Gastbeitrag von Mike, Elektroantriebe: RC-Cars und Kraftfahrzeuge im Vergleich
Elektrobetriebene RC-Cars erfreuen sich seit vielen Jahrzehnten einer großen Beliebtheit. Anders als Verbrennerfahrzeuge sind batteriebetriebene Modelle in der Regel leicht zusammenzubauen und erfordern weniger Wartung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Elektro-RC-Cars aufgrund des niedrigen Geräuschpegels auch innerhalb von Räumen genutzt werden können. Als Energiespeicher kommen überwiegend Lithium-Ionen-, Lithium-Polymer- und Nickel-Metallhydrid-Akkus zum Einsatz.
Besonders populär sind Modelle mit bürstenlosen („brushless“) Motoren. Diese bringen mehr Kraft auf die Räder und erreichen Leerlauf-Drehzahlen, die bis in den sechsstelligen Bereich gehen können. Ein Beispiel für ein Fahrzeug mit Brushless-Motor ist der Ranger Brushless Buggy, dessen Höchstgeschwindigkeit bei 75 km/h liegt.
Für den „Just-For-Fun“-Bereich eignen sich vor allem 540er Motoren mit geschlossenem Gehäuse. Die Bezeichnung „540“ geht auf den Urvater der RC-Car-Antriebe, den Mabuchi 540, zurück. Die nächste Leistungsstufe stellen sogenannte „Stock“-Motoren dar, die einen anderen Motorkopf besitzen. Die für die Übertragung des Stroms benötigten Motorkohlen können ebenso wie die Kohlenfedern gewartet und bei Bedarf ausgetauscht werden.
Motoren der offenen Klasse (sogenannte Modified-Motoren) erlauben hohe Fahrleistungen. Moderne Aggregate sind zumeist aus High-End-Materialien gefertigt und bieten Features wie einstellbares Timing und flach am Motorkopf anliegende Laydown-Kohlen.
Der Fahrtregler bestimmt die Drehzahl
Die Motoren von elektrobetriebenen RC-Cars werden über elektronische Fahrtregler gesteuert, die einen Impuls vom Empfänger erhalten und in Signale für den Motor umwandeln. Abhängig von der Leistung des Reglers und des Motors treten Dauerströme von bis zu 100 Ampere auf. Beim Beschleunigen oder Blockieren können die Belastungen jedoch wesentlich höher sein.
Generell unterscheidet man zwischen elektronischen und mechanischen Fahrtreglern. Bei der elektronischen Variante wird permanent Strom abgegeben, wodurch sich die Zeit bis zur Entleerung des Akkus verkürzt. Beim elektronischen Fahrtregler werden dagegen nur Stromimpulse abgegeben, was sich in einer feinfühligeren Steuerung und einem geringen Verschleiß am Getriebe niederschlägt.
Niedrigere Wicklungszahlen ermöglichen höhere Geschwindigkeiten
Die Motoren von elektrogetriebenen RC-Cars werden anhand ihrer Wicklungszahlen (Turns) unterschieden, die von 3,5 bis 35 reichen. Durch eine höhere Wicklungszahl sinken sowohl die Drehzahl als auch die Stromaufnahme. Durch niedrige Wicklungszahlen werden höhere Motordrehzahlen und somit auch höhere Geschwindigkeiten erreicht. Die meisten derzeit erhältlichen RC-Cars sind für Motoren größer oder gleich 17 Turns ausgelegt.
Der Tesla Roadster: Mit Laptop-Akkus auf 201 km/h
In der Welt der „großen“ Automobile hat der Elektroantrieb erst in den letzten zwei Jahrzehnten wieder an Bedeutung gewonnen – und das, obwohl elektrisch betriebene Fahrzeuge zu Beginn des vergangenen Jahrhunderts eine wichtige Rolle spielten. Es dauerte bis zum Jahr 2006, ehe der Tesla Roadster vorgestellt wurde. 2009 folgte der Oberklassewagen Model S (siehe Foto).
Wie alle modernen Elektromotoren für Kraftfahrzeuge erzeugen auch die in Tesla-Modellen verbauten dreiphasigen Wechselstrom-Induktionsmotoren ihre mechanische Kraft durch die Interaktion zweier Magnetfelder. Die zwei Hauptkomponenten sind ein mit Kupferschienen durchzogener Stahlrotor und ein stationärer Stator, der ein rotierendes Magnetfeld generiert und Strom in den Rotor induziert. Der Strom erzeugt ein zweites Magnetfeld, welches dem rotierenden Stratorfeld folgt. Hierin besteht ein bedeutender Unterschied zu RC-Cars, in denen das Magnetfeld durch einen Dauermagneten erzeugt wird.
Der Energiespeicher des Roadster besteht aus 6.831 Lithium-Ionen-Akkuzellen des Typs 18650, die auch in handelsüblichen Laptops Verwendung finden. Für eine Aufladung werden rund 70 kWh benötigt. Die 408 kg schwere Batterie setzt sich aus elf Platten zusammen, die in Serie geschaltet sind. Jede Platte enthält neun in Serie geschaltete Blocks, die ihrerseits aus 69 parallel miteinander verbundenen Zellen des Typs 11S 9S 69P bestehen.
Das maximale Drehmoment des Tesla Roadster liegt laut Herstellerangabe bei 370 Nm bzw. 400 Nm bei der Modellvariante „Sport“. Der Elektromotor leistet 215 kW (292 PS) und beschleunigt den Wagen in 3,7 Sekunden auf 100 km/h. Um die Belastung des Akkus zu verringern und die Getriebemechanik zu schonen, wird der Tesla Roadster bei 201 km/h elektronisch abgeriegelt.
Der Kia Ray EV: Vollladung in sechs Stunden
Beim 2012 vorgestellten Kleinwagen Kia Ray EV kommt eine Lithium-Polymer-Batterie zum Einsatz, die eine um 15 Prozent höhere Energiedichte als vergleichbare Systeme der Mitbewerber aufweist. Das Akkupaket ist im Unterboden untergebracht und hat eine Kapazität von 16,4 kWh. Für eine Vollladung des automatikgetriebenen Wagens werden rund sechs Stunden benötigt.
Das Hybridfahrzeug Toyota Prius (siehe Foto oben) ist mit Ni-Mh-Akkus ausgestattet, die während der Fahrt durch Energierückgewinnung beim Bremsen und über den Generator des Verbrennungsmotors geladen werden. Ein automatisches Energiemanagement-System entscheidet selbstständig, wann welcher Motor eingesetzt wird.