Der Elektromotor

Neben Verbrennungsmotoren eignen sich auch Elektromotoren für den Antrieb von Fahrzeugen. Anders als beispielsweise Lokomotiven, die den Strom direkt von einer Fahrleitung beziehen, müssen Elektroautos den Strom aber gespeichert in Akkus mitnehmen.

Die Züge der SBB – angetrieben durch Strom

Die Züge der SBB – angetrieben durch Strom. Bild: David Gubler/WikimediaCommons, CC-Lizenz

Ein Elektromotor funktioniert ganz anders als ein Verbrennungsmotor. Einfach formuliert, fliesst in einem Elektromotor Strom durch eine Spule und erzeugt so ein Magnetfeld. Dadurch beginnt ein beweglicher Kern in der Spule sich zu drehen. Aus elektrischer Energie wird mechanische. Die Rotation des beweglichen Kerns treibt schliesslich die Räder des Elektrofahrzeugs an und dieses fährt vorwärts (oder auch rückwärts).

Ein Elektromotor weist diverse Vorteile auf. So kann er fast die gesamte elektrische Energie in Bewegungsenergie umsetzen, hat also einen sehr hohen Wirkungsgrad. Zudem ist ein Elektromotor wartungsarm und langlebig. Im Weiteren kann er aus dem Stillstand heraus sofort die maximale Kraft abgeben, ist aber auch im Teillastbereich sehr effizient. Elektromotoren produzieren zwar lokal keine Abgase. Wie sauber ein Elektrofahrzeug wirklich ist, hängt jedoch stark davon ab, wie der von ihm verwendete Strom produziert wurde. Strom aus Windanlagen schneidet in der Umweltbilanz wesentlich besser ab als solcher aus Kohlekraftwerken.

Elektroautos benötigen – analog dem Treibstofftank eines Benzin- oder Dieselautos – Akkus als Speicher für den benötigten Strom. Diese waren sehr lange unbefriediegend. Erst neuere Batterietypen weisen eine so hohe Energiedichte auf, dass Reichweiten bis 400 Kilometer zurückgelegt werden können, bevor die Akkus wieder geladen werden müssen. Zudem dauerte das Laden der Batterien früher sehr lange. Einen gewichtigen Nachteil haben die neuen Batterietypen jedoch: Sie sind relativ teuer.

Strom von der Fahrleitung

An alten elektrischen Lokomotiven – kurz E-Loks – kann man erkennen, dass der Elektromotor bereits eine recht alte Erfindung ist. So setzt die Eisenbahn schon seit mehr als hundert Jahren auf Strom als Treibkraft. Die Bahntrassees sind üblicherweise mit Fahrleitungen ausgerüstet, von denen die Lokomotiven über einen Stromabnehmer den Strom direkt beziehen. Gewisse U-Bahnen beziehen den Strom aus Stromschienen am Boden.

In den Fahrleitungen herrscht eine hohe Spannung: In der Schweiz sind es 15’000 Volt (wie auch in Deutschland und Österreich). In Italien und Frankreich ist die Spannung anders. Lokomotiven, die beispielsweise sowohl in der Schweiz als auch in Italien fahren, müssen also speziell ausgerüstet sein. Normalerweise wird sonst an der Grenze die Lokomotive gewechselt.

Energierückgewinnung beim Bremsen

Bei elektrischen Antrieben kann Energie beim Bremsen zurückgewonnen werden. In der Fachsprache heisst dies Rekuperation. In einem normalen Auto wandeln Bremsklötze beim Bremsen die überschüssige Energie einfach in Wärme um. Damit geht dieser Teil der mechanischen Energie als Wärme "verloren". In E-Loks, aber auch Elektrofahrzeugen treibt die Bremsenergie dagegen einen Generator an, der Strom produziert. Dieser Generator ist die Umkehrung des Elektromotors. E-Loks geben den erzeugten Strom über die Fahrleitung wieder ins Netz zurück; Elektrofahrzeuge speisen ihn in den Akku.

Quelle: SATW/Technoscope

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