Der Treibstoffverbrauch ist (nicht?) von Bedeutung

Der VW L1 mit einem Verbrauch von 1,4 Litern. Bild: RudolfSimon / CC-BY-SA-3.0

So genannte Umweltgesetzgebungen machen Autos eher umweltschädlicher. Wie können Autos umweltfreundlich gemacht werden? Ein Kommentar

Nominell sind die Autos im Durchschnitt seit beispielsweise den 1970er Jahren sparsamer geworden. Wird jedoch die zunehmende Diskrepanz zwischen Verbrauchsangaben berücksichtigt, sind sie im Gegenteil tatsächlich heute durstiger.

Der alltägliche Mehrverbrauch der PKW gegenüber den im NEFZ-Zyklus ermittelten Herstellerangaben lag im Jahr 2006 bei 10%. Im Jahr 2013 lag er bereits bei 25%. Gegenwärtig bzw. im Jahr 2016 lag der reelle Mehrverbrauch gegenüber den Herstellerangaben bei satten 42%. Im Durchschnitt, versteht sich.

Hinzu kommt, dass in der Zwischenzeit die Anzahl der Autos pro Einwohner ebenso erheblich zugenommen hat, wie auch die mit jedem Auto jährlich zurückgelegte Strecke. Der Gesamtverbrauch an Energie für unsere individuelle Mobilität hat also über die Jahrzehnte stetig in enormem Maße zugelegt.

Woran liegt das und wie könnten wir bewirken, dass der Verbrauch zurückgeht?

Technisch gesehen sind Autos im Schnitt heute merklich schwerer als zu fast allen früheren Zeiten. Sie verfügen über erheblich mehr Motorleistung, dementsprechend ist ihre Höchstgeschwindigkeit höher. Das heutige Straßennetz erlaubt das Fahren hoher Geschwindigkeiten und ein hohes Verkehrsaufkommen. Das seit Jahrzehnten kontinuierliche Wirtschaftswachstum ermöglichte Bürgern den Kauf dieser aufwändigen technischen Produkte und moderne Straßen sowie Autos erlauben den Nutzern das Fahren großer Distanzen mit hohen Geschwindigkeiten bei im Vergleich zu früher niedriger körperlicher Belastung und gefühlter Gefährdung.

In früheren Beiträgen haben Peter Mühlbauer und ich bereits auf die missbräuchliche Verwendung des so genannten "Dieselskandals" mit faktisch verbrauchssteigernder Wirkung hingewiesen. Peter Mühlbauer über die Sinnhaftigkeit der Stickoxyd-Grenzwerte. Mein Artikel zu Zusammenhang zwischen Treibstoff-Verbrauch und "Diesel-Skandal".

Wesentlich detaillierter berichtet meine Homepage über politische Aktivitäten zur Verhinderung sparsamer Autos und über mögliche Sparkonzepte.

Ferner möchte ich noch auf eine von mir soeben gestartete Petition gegen Stickoxyd-begründete Fahrverbote hinweisen.

Diese gesamte Entwicklung vollzog sich im Rahmen einer allgemein verkündeten Wirtschaftsphilosophie des so genannten Wirtschaftswachstums, welches angeblich zwingend erforderlich sei, um Arbeitslosigkeit und Armut für einzelne Bürger zu vermeiden. Wir müssen also immer größere Autos und andere Produkte in immer größeren Mengen kaufen, um nicht Not zu leiden? Das klingt absurd und das ist es auch. Aber es ist leider wahr. Wahr ist das allerdings nur im Kontext eines Geldsystems, welches diese unsinnige Verknüpfung mit sich bringt.

Würden die Euros so, wie wir es in der Schule gelernt haben, wie es das Grundgesetz und wie es beispielsweise wohl auch die amerikanische Verfassung vorsieht, ausschließlich von einer Notenpresse in Hand eines oder mehrerer Staaten "gedruckt", gerne auch "aus dem Nichts", dann bestünde dieser verhängnisvolle und unsinnige Zwang zum Wirtschaftswachstum nicht. Wir hätten es leicht, uns zu ernähren, weniger zu arbeiten und entspannt alle Annehmlichkeiten des Lebens zu genießen (außer natürlich den übergroßen Konsum an Dingen, die wir nicht zwingend zum Leben benötigen). Mehr Informationen hierzu gibt es im Handelsblatt oder auf Telepolis.

Politik, Medien und Industrie werden zu einem Wirksystem gefügt, welches uns die scheinbar süße Pille schlucken lässt, dass wir selbst glauben, wir hätten das Bedürfnis nach immer größeren, schnelleren und durstigeren Autos. Die Menschen sind mehr Schafe, als dass sie Egoisten wären. Die primäre Motivation zum Kauf eines großen SUVs ist für einen wohlhabenden Menschen weniger das in Wirklichkeit gar nicht so einzigartige Fahrerlebnis, welches mit einer kleinen Mittelklasselimousine eher besser wäre. Sie besteht auch nicht in der Notwendigkeit, in relevanter Häufigkeit Geländestrecken zu bewältigen.

Die Motivation zum Kauf solcher Autos besteht im dadurch erzielten "Frieden" mit einer Peer-Group, welche dieses Verhalten gut heißt, anerkennt oder gar bewundert.

Auch die Peer-Group SUV-fahrender Bürger unterliegt in dieser Bewertung weitgehend einer Fremdsteuerung, welche sich aus vorbildlichem Verhalten von Filmschauspielern und Werbedarstellern sowie aus Meinungsvorgaben der Automobilpresse zusammenstellt.

Würden Medien das Idealbild des fahrradfahrenden Gigolos vermitteln, welchem aufgrund seiner körperlichen Ausdauer am Baggersee von süßen Miezen aufgelauert wird, oder würden Minivans und SUVs oder allgemein Autos mit über einer Tonne Gewicht von Umweltverbänden mit Schmähungen überzogen, wie vor einigen Jahrzehnten Pelzmäntel, dann wäre es mit dem PS- und Übergewichts-Wahn der Automobilbesitzer rasch vorbei und ein nachhaltiges Verhalten wäre gesellschaftsfähiger.

Aber wenden wir uns im Folgenden den technischen Aspekten nachhaltiger Automobilität zu. An welchen Stellhebeln wird in technischer Hinsicht der Verbrauch hoch gehalten bzw. wie könnte der Verbrauch von Autos verringert werden? Die wichtigsten zwei Stellhebel sind das Gewicht und der Luftwiderstand.

Vereinfacht ausgedrückt benötigt ein Auto in der Stadt ausschließlich Energie, um das Gewicht bzw. die Masse des Fahrzeugs zu bewegen. An das Gewicht gekoppelt sind der Rollwiderstand und die zur Beschleunigung des Fahrzeugs erforderliche Energie.

Der Luftwiderstand spielt für ein Auto in der Stadt eine absolut untergeordnete Rolle für den Verbrauch. Auf der Landstraße und insbesondere auf der Autobahn kehrt sich das Verhältnis um. Das Gewicht bzw. der Roll- und Beschleunigungswiderstand spielen eine nachgeordnete Rolle. Der Luftwiderstand bestimmt maßgeblich den Energieverbrauch. Dies liegt daran, dass der Rollwiderstand bei allen Geschwindigkeiten gleich bleibt, der Luftwiderstand jedoch quadratisch mit der Geschwindigkeit steigt. Bei niedriger Geschwindigkeit beispielsweise unterhalb 60 km/h ist der Luftwiderstand nahezu verschwindend gering (gemessen an Gesamtwiderstand). Bei ca. 80 km/h überholt der Luftwiderstand den Rollwiderstand und oberhalb 120 km/h wird der Rollwiderstand gegenüber dem Luftwiederstand eher marginalisiert.

Für das typische Nutzerverhalten von Autofahrern wird im Allgemeinen angenommen, dass Gewicht und Luftwiderstand in etwa einen gleich großen Anteil am Gesamtverbrauch haben. Der NEFZ-Zyklus berücksichtigt kaum Fahrten mit hoher Geschwindigkeit und berücksichtigt den Luftwiderstand mit etwa 25% am Gesamtverbrauch, was von Experten als nicht repräsentativ für die Realität erachtet wird.

Es sei noch der Steigungs-"Widerstand" erwähnt, der natürlich auch wieder 1:1 an das Gewicht gekoppelt ist.

Es bedarf keiner großen Phantasie, dass Leichtbau und Aerodynamik ein enormes Potential zur Energieeinsparung haben.

Links: Der Loremo wurde 2007 vorgestellt und konnte einen Verbrauch von unter zwei Litern erzielen. Rechts: Der Lupo 3L war das aus meiner Sicht bislang nachhaltigste und diesbezüglich schönste in Serie gefertigte Automobil. Bilder: Ulrich Sommer

In besonderer Form haben dieses Potential die beiden alltagstauglichen und aus automobilistischer Sicht halbwegs vollwertigen Fahrzeugkonzepte Volkswagen L1 und der Loremo demonstriert. Ihre angegebenen Verbräuche von 1,4 Litern bzw. 2 Litern Diesel je 100 km wurden im Wesentlichen nicht durch sparsamere Motoren erzielt, sondern ausschließlich durch den niedrigen Fahrtwiderstand (sprich: Gewicht und Luftwiderstand).

Es gibt ganz offenkundig ein enormes Potential, Autos leichter, kleiner, flacher, schmaler und aerodynamischer zu gestalten. Die bekannteste Erklärung, warum dies nicht geschieht, verweist auf bequemes Verbraucherverhalten, welches anderes nicht akzeptieren würde. Ich habe bereits angedeutet, dass aus meiner Sicht die Medien und die über diese verbreiteten Idealbilder für unser Leben die größere Rolle spielen. Aus meiner Sicht wären Bürger bzw. Autofahrer rasch bereit, sich nachhaltiger in der Kaufentscheidung und im Fahrverhalten anzupassen, wenn dies über die Medien nahe gelegt werden würde.

Dem gesamten Thema zur Verhinderung sparsamer Autos habe ich eine eigene Website gewidmet. Hier sind auch die genannten Fahrzeugkonzepte eingehender beschrieben.

Bis jetzt sprachen wir vom mechanischen Energieverbrauch ab der angetriebenen Achse und haben noch nicht den Motoren- und Getriebewirkungsgrad berücksichtigt.

Dem Getriebe kommt ein nicht zu unterschätzender Einfluss auf den Verbrauch zu. Der Getriebewirkungsgrad bzw. die im Getriebe unnütz vernichtete Energie ist jedoch nur ein Teil der Bedeutung, die das Getriebe für den Verbrauch hat, aber beginnen wir mit dem reinen Getriebewirkungsgrad.

Den besten Wirkungsgrad hat seit "Menschengedenken" und bis heute unerreicht das Schaltgetriebe. Dieses ist auch in Kombination mit dem Verbrennungsmotor effizienter als alle anderen Getriebeformen.

Es gibt wenig zitierbare Angaben zum Wirkungsgrad des Schaltgetriebes, da dieser auch von Füllgrad des Getriebeöls, von dessen Temperatur bzw. Zähigkeit abhängt. Bei sparsamer Schmierung wären wohl reine Getriebewirkungsgrade von über 95% denkbar. Wird jedoch die Schmierung und die Übertragung über das Differenzialgetriebe oder möglicherweise den Allradantrieb bis zu den Rädern berücksichtigt. dann dürften Wirkungsgrade über 90% kaum realistisch und Wirkungsgrade bis weit unter 80% durchaus die Regel sein.

Automatik-Getriebe haben merklich schlechtere Wirkungsgrade im Vergleich zu Schaltgetrieben. Die größte "Energievernichtungseinrichtung" war bislang der hydraulische Drehmomentwandler, der im Automatik-Getriebe die Funktion der Kupplung mit einem vorgeschalteten hydraulischen "2-Gang-Getriebe" vereint. Man hört den Energieverlust förmlich beim Beschleunigen von alten Automatik-Autos, weil der Motor beim Beschleunigen aufheult, ohne dass sich das Auto in gleicher Weise beschleunigen würde, wie der Motor hoch dreht. Das liegt einfach daran, dass das hydraulische Getriebe keine feste Koppelung ermöglicht und dass der Motor zum Teil schlicht wirkungslos durchdreht.

Bei alten Automatik-Getrieben drehte der Motor während der gesamten Fahrt hydraulisch durch und ein Mehrverbrauch von mindestens einem Liter war die Folge. Dieses "Leck im Tank" wurde in der Zwischenzeit weitgehend gestopft, indem der hydraulische Drehmomentwandler nach dem Schalten der Gänge im nachgeschalteten Getriebe überbrückt wird. Das kann man sich vorstellen wie eine gewöhnliche Kupplung, die über das hydraulische Getriebe geschlossen wird. Der Drehmomentwandler wird nur noch beim Anfahren und in den Schaltvorgängen kurzzeitig genutzt.

Gleichwohl verbraucht ein hydraulisches Getriebe mehr Energie, als ein reines Schaltgetriebe, weil das dem Drehmomentwandler nachgeschaltete Getriebe durch eine Vielzahl von Lamellenkupplungen gesteuert wird. Die vielen Lamellen jedes Getriebeelements schleifen unaufhörlich gegeneinander und verbrauchen Energie.

Stufenlose Getriebe wurden einige Jahrzehnte mit viel Aufwand entwickelt. Sie beruhen ausnahmslos auf einer Übertragung der Energie über Reibkräfte. Diese Getriebe waren einem Verschleiß unterlegen, hatten teilweise Zuverlässigkeitsprobleme und vor allem war der Wirkungsgrad wegen der hohen auftretenden Kräfte in aller Regel deutlich schlechter als bei Schaltgetrieben. Der Vorteil, einen Motor potentiell in einem wirkungsvolleren Drehzahlbereich betreiben zu können, konnte die Energieverluste im Getriebe nie ausgleichen oder übersteigen.

Insbesondere für die in Kleinkrafträdern und Scootern weit verbreiteten synthetischen Keilriemengetriebe werden Wirkungsgrade von teilweise unter 50% berichtet. Diese stufenlosen Getriebe können das sonst gegebene Effizienz-Potential eines Kleinkraftrads erheblich verderben.

Doppelkupplungsgetriebe benötigen ebenfalls ein wenig mehr Energie als ein einfaches Schaltgetriebe, da sich aus Robustheitsgründen ebenfalls Lamellenkupplungen durchgesetzt haben, von denen jeweils eine in aller Regel permanent geringfügig schleift. Ferner besitzt ein Doppelkupplungsgetriebe mehr permanent bewegte Teile, was aufgrund des Ölbades entsprechende Energieverluste mit sich bringt. Das Doppelkupplungsgetriebe könnte Energie sparen, indem der Motor über Schaltvorgänge ohne Zugkraftunterbrechung beim Beschleunigen keine Schwungenergie verliert. Dieser Vorteil wird jedoch durch die Getriebewirkungsgrad-Nachteile leider zunichte gemacht.

Lediglich das automatisierte Schaltgetriebe hat fast denselben Wirkungsgrad, wie ein einfaches Schaltgetriebe. Der Unterschied zwischen beiden Getrieben liegt darin, dass die Handgriffe des Autofahrers (Schalten und Kuppeln) einfach durch hydraulische Steuerelemente elektronisch gesteuert und automatisch erfolgen. Bekannteste Beispiele für diese Technologie waren der Lupo 3L, der Audi A2 und der Ur-Smart.

Als Fazit lässt sich aus Effizienz-Sicht das gute alte Handschaltgetriebe empfehlen, ebenso wie das automatisierte Schaltgetriebe. Doppelkupplungsgetriebe können mit Vorbehalt auch noch empfohlen werden. So viel zu den reinen Getriebewirkungsgraden. Aber die Bedeutung des Getriebes ist hiermit bei weitem nicht ausreichend beschrieben.

Viele Leute halten die Wirkungsgrade von Verbrennungsmotoren für unakzeptabel schlecht und meinen in der Natur wären die Dinge allgemein effizienter. Verbrennungsmotoren erreichen im Bestpunkt Wirkungsgrade zwischen 25% und 40%, im Bereich der Großmotoren (z.B. Schiffahrt) werden auch Wirkungsgrade von über 50% berichtet. Damit bräuchten sich Verbrennungsmotoren nicht verstecken. Ein Fahrradfahrer hat bezüglich der zusätzlich aufgrund der erbrachten mechanischen Leistung (Antrieb der Tretkurbeln mit den Beinen) zugeführten Energie einen Wirkungsgrad von etwa 25%.

Brennstoffe lassen sich aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten kaum mit höheren Wirkungsgraden in mechanische Energie umsetzen. Es gibt theoretische, so genannte Kreisprozesse, die einen idealen Verbrennungsmotor darstellen und die seinen maximal denkbaren Wirkungsgrad beschreiben. Die heutigen Motoren kommen diesen idealen, theoretisch maximal erzielbaren Wirkungsgraden bereits recht nahe. Selbst die Natur kann das nicht merklich besser. Bei Elektromotoren verhält es sich anders, weil elektrische Energie sich mit hohen Wirkungsgraden (bis über 90%) in mechanische Energie umwandeln lässt. Dafür erfolgt die Herstellung elektrischer Energie aus Brennstoffen ebenfalls wieder mit entsprechend schlechten Wirkungsgraden. Elektrische Energie ist also in Bezug auf viele Anwendungen die "höherwertige" Energieform im Vergleich zu Brennstoffen.

Wir wollen jedoch im Folgenden vorrangig den Verbrennungsmotor behandeln.

Ganz allgemein hat die Technik der Verbrennungsmotoren Wirkungsgrade erreicht, bei denen mir erhebliche Effizienzsteigerungen mittelfristig kaum machbar erscheinen. Kleine Schritte lassen sich beispielsweise mit teurer Ventiltechnik, mit mehreren variablen Turboladern und mit Zwischenkühlern erzielen. Diese Techniken sind bekannt, werden auch umgesetzt, sind aber teuer und werden daher nicht bei allen Autos verbaut.

Ich habe aus meiner Zeit bei Loremo sehr viele Kontakte zu Erfindern und Motorenentwicklern gehabt. Mir sind permanent Geschichten von Motoren begegnet, die um 20% oder 30% bessere Wirkungsgrade hätten haben sollen als herkömmliche Verbrennungsmotoren. Stichworte wie "Gegenkolbenmotor", 2Knickpleuel-Motor" oder diverse Drehkolbenmotoren wurden erwähnt.

Mir war mit meinem geringen Motoren- und Physikwissen zu keinem Zeitpunkt ersichtlich, woher diese Verbesserungen hätten resultieren sollen. Einzig der Elsbeth-Motor mit seinem speziellen Wirbelverfahren zur Einleitung der Frischluft in einen Dieselmotor hatte seinerzeit im Vergleich zur damaligen Technik ein gewisses Potential. Dieses Potential ist aber auch in den Augen seiner Nachfahren durch die moderne Dieseltechnik im Wirkungsgrad geringfügig überholt.

Der Dieselmotor hat gegenüber dem Benziner ein merkliches Energieeinsparpotential. Die gegenwärtige Hetze gegen den Dieselmotor erachte ich als gezielten Versuch, den effizienten Dieselmotor insbesondere im Kleinwagenbereich aus dem Markt zu zwingen.

Ich halte die gegenwärtige Abgasgesetzgebung aus ökologischer Sicht für überzogen und kontraproduktiv. Insbesondere dem Dieselmotor werden Vorgaben auferlegt, die zu hohen Kosten einzuhalten sind und die daher die Verbreitung des effizienten Diesels zurückdrängen. Mehr hierzu finden Sie auch hier.

Einen revolutionären Verbrennungsmotor erwarte ich nach meiner Kenntnis mittelfristig nicht. Bedeutsamer ist der sinnvolle Einsatz des vorhandenen Verbrennungsmotors im jeweiligen Fahrbetrieb. Hier geht es auch um das technische Verständnis der Autofahrer und dazu will ich im Folgenden etwas beitragen:

Leider läuft ein Verbrennungsmotor nur selten im Bestpunkt seines Wirkungsgrades. Dieser Bestpunkt liegt bei Automotoren in der Regel bei etwas 2.000 Umdrehungen pro Minute (bzw. ca. 33 Umdrehungen pro Sekunde) und bei zu 80% bis 90% durchgedrückten Gaspedal bzw so genanntem "Mitteldruck" oder Drehmoment des Motors, was vereinfacht gesagt ungefähr das selbe ist.

Zwei Gründe bewirken, dass die Verbrennungsmotoren meist mit erheblich schlechteren Wirkungsgraden betrieben werden:

Der wichtigste Grund besteht darin, dass die Motoren bei weitem überdimensioniert sind. In den allermeisten Fahrsituationen wird einem Motor gerade einmal 10% bis 20% seiner maximalen Motorleistung abverlangt. Aber der ganze Motor muss gleichwohl permanent mit bewegt werden. Eine sehr viel ältere Publikation nahm an, dass der Verbrauch mit jeder Verdoppelung der Leistung ungefähr um jeweils 35% zunähme. Viel PS bedeutet somit viel Verbrauch. Diese einfache Formel ist den meisten Menschen bekannt.

Der zweite und kaum weniger bedeutsame Grund liegt darin, dass wir von Filmvorbildern, Fahrlehrern und "sportlichen" Vorstellungen dazu verleitet werden, hochtourig zu fahren. Durch hohe Umdrehungszahlen wird unnötig Treibstoff verbraucht. Bei ungefähr 2.000 Umdrehungen ist, wie gesagt, ein Automotor am effizientesten. Aber nur, wenn man das Gaspedal fast durchdrückt.

Da jedoch in einem höheren Gang mehr Drehmoment benötigt wird, steigt der Wirkungsgrad des Motors beim Hochschalten bzw. beim niedertourigen Fahren auch bis hin zur Leerlaufdrehzahl oft noch an. Der Grund liegt darin, dass das Gaspedal im hohen Gang weiter durchgedrückt werden kann, ohne zu schnell zu werden. Man kann sich diesen positiven Effekt niedriger Drehzahlen auch verbildlichen, wenn man sich vorstellt, dass der Motor auch Energie benötigt, um einfach selbst gedreht zu werden. Und diese "sinnlos" verpulverte Energie wird teilweise eingespart, wenn der Motor nicht so schnell gedreht werden muss.

Sehr anschaulich wird das Verbrauchsverhalten des Motors durch das so genannte "Muscheldiagram" dargestellt:

Das Muscheldiagramm (Grafik exemplarisch ohne konkreten Motor). Bild: Ulrich Sommer

Diese Grafik ist für technisch nicht so Kundige vielleicht zunächst etwas verwirrend. Ich will sie ein wenig erläutern, denn das Verständnis dieser Grafik erleichtert das energieeffiziente Fahren enorm.

Der Pfeil nach oben am linken Rand zeigt die Gaspedalstellung. Bei Vollgas befinden wir uns am oberen Rand des Feldes, bei Leerlauf am unteren Rand. Nach rechts sehen Sie die Drehzahl, rechts dreht der Motor sehr hoch und laut und ganz links ist die Leerlaufdrehzahl (typischerweise 1.000 Umdrehungen pro Minute bzw. 33 Umdrehungen pro Sekunde). Die farbigen Felder kennzeichnen Bereiche, in denen der Motor jeweils ungefähr den gleichen Wirkungsgrad hat. Blau heißt, der Motor arbeitet effizient, braucht also gemessen an der Motorleistung recht wenig Sprit. Dunkelrot heißt, dass der Motor im Verhältnis zu dem, was er leistet, recht viel Sprit durchnudelt, also unnötig durstig ist.

Die gestrichelten schwarzen Linien sind Linien mit gleicher Leistung. Das heißt, wenn das Auto mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, würde der Motor bei unterschiedlichen Drehzahlen bzw. bei unterschiedlichen Gängen immer wieder auf einem anderen Punkt auf jeweils der selben gestrichelten Linie betrieben werden, da die Fahrsituation unabhängig vom Gang vom Motor die selbe Leistung abverlangt. Und damit kommen wir zu dem entscheidenden Punkt: Idealerweise würde das Getriebe für jede Leistungsanforderung und Geschwindigkeit genau die Drehzahl festlegen, so dass der Motor genau auf einem Punkt auf der dicken dunkelroten Linie betrieben werden könnte. Das würde viel Treibstoff sparen. Sehen wir uns hierzu zwei Beispiele an:

Wirkungsgradverdoppelung bei 40 km/h durch Fahren mit Leerlaufdrehzahl. Bild: Ulrich Sommer

Wird ein Auto in der Stadt mit 40 km/h betrieben, ist die benötigte Leistung im Verhältnis zur maximalen Motorleistung sehr gering. Es besteht also von vorneherein kaum eine Chance auf einen wirkungsvollen Betrieb, da fast alle Autos hierfür viel zu übermotorisiert sind. Wenn jetzt jedoch ein Fahrer im 2. Gang dahinheult, ist die Gaspedalstellung noch geringer und der Wirkungsgrad wandert in den schlechtesten Bereich. Kaum ein Autofahrer traut sich, bei 40 km/h den 5. Gang einzulegen und schlicht mit Leerlaufdrehzahl dahinzugleiten. Dieses Verhalten halbiert jedoch den Verbrauch im Gegensatz zum ersteren Fall oder senkt ihn sogar noch mehr. Auch gegenüber dem dritten Gang oder auch vierten Gang ist noch eine immense Einsparung drinnen.

Die dünne schwarze Linie am oberen Rand der farbigen Felder stellt übrigens die maximale Motorleistung dar, die die moderne Elektronik dem Motor tatsächlich zumutet. Das heißt, auch bei niedrigsten Drehzahlen kann bei Vollgasstellung ein Motor nicht wirklich geschädigt werden, weil die Elektronik auf den Motor aufpasst. Aber sinnvoll ist es dennoch, schnell den Gang zu wechseln, wenn man vom Gleiten bei 40 km/h zum Beschleunigen übergehen will.

Wenn der Beschleunigungsvorgang zügig absolviert wird, ist es kein Fehler, kräftig das Gaspedal zu drücken (ca. 80%) und einen niedrigeren Gang einzulegen, so dass Drehzahlen zwischen 1.800 und 2.500 Umdrehungen pro Minute erreicht werden. Zügiges Beschleunigen bis zur Zielgeschwindigkeit ist also mit sparsamen Fahren durchaus vereinbar, weil hierbei der Motor annähernd im Bestpunkt (dunkelblaues Feld) betrieben werden kann. Nach Erreichen der Zielgeschwindigkeit hingegen sollte der höchste Gang eingelegt werden, der gerade die Leerlaufgeschwindigkeit nicht unterschreitet.

Das bislang aus dem Muscheldiagram Gelernte betrifft das Fahrverhalten der Autofahrer mit heute vorhandener Technik. Die Getriebetechnik ermöglicht dieses Verhalten weitgehend. Motorenseitig bestünde das größte Verbesserungspotential darin, dass diese leistungsschwächer wären. Leider werden kleine Motoren nicht mit dem selben Aufwand auf gute Wirkungsgrade hin optimiert, wie große Motoren, weil sie ja auch weniger kosten dürfen. Daher kommt es gelegentlich vor, dass stärkere Autos in der Realität kaum weniger brauchen, als die schwächeren Brüder. Hier bestünde Verbesserungsbedarf, wobei dem Kunden auch der Wert des effizienten und leistungsschwachen Motors erst einmal verkauft werden müsste. Mit Hilfe der Medien wäre das aus meiner Sicht grundsätzlich zu machen.

Das nächste Beispiel zeigt jedoch einen getriebeseitigen Mangel, den seit je her fast alle Autos mehr oder weniger ausgeprägt aufweisen: Der höchste Gang ist viel zu kurz ausgelegt, ein wirklich effizienter Spargang fehlt.

Die Wirkung eines besonders lang ausgelegten höchsten Gangs bei Autobahngeschwindigkeit. Bild: Ulrich Sommer

Ich habe noch nie ein Auto gefahren, welches es möglich machte, bei 120 km/h mit unter 2.000 Umdrehungen dahin zu gleiten. Dieser Zustand wäre extrem nervenschonend. Die Autos würden nur noch einen Bruchteil von schweren Schalldämm-Materialien benötigen, wenn einfach die Drehzahl auf der Autobahn gesenkt würde. Und der Verbrauch würde in diesem Fahrzustand ohne Weiteres um 30% abnehmen.

Wir befinden und im Kapitel "Motorenwirkungsgrad", aber die Maßnahme betrifft in erster Linie das Getriebe. Und diese extrem effizienzsteigernde Wirkung könnte nur durch eine andere Übersetzung im höchsten Gang erzielt werden. Naja, es ist nicht ganz so einfach, denn man würde möglicherweise einen zusätzlichen Gang benötigen und es gibt Grenzen, in denen Zahnradgrößen angepasst werden können. Schlimmstenfalls müsste im höchsten Gang eine weitere Getriebestufe eingebaut werden, die auch 3% Wirkungsgrad kosten würde. Es mag sein, dass das Getriebe um bis zu 15% teurer werden könnte. Aber Handschaltgetriebe sind ohnehin viel kostengünstiger, als alle anderen Getriebeformen und das wären sie auch mit diesem zusätzlichen erheblich längeren Gang immer noch. Die "Spreizung" (Verhältnis der Übersetzungsverhältnisse vom erstem Gang zum höchsten Gang) für ein solches Getriebe wäre erheblich größer als bei bestehenden Getrieben. Gegenwärtig sind kaum Getriebe mit einer Spreizung von über 6 auf dem Markt verfügbar. Spreizungen von über 9 wären für effizientes Fahren von Vorteil. Der Grund, warum es diesen Gang nicht gibt, liegt vermutlich darin, dass noch niemand darüber gesprochen hat, weil es schlicht "kein Schwein" interessiert. Vielleicht ändert dieser Beitrag das ja ...

Ich komme noch einmal auf das klassische Handschaltgetriebe zurück: Gegenwärtig ist auf dem gesamten Getriebemarkt kein kleines Handschaltgetriebe verfügbar, welches für Motorleistungen unter 50 PS ausgelegt wäre und welches eine so große Spreizung hätte, dass schwach motorisierte Autos steile Berge hoch fahren könnten und dass sie gleichzeitig bei Endgeschwindigkeit mit niedrigen Drehzahlen dahingleiten könnten. Auch hier wäre eine Spreizung von über 9 vorteilhaft.

Würde es dieses Getriebe geben, würden nach den Gesprächen, die ich mit Herstellern von Leichtfahrzeugen geführt habe, einige Hersteller von Leichtfahrzeugen und einige Start-Ups extrem effiziente Leichtfahrzeuge mit Industriedieselmotoren anbieten. Kritisch wären gegenwärtig die Abgasgesetzgebungen, die ich aus diesen Gründen ohnehin kritisiere. Aber das Potential für besonders sparsame Kleinfahrzeuge ist technisch vorhanden.

Es ist verblüffend, an was für scheinbaren "Nebensächlichkeiten" oft die technische Entwicklung hängen bleibt. Ein fehlendes Old-School-Handschaltgetriebe mit passender Auslegung verhindert die Entwicklung sparsamer Fahrzeuge. Wir hätten dieses Getriebe bei Loremo damals auch benötigt. Aber wir konnten uns mit einem herkömmlichen PKW-Getriebe aushelfen, welches halt rund 15 kg "zu schwer" war, aber sonst funktionierte.

Anwendung zur Visualisierung des Motorenwirkungsgrades für den Autofahrer

Zum Schluss möchte ich noch einen simplen Vorschlag für eine Software auf dem Bordcomputer eines PKW machen, der dem Fahrer ein sparsames Verhalten vereinfachen könnte:

Animation zur Darstellung des momentanen Motorenwirkungsgrads. Bild: Ulrich Sommer

Das Muscheldiagramm des betreffenden Motors würde bildschirmfüllend im Display gezeigt. Ein gut sichtbares Fadenkreuz würde in diesem Muscheldiagramm den jeweiligen Betriebszustand des Motors zeigen. Der momentane ungefähre Wirkungsgrad des Motors würde in einem kleinen separaten Fenster eingeblendet. Somit würde der Autofahrer jederzeit erkennen, wie effizient er den Motor betreibt bzw. er könnte erlernen, wie er schaltet und das Gaspedal nutzt, um die Effizienz zu steigern.

Fazit

In diesem Artikel ging es nicht um Elektroautos, Wasserstoffautos oder andere scheinbar futuristische Technologien, sondern um ganz einfache Stellschrauben. Diese einfachen Themen und ganz allgemein die Energieeffizienz von Autos wird aus meiner Sicht viel zu wenig beachtet und hier gäbe es immense Einsparpotentiale.

Ich möchte an dieser Stelle auch explizit Anhänger von Nullemissions-Antrieben oder Forscher für freie Energie bitten, sich zurück zu halten, wenn Menschen auch mal über Einsparpotentiale von herkömmlichen Verbrennungsmotoren sprechen. Elektroautos werden in den nächsten zehn Jahren vermutlich nicht mehr als 50% Marktanteile erzielen, so dass Einsparpotentiale bei herkömmlichen Motoren in diesem Zeitraum von enormer Bedeutung sein werden, unabhängig davon, wie man zum Elektromotor steht.

Insbesondere bitte ich auch Anhänger freier Energie, Diskussionen über die Wirtschaftlichkeit mit herkömmlichen Motoren nicht zu stören. Niemand von ihnen kann gegenwärtig beschreiben, wie ein solcher Antrieb aussehen soll. Aber ich habe es auf fast jedem Vortrag über nachhaltige Mobilität wieder erlebt, dass man sich in der anschließenden Diskussion über diese nicht funktionierenden Konzepte unterhält, statt an der vorhandenen Technik im Gespräch weiter zu arbeiten im Sinne einer Effizienzverbesserung. Auf diese Weise verhindern diese Leute wirksam eine Weiterentwicklung herkömmlicher Autos in Richtung geringerem Treibstoffverbrauchs.

Diejenigen, die an den Effizienzthemen herkömmlicher Motoren Freude haben, muntere ich auf, die Anhänger anderer Antriebskonzepte strikt aus Diskussionen fern zu halten, wenn diese Diskussionen eben gerade um die Effizienz herkömmlicher Autos mit Verbrennungsmotoren geht. Das heißt nicht, dass zu anderen Anlässen eben auch Elektroantriebe oder von mir aus Freie Energie im Zentrum der Gespräche stehen können.

Im Jahr 2006 haben wir das Maximum der Förderung konventionellen Erdöls überschritten. Der seither annähernd gleich bleibende Verbrauch kann nur aufrecht erhalten werden, in dem die extrem schädlichen, nicht konventionellen Fördermethoden verwendet werden (Fracking, Tiefseebohrungen, Ölsande und Treibstoffe aus Nahrungsmitteln).

Während das konventionelle Erdöl gemessen an dem völlig aus dem Ruder gelaufenen Gesamtverbrauch mit vergleichsweise geringen Umweltauswirkungen genutzt werden konnte, nehmen die Umweltschäden bei den flüssigen Treibstoff-Ersatzstoffen für das konventionelle Öl exorbitante Ausmaße an.

Vor diesem Hintergrund sollten wir eine besondere Motivation aufbringen, Treibstoffe für Autos einzusparen. Die auf dieser Seite behandelten Themen sind vermutlich mit das wirkungsvollste, was wir kurzfristig zur Eindämmung des Treibstoffverbrauchs tun können.

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