Der Benziner wird zum Teamplayer

Wenn Verbrennungsmotoren als "Range Extender" die Batterien von E-Autos aufladen, müssen sie im Fahrzeug ganz andere Anforderungen erfüllen. Das gibt auch exotischen Konstruktionen eine Chance.

Zuerst die gute Nachricht für Motorenhersteller: Ihre Benzin- und Diesel-aggregate bleiben gefragt. Die schlechte: Viele Innovationen, die sie jetzt mit großem Aufwand entwickeln, könnten bald überflüssig werden. Denn Verbrennungsmotoren werden sich vom Alleinunterhalter zum Teamplayer entwickeln müssen – und dabei sind ganz andere Qualitäten gefragt.

Kaum ein Experte glaubt, dass sich Preis und Reichweite von Elektroautos in absehbarer Zeit so verbessern werden, dass sie herkömmliche Motoren komplett aus dem Markt drängen können. Einen Ausweg bieten Hybridantriebe. Doch während etwa im Hybridpionier Toyota Prius der Benzinmotor noch den Ton angibt, wird er in den Modellen der zweiten Generation – sogenannte Plug-in-Hybride wie der Opel Ampera – zum Hilfsaggregat degradiert. Sie sind in erster Linie auf rein elektrische Fortbewegung ausgelegt. Ihre Batterien können an der Steckdose geladen werden; erst wenn sie während der Fahrt schlappmachen, springt ein Verbrennungsmotor als "Range Extender" – Reichweitenverlängerer – ein.

"Für uns ist der Range Extender der Wegbereiter der E-Mobilität", sagt etwa Stefan Pischinger, Leiter des Instituts für Verbrennungskraftmaschinen an der RWTH Aachen und Chef der FEV Motorentechnik. Ein Range Extender erlaube nämlich den Einbau kleinerer Batterien, das spare mehr, als der Hilfsmotor selbst kostet. Klaus Hensen, Europa-Manager Sales and Engineering beim Zulieferer Mahle Powertrain, sieht das auch so: Wollte man Reichweiten von mehr als 500 Kilometern allein mit Batterien erreichen, müsste man sonst ein Mehrgewicht von über einer Tonne und einen Preisaufschlag von mehreren 10000 Euro in Kauf nehmen.

Doch wie genau soll der ideale Range Extender aussehen? Im Opel Ampera arbeitet noch ein normaler Vierzylinder aus dem Regal. Dabei muss ein Hilfsmotor ganz anderen Anforderungen genügen als ein Hauptantrieb – er soll vor allem klein, kompakt, leise und vibrationsarm sein. Teure Raffinessen wie Turboaufladung oder variable Ventilsteuerung sind hingegen überflüssig. Sie dienen nämlich vor allem dazu, Verbrenner vom Standgas bis zum Vollgas gleichermaßen effizient und munter zu machen. Range Extender können aber konstant im Bereich ihres besten Wirkungsgrades betrieben werden, um die Fahrt kümmern sich schließlich Elektromotoren.

Die Automobilzulieferer Mahle und Kolbenschmidt Pierburg (KSPG) zeigten Mitte September auf der Internationalen Automobil-Ausstellung in Frankfurt unabhängig voneinander zwei speziell entwickelte Range Extender. Beim 30-Kilowatt-Aggregat, das KSPG gemeinsam mit FEV Motorentechnik konstruiert hat, sind zwei Zylinder V-förmig angeordnet. Dadurch ist es so kompakt, dass alle Komponenten – bis auf Tank und Kühler – in einen Rahmen passen, der laut Pischinger auch in der Reserveradmulde Platz findet. Künftig sei auch eine modulare Variante denkbar, die man kurzerhand einbauen kann, wenn eine längere Strecke gefahren werden soll. Der Hamburger Unternehmer und Umrüster Sirri Karabag hat für Anfang kommenden Jahres gar einen Range Extender im Koffer angekündigt, der samt aller Nebenaggregate nur rund 60 Kilogramm wiegen soll. Nähere Details nennt er aber noch nicht.

Mahle arrangiert die beiden Zylinder seines Range Extenders hingegen in einfacher Reihenbauweise. So fällt der Motor zwar etwas größer aus, soll aber ruhiger laufen als bei der Konkurrenz. Das 70-Kilo-Aggregat mit 0,9 Litern Hubraum hat zwei Hauptbetriebspunkte: Soll die Batterie im Stand geladen werden, gibt der Motor 15 Kilowatt ab, während der Fahrt 30.

Die geänderten Anforderungen geben auch exotischen und totgeglaubten Konstruktionen eine Chance. So setzt Audi in seinem Konzeptfahrzeug A1 e-tron einen Wankelmotor ein. Der habe zwar leichte Verbrauchsnachteile, sagt Axel Eiser, Leiter der Aggregate-Entwicklung bei Audi, sei dafür aber leiser und kompakter. Spektakulär, aber schon wieder verworfen war auch Jaguars Plan, die Elektrosportler-Studie C-X 75 mit zwei kleinen Gasturbinen auf 900 Kilometer Reichweite bringen zu wollen. Jetzt erfüllt den Zweck ein konventioneller Kolbenmotor. Der Kauf von Anteilen am britischen Turbinenhersteller Bladon Jets zeigt aber, dass man die Idee bei Jaguar offenbar weiterverfolgen will.

Cornel Stan, Leiter des Forschungs- und Transferzentrums der Hochschule Zwickau, hat einen anderen Favoriten für die Rolle des Range Extenders: den Stirlingmotor. Bei ihm wird ein Kolben nicht durch eine Verbrennung innerhalb des Zylinders bewegt, sondern durch Wärme von außen. "Stirlingmotoren haben einen doppelt so hohen Wirkungsgrad wie herkömmliche Verbrenner", erklärt Stan. Zudem arbeiten sie nicht nur mit flüssigem Kraftstoff, sondern auch mit Metallpulver oder Biomasse. Noch exotischer ist Herbert Hüttlins Kugelmotor: In ihm bewegen sich die Kolben nicht auf und ab, sondern drehen sich in einem runden Gehäuse, in dem der Generator gleich integriert ist. Bei 62 Kilogramm Gewicht leistet das Aggregat beachtliche 74 Kilowatt. Man sei in konkreten Gesprächen mit Herstellern, so Hüttlin.

Dass solche Exoten die klassischen Hubkolbenmotoren ablösen werden, glaubt Experte Hensen aber nicht: "Die wurden über Jahrzehnte optimiert, andere Systeme müssen ihre Alltagstauglichkeit erst noch beweisen." (bsc)