Der Maschinenbau prägt den Weg des Automobils!

VDMA Ost

Der technologische Wandel schreitet unaufhaltsam voran. Über die Entwicklung und die Chancen des Maschinenbaus sprach der VDMA Ost mit dem Experten Professor Cornel Stan.

Alternative Antriebsformen, E-Mobilität und autonomes Fahren: Der technologische Wandel schreitet unaufhalt­sam voran. Über die Entwicklung und die Chancen des Maschinenbaus sprach der VDMA Ost mit Professor Cornel Stan, dem Ehrenvorsitzenden des Forschungs- und Transferzentrum e. V. an der Westsächsischen Hochschule Zwickau.

Das Interview können Sie am Ende des Textes auch als pfd-Dokument herunterladen.


Herr Professor Stan, Sie sagen, Dieselmotoren werden eine Renaissance erleben. Warum?

Der thermische Wirkungsgrad der Dieselmotoren als der eigentliche Kehrwert des Kraftstoffverbrauchs beträgt in Pkw- und Lkw-Motoren 40 bis 47 Prozent. Damit übertrifft er den thermischen Wirkungsgrad aller anderen Wärmekraftmaschinen, auch den von Ottomotoren (30 bis 37 Prozent). Nur Gas- und Dampfturbinen mit Leistungen über 100 Megawatt können ähnliche Werte erreichen (40 bis 45 Prozent). Einzig und allein Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerke von 100 bis 500 Megawatt kommen auf höhere Wirkungsgrade (55 bis 60 Prozent). Damit bleibt der Diesel eine unverzichtbare Antriebsform für Fahrzeuge!

Aufgrund der Stickoxidemission wird den Dieselmotoren derzeit aber das Ende prophezeit. Hier stellt sich die Frage nach dem Warum! Einerseits sind in den USA die Grenzen der Stickoxidemission genau 7-mal geringer als die entsprechende EU-Norm! Andererseits sind in Deutschland in Büroräumen 40-mal höhere Konzentrationswerte als auf der Straße zulässig. Es gibt zudem keine fundierte wissenschaftliche Studie, die eine direkte Verbindung zwischen der Stickoxidkonzentration und der Erkrankung der Atemwege nachweist.

Ungeachtet dessen sollte und kann die Stickoxidemission erheblich verringert werden: durch eine Aufteilung der Einspritzmenge pro Zyklus in bis zu acht Portionen und vor allem durch eine kontrollierte Selbstzündung regenerativer Kraftstoffe wie Ethanol, Methanol und Dimethylether aus Pflanzenresten, Algen und Hausmüll. Außerdem lässt sich der Wirkungsgrad durch das Zusammenspiel mit Elektromotoren noch weiter erhöhen. Und: Vergessen wir nicht das unvergleichbare Drehmoment von niedrigen Drehzahlen!


Wann rechnen Sie mit einem maßgeblichen Wachstum des E-Mobilitätsmarktes?

Entsprechend aller fundierten internationalen Prognosen werden die Antriebssysteme mit Kraftstoffen auf Erdölbasis in den nächsten 20 bis 30 Jahren den Markt bei Weitem dominieren. Die Fahrzeuge mit Elektromotor und Batterie werden deutlich zulegen, jedoch relativ auf diese Gattung bezogen. Auch wird dieser Zuwachs nicht global zu verzeichnen sein, sondern spezifisch in großen Metropolen und in Ländern wie Norwegen oder China.


Weshalb wird Ihrer Meinung nach dem elektrobatteriegetriebenen Automobil nicht die Zukunft gehören?

Elektromotoren haben für den Antrieb von Fahrzeugen einen wesentlichen Vorteil gegenüber Otto- und Dieselmotoren: Sie entfalten von der ersten Umdrehung an das maximale Drehmoment. Das ist für die Beschleunigung aus dem Stand, insbesondere von schwereren Fahrzeugen, maßgebend. Auch emittieren sie im Fahrzeug selbst während des Betriebs keinerlei Substanzen. Hinterfragen wir aber, woher der Strom kommt! In China, Russland, Kanada und den USA zu nahezu 80 Prozent aus Kohle – in Italien zu über 50 Prozent aus Erdgas, in den meisten anderen Ländern der Erde ist es ähnlich. Die Bilanz zwischen der Stromerzeugung im Kohlekraftwerk und dem Radantrieb ist daher nicht unbedingt besser als im Falle der Fahrzeuge mit Kolbenmotoren. Norwegen kann indes gern die ganze Landesflotte auf Elektrofahrzeuge umrüsten. Dort kommt der Strom vom Wasser, er fällt quasi vom Berg.

Ein weiteres Problem der Elektroautos mit Batterie ist das Laden. Mit einer Ladeleistung von 43 kW dauert das Aufladen der Batterie eines Mittelklassewagens 90 Minuten. Ladesysteme mit 150 kW ermöglichen es sogar, die Ladezeit eines Tesla oder Audi auf etwa 30 Minuten zu reduzieren. Aber hierfür müssen die Leitungen in dem Ladesystem und vor allem im Auto selbst angemessen dimensioniert werden. Die Schwachstellen bleiben dabei die Kontakte, besonders bei Feuchtigkeit und Kälte.

Und die Stromversorgung selbst? Ich habe kürzlich von Ladesäulen mit sechs Zapfstellen gelesen. Wenn jedoch sechs Autos gleichzeitig geladen werden, bräuchte man neben der Ladesäule ein Kraftwerk. Nicht unterschätzen dürfen wir zudem das Heizen im Winter. Dafür werden 30 bis 50 Prozent der Batterieladung verbraucht. Vergessen wir auch nicht, dass eine Batterie mit einer Reichweite von 300 bis 400 Kilometern 700 Kilogramm schwer ist – während der volle Tank eines Diesel-SUV mit einer Reichweite von 1.000 Kilometern höchstens 100 Kilogramm wiegt und im Gegensatz zur Batterie während der Fahrt leichter wird.


Welche alternativen Energieträger sehen Sie für die mobile Zukunft?

Die alternativen Energieträger, ob für Verbrennung in Kolbenkraftmaschinen oder in Brennstoffzellen für die Stromerzeugung an Bord, werden eindeutig regenerativ sein. Das heißt auf der einen Seite nachwachsend in kurzen Zyklen, auf der anderen Seite mit Kohlendioxid-Recycling im natürlichen Kreislauf durch Photosynthese: Das sind Alkohole und Äther aus Zuckerrohr, Pflanzenresten, Algen, aus Resten der Papier- und Holzindustrie und, vielleicht das Beste, aus Plastikmüll mit Hilfe von Cyanobakterien!

Wasserstoff hingegen? Das klingt erstmal sauber, sieht aber nur auf den ersten Blick gut aus: Denn weltweit wird Wasserstoff hauptsächlich aus Erdgas, Schweröl, Benzin und Kohle hergestellt, mit der entsprechenden Kohlendioxidemission vor Ort. Nur 10 Prozent davon werden durch Elektrolyse produziert.


Wenn Sie alle Komponenten vom Antriebs- bis zum Assistenzsystem zusammenstellen könnten – wie sähe Ihr ideales Auto der Zukunft aus?

Mein ideales Auto für die Zukunft? Hat Antriebselektromotoren in jedem Rad integriert, wobei das Rad ein intelligenter Roboter mit allen Freiheitsgraden wird: Die Vorder- und die Hinterachse werden überflüssig, das Auto fährt seitlich, macht einen Schneepflug, hat Vierradantrieb – gegebenenfalls auch nur Vorder- oder Hinterradantrieb. Pirouetten sind ebenfalls möglich, was nicht nur das Einparken enorm erleichtert.

Und der Strom dafür kommt von einem Stromgenerator an Bord, angetrieben von einer stationär arbeitenden Wärmekraftmaschine – idealerweise einer sehr kleinen Gasturbine, die mit jedem regenerativen Kraftstoff arbeiten kann. Sie meinen, das ist Utopie? Von wegen: Jaguar hat mit Bravour demonstriert, wie wirkungsvoll so eine Stromversorgung an Bord funktionieren kann. Eine Batterie an Bord dient in diesem Fall nur als Energiepuffer und kann sehr kompakt sein.


Emissionen, Sicherheit, Antriebe und Konnektivität werden als Herausforderungen für die modernen Automobile genannt. Wie können sich Maschinenbauer einbringen?

Die Maschinenbauer nehmen beim Bau eines Automobils eine entscheidende Rolle ein! Das Auto ist nicht die Hülle um einen Elektro- oder Kolbenmotor herum. Das Auto braucht Fahrwerk, Fahreigenschaften, Dämpfung und Federung. Es benötigt ein Heizsystem und eine Klimaanlage. Das Auto braucht ebenfalls eine widerstandsfähige, aber leichte Karosserie mit besonderen Eigenschaften hinsichtlich der plastischen und elastischen Verformung. Die Karosserie wird neuerdings aus mehreren Werkstoffen geschweißt, geklebt, genietet, geschraubt, gefalzt.

Der Anteil des OEMs an der Fertigung eines Autos beträgt nicht mehr als 20 Prozent! Meist bezieht sich das auf die Montage und den Motor. Die Schrauben aber kommen von Zulieferern, die Türen von Modullieferanten, die kompletten Einspritzsysteme mit elektronischer Steuerung von Systemlieferanten. Zulieferer, Modullieferanten und Systemlieferanten steuern damit auch den größten Teil an Innovationen und Erfindungen bei. Damit bestimmen sie sowohl direkt als auch indirekt den Weg in der Automobilentwicklung. Für die wissenschaftliche Begründung, Überprüfung und Optimierung der Lösungen sind allerdings Partnerschaften mit Forschungsinstituten und Universitäten unerlässlich.


Was möchten Sie der Politik mit Blick auf alternative Antriebe der Zukunft mit auf den Weg geben?

Die Politik hat eindeutig die Rolle zu fordern und zu fördern. Sie darf sich aber niemals in die Technik selbst einmischen! Ist eine Begrenzung von Schadstoff oder Lärm erforderlich, müssen die Werte wissenschaftlich, nicht populistisch begründet werden. Die Lösung selbst muss Sache der gut qualifizierten Spezialisten, der Ingenieure, Chemiker und Physiker sein. Die Politik wiederum muss solche Lösungen fördern, die Erfolge zeigen.

Herr Professor Stan, wir danken Ihnen herzlich für das Gespräch!

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