Der Hybridantrieb – Stromverbrauch und -erzeugung im Auto

Die ersten Dampfschiffe waren ebenfalls Hybridfahrzeuge. Sie hatten aus Sicherheitsgründen zunächst alle noch Segel an Bord und Masten. So sollte sichergestellt werden, dass die Schiffe nicht auf dem offenen Ozean liegen blieben, falls ihnen der Brennstoff ausgeht. Erst ab 1889 wurden Dampfschiffe gebaut, die über keine Segel mehr verfügten. Aktuell werden Containerschiffe konstruiert, die neben Dieselmotoren über Möglichkeiten verfügen, den Wind als Antriebskraft zu nutzen. So soll der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden. Doch derartige Schiffe sind momentan noch die Ausnahme, viele Ideen sind noch in der Erprobungsphase. In einigen Städten werden Busse eingesetzt, die in der Innenstadt über Stromleitungen mit Energie versorgt werden. In den Außenbereichen fahren sie so, wie herkömmliche Busse, mit Dieselmotoren. Diese Busse haben strenggenommen aber keinen Hybridantrieb, weil sie die elektrische Energie nicht mitführen, sondern von außen geliefert bekommen. Auch Autos, die mit Benzin und Gas angetrieben werden können, sind keine Hybridfahrzeuge. Sie nutzen zwar unterschiedliche Energieformen und führen beide auch mit, aber diese Autos haben nur einen Motor, der beide Kraftstoffe verbrennen kann. Diese Technik wird bivalenter Antrieb genannt. Hybridantriebe sind immer dann vorhanden, wenn zwei oder mehrere unterschiedliche Motoren in einem Fahrzeug für den Antrieb sorgen und diese Motoren verschiedene Energiearten nutzen. Allerdings sind auch Mischformen möglich, wenn zum Beispiel ein Verbrennungsmotor Strom erzeugt und damit eine Batterie auflädt. Diese Batterie kann dann den Strom für einen Elektromotor liefern und nur dieser Motor treibt dann das Fahrzeug an. Die Lichtmaschine wandelt als Generator Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Sie ist genauso aufgebaut wie ein Elektromotor. Wie bei einem Elektromotor kreist eine Spule, gewickelt aus Kupferdraht, um einen Dauermagneten. Dabei kreuzen die Drähte der Spule die Linien des Magnetfeldes und dadurch entsteht in den Drähten ein Stromfluss. Diese Wirkungsweise ist bei allen Generatoren gleich. Dabei wird Strom in die Kupferwicklung geleitet. Das entstehende magnetische Feld wirkt dem Feld des Dauermagneten entgegen und die Spule beginnt, sich um die Achse zu drehen. An dieser Achse könnte nun das Rad eines Autos angeschlossen werden, um es anzutreiben. Soll das Autofahren, wird Strom von der Batterie zum Motor geleitet. Taucht nun eine rote Ampel auf und das Auto soll anhalten, wird die Stromzufuhr abgeschaltet. Die Achse treibt nun die Spule an und aus dem Elektromotor wird ein Generator, der Strom erzeugt und dabei das Auto abbremst. Der Strom fließt zur Batterie und wird dort gespeichert, bis die Ampel wieder auf Grün wechselt und die Fahrt weitergeht. In konventionellen Autos mit Verbrennungsmotor wird ständig Strom erzeugt. Über einen Riemen wird ein Generator, also ein Stromerzeuger, angetrieben. Dieser Stromerzeuger wird auch Lichtmaschine genannt. Die Strommenge, die erzeugt wird, hängt davon ab, wieviel das Auto gerade benötigt. Im Winter, wenn es dunkel und kalt ist, benötigen Autos die meiste elektrische Energie. Oft sind dann ganz viele elektrische Geräte eingeschaltet: Lampen und Scheinwerfer, die elektrische Heckscheibenheizung, die elektrische Heizung für die Außenspiegel und vielleicht auch noch das Radio. Alle Geräte zusammen verbrauchen manchmal mehr als die Lichtmaschine erzeugen kann. Dann ist es gut, dass in Autos eine Batterie eingebaut ist. Sie liefert zusätzlich benötigten Strom, dabei wird sie langsam aber sicher immer leerer. Bei Kraftstoffmotoren wird Benzin oder Diesel mit Luft gemischt und zur Explosion gebracht. Dadurch werden die Zylinder des Motors bewegt. Es findet also eine Umwandlung von chemischer Energie in Bewegungsenergie statt. Bei Elektromotoren fließt Strom durch eine Spule, dadurch werden Dauermagneten in Bewegung gesetzt, die sich um eine Achse drehen. Hier wird also elektrische Energie direkt in Bewegungsenergie umgewandelt. Je leichter das Fahrzeug ist, desto weniger Energie benötigt man zur Bewegung. Das bemerkt Lena, wenn sie mit dem Fahrrad unterwegs ist. Auf dem Weg zum Supermarkt sind ihre Taschen und Körbe leer; es fällt ihr ganz leicht, ihr Fahrrad anzutreiben. Ganz anders auf dem Rückweg: Nach dem Großeinkauf sind Taschen und Körbe an ihrem Rad prall gefüllt. Besonders, wenn Lena anfährt, muss sie sich richtig anstrengen. Selbst, wenn sie es wollte, ein Liedchen zu pfeifen ist jetzt nicht mehr drin. Die ganze Kraft, die sie hat, geht über die Beinmuskulatur in die Beschleunigung des Fahrrades. Doch dann passiert etwas Erstaunliches: Lena hat die gewünschte Geschwindigkeit erreicht. Auf einmal ist das Strampeln nicht mehr schwerer als mit leeren Taschen und Körben, wie auf dem Hinweg. Nur, wenn sie beschleunigt, kostet es wieder viel Energie; egal, ob Beinmuskulatur oder Motor. Gerade, wenn ein Auto mit Batterien angetrieben wird, ist es wichtig, möglichst wenig Strom zu verbrauchen. Lena sucht deshalb ständig nach Möglichkeiten, Energie zu sparen. Normale Glühlampen benötigen viel Strom, doch der größte Teil wird in Wärme umgewandelt. Also verwendet Lena LED-Lampen. Sie erzeugen fast gar keine Wärme, das heißt, sie benötigen viel weniger Strom und leuchten trotzdem hell. Energie sparen lässt sich in einem Auto auch, wenn nicht benötigte Verbraucher sofort abgeschaltet werden. Die Heizungen für Heckscheibe und Außenspiegel sollen nicht länger laufen als unbedingt nötig. Auch eine aufwendige Musikanlage im Auto verbraucht besonders viel Energie. Lena hat deshalb gleich darauf verzichtet, ihr reicht ein normales Autoradio.