit Drehzahl und Drehmoment berechnen, und somit die verfügbare Schubkraft zur Überwindung des Luftwiderstands.

Leistung (kW) = Drehmoment (Nm) x Drehzahl x 2*Pi Hinzu kommt noch der Rollwiderstand, der bei Geschwindigkeiten bis ca. 60km/h dominiert, über 60km/h ist der Luftwiderstand höher.

Daraus kann man folgende Rechnung aufstellen: (Werte habe ich aus einer früher erstellten Tabelle übernommen, basierend auf 750kg Fahrzeuggewicht)

• 40 km/h: 1,55 kW
• 60 km/h: 3,17 kW
• 80 km/h: 5,78 kW
• 100 km/h: 9,72 kW
• 120 km/h: 15,33 kW
• 140 km/h: 22,94 kW
• 160 km/h: 32,89 kW
• 180 km/h: 45,5 kW
• 200 km/h: 61,11 kW

Zur Plausibilitätsprüfung dient die Erkenntnis, daß z.B. ein 33kW Opel Corsa gerade so auf 160km/h kommt. In der Praxis aber eher um die 140-150km/h.

Wie schnell könnten wir also mit einem 3-Liter-Auto (8,9kW verfügbare Leistung) fahren? Richtig: maximal 100 km/h. Wie viele Deutsche kennen Sie, die solch ein Auto kaufen würden, wenn sie ein herkömmliches Auto (das 5-6 Liter verbraucht) *günstiger* bekommen? Die Wahrheit (die jedoch keiner ausspricht) ist: Man kann mit fast jedem Auto einen Verbrauch von 3 Litern erreichen. Man muß nur einen Backstein *unter* das Gaspedal legen, damit man das Pedal nur zu 30% betätigen kann. Warum also ein Fahrzeug kaufen das nicht mehr KANN? Eigentlich eine tolle Geschäftsidee: Werben mit "wir bauen Ihr Auto so um, daß es max 3 Liter verbraucht!" und dann einfach den Gaszug entsprechend einstellen. Ganz einfach.

Das einzige was man hier noch verbessern kann, ist: a) weniger Gewicht (senkt die Rollreibung und verbessert die Steigfähigkeit) und b) geringerer Luftwiderstand.

Zu a): Wieviele Autos kennen Sie, die weniger als 750kg incl. Fahrer wiegen? Richtig: Die kann man mit der Lupe suchen. Technisch wäre es zwar möglich, komplette Fahrzeuge unter 500kg zu bauen, aber wer will das bezahlen?

Zu b): Luftwiderstand senken heißt entweder die Frontfläche verkleinern (Fahrzeug wird niedriger und/oder schmäler) oder die Windschnittigkeit (cW-Wert) verbessern (Fahrzeug wird runder, spitzer, länger, flacher).

Ein gutes Beispiel, was dabei herauskommen muss, zeigt z.B. der LoReMo (Low Resistance Mobile). Die Bilder von der aufgeklappten Frontscheibe, damit man von vorne einsteigen kann, wurden schon gut versteckt - zuviel Kritik an der Bequemlichkeit. Ausserdem wurde - wie bei allen derartigen Entwicklungen - das ursprünglich angekündigte Erscheinungsdatum bereits um mehrere Jahre verschoben. Was man auf den Fotos mangels Vergleich kaum sieht: Das Fahrzeug reicht einem nur bis zum Bauch, ist nur wenig höher als 1m.

(noch in Arbeit)

Gewicht des Energiespeichers

40 Liter Benzin wiegen knapp 40kg und beinhalten ca. 120 kWh (in mechanische umsetzbare) Energie (unter Berücksichtigung des Verbrennungsmotor-Wirkungsgrads von 30%) (tatsächlicher Energiegehalt 400kWh).

Die Akkutechnik mit der nach heutigem Stand bester Energiedichte (Leistungsgewicht) ist Lithium-Ionen bzw. Lithium-Polymer. Hier wiegen 10kWh in der Praxis ca. 100kg (mit Verbindungskabeln, Überwachungselektronik und Gehäuse). Um auf die gleiche Energiemenge wie ein 40-Liter-Benzintank zu kommen, müßten also 1200kg Lithiumakkus im Fahrzeug verbaut werden. (Bei Verwendung von Blei-Säure oder Blei-Gel Akkus käme man auf über 3000kg!)