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2024-10-03

Ein Hoch auf den Verbrennungsmotor

Wie seine Errungenschaften die Elektrifizierung von Fahrzeugen vorantreiben!
Der Verbrennungsmotor hat über Jahrzehnte die Mobilität revolutioniert und die Grundlagen für viele Technologien geschaffen, die heute bei der Elektrifizierung von Fahrzeugen unverzichtbar sind. Obwohl die Zukunft der Automobilindustrie in der Elektrifizierung liegt, sollten wir die technologischen Errungenschaften, die während der Ära des Verbrennungsmotors erzielt wurden, nicht vergessen. Diese Errungenschaften sind der Schlüssel, um die Transition hin zu Elektrofahrzeugen (EVs) schneller und effizienter zu gestalten. Lassen Sie uns einen Blick auf die verschiedenen Bereiche werfen, in denen die Innovationen des Verbrennungsmotors den Weg zur Elektromobilität ebnen.

1. Fortschritte in der Materialwissenschaft
Eine der wesentlichen Herausforderungen sowohl für Verbrenner als auch für Elektrofahrzeuge war und ist die Optimierung der Materialnutzung. Die Leichtbauweise, die ursprünglich entwickelt wurde, um die Effizienz von Verbrennungsmotoren zu steigern, spielt auch bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen eine zentrale Rolle. Hochfeste Stähle, Aluminiumlegierungen und zunehmend auch Kohlefaser-Verbundwerkstoffe, die ursprünglich für den Kraftstoffverbrauch optimiert wurden, sind heute entscheidend, um das hohe Gewicht von Batterien in Elektroautos auszugleichen. Leichtere Fahrzeuge benötigen weniger Energie für den Antrieb, was sich direkt auf die Reichweite und Effizienz von EVs auswirkt.

2. Fertigungstechnologien: Präzision und Skalierbarkeit
Die hochentwickelten Fertigungsprozesse der Automobilindustrie, die über Jahrzehnte perfektioniert wurden, sind heute ein enormer Vorteil bei der Herstellung von Elektrofahrzeugen – insbesondere die fahrzeugseitigen Fertigungsschritte. Während Fertigungseinrichtungen speziell für Verbrennungsmotoren nicht direkt für Elektromotoren oder Batteriesysteme verwendet werden können, profitieren Elektrofahrzeuge von den bestehenden, automatisierten Fahrzeugmontagelinien. Diese können auf die spezifischen Anforderungen der EV-Produktion umgestellt werden. Fertigungstechnologien wie robotergestützte Montage und fortschrittliche Verbindungs- und Fügeprozesse ermöglichen eine hohe Präzision und Skalierbarkeit, was die Qualität und Zuverlässigkeit von Elektrofahrzeugen weiter verbessert.

3. Aktive und passive Sicherheitssysteme: Erbe der Sicherheitsrevolution
Die Automobilindustrie hat durch den Verbrennungsmotor auch große Fortschritte in der Fahrzeug-Sicherheit erlebt. Aktive Sicherheitssysteme wie Antiblockiersysteme (ABS), elektronische Stabilitätsprogramme (ESP) und Fahrerassistenzsysteme, die ursprünglich für Verbrenner entwickelt wurden, sind heute Standard und werden auch in Elektroautos implementiert. Darüber hinaus ermöglichen Technologien wie Kameras, Radar und LIDAR die Entwicklung hochentwickelter autonomer Fahrsysteme. Diese Sicherheitssysteme, sowohl aktiv als auch passiv, machen die Integration von EVs in bestehende Verkehrsstrukturen sicherer und schneller.

4. Elektronik und Sensorik: Von der Steuergeräte-Revolution zur Sensoren-Vielfalt
Eine der bedeutendsten technologischen Entwicklungen, die in der Verbrennungsmotor-Ära begonnen hat, ist die Einführung von elektronischen Steuergeräten (ECUs). Diese haben eine zentrale Rolle bei der Automatisierung und Überwachung von Fahrzeugfunktionen gespielt. Von der Motorsteuerung bis hin zu Komfort- und Sicherheitsfunktionen sind ECUs mittlerweile unverzichtbar für das Fahrzeugmanagement.

ECUs und CAN-Bus-Standards
Mit der zunehmenden Komplexität der Fahrzeuge stieg auch die Anzahl der Steuergeräte. Um diese miteinander zu vernetzen und eine reibungslose Kommunikation sicherzustellen, wurden CAN-Bus-Standards (Controller Area Network) entwickelt. Dieses Netzwerkprotokoll ermöglicht die schnelle und zuverlässige Kommunikation zwischen den verschiedenen Steuergeräten, ohne dass ein zentraler Computer notwendig ist. Diese standardisierten Kommunikationswege sind heute auch in Elektrofahrzeugen von großer Bedeutung, um die zahlreichen elektronischen Systeme zu synchronisieren und effizient zu steuern.

Sensoren zur Messung physikalischer Größen
Neben ECUs haben auch Sensoren in der Fahrzeugentwicklung eine Schlüsselrolle übernommen. Ursprünglich entwickelt, um den Zustand des Verbrennungsmotors zu überwachen (z.B. Luftmassenmesser, Sauerstoffsensoren, Kühlmitteltemperatursensoren), ist die Anzahl und Vielfalt der Sensoren in modernen Fahrzeugen stark gewachsen. Heute messen Sensoren nicht nur Motorparameter, sondern auch physikalische Größen wie:
• Temperatur (Kühlmittel, Batterie, Reifen)
• Druck (Reifendruck, Bremsdruck, Öldruck)
• Beschleunigung (G-Sensoren für ESP-Systeme)
• Umweltbedingungen (Regen- und Lichtsensoren, Radar und LIDAR für Fahrassistenzsysteme)
• Strom und Spannung (Bordnetzspannung, Generator)
Diese Sensoren liefern die Grundlage für viele moderne Technologien wie autonomes Fahren, intelligente Energieverwaltung und verbesserte Sicherheitsfeatures. Sie sind unerlässlich für das effiziente Management der hochkomplexen Systeme eines Elektrofahrzeugs.

5. Software: Errungenschaften und neue Herausforderungen
Errungenschaften aus der Verbrennungsmotor-Ära
In der Ära des Verbrennungsmotors spielte die Software eine zunehmend wichtige Rolle, insbesondere durch die Einführung elektronischer Steuergeräte (ECUs) und die Entwicklung funktionaler Sicherheitsstandards wie der E-Gas-Norm. Diese Norm wurde entwickelt, um sicherzustellen, dass elektronische Steuerungen im Fahrzeug – etwa zur Regelung des Motormanagements oder der Bremskontrolle – zuverlässig und sicher funktionieren. Diese Errungenschaften in der Softwareentwicklung bildeten die Grundlage für den Einsatz elektronischer Systeme in modernen Fahrzeugen und sind auch in Elektrofahrzeugen unverzichtbar.
Neue Herausforderungen: “Software Defined Vehicle” und Over-the-Air-Updates
Mit der Elektrifizierung von Fahrzeugen und der Digitalisierung des gesamten Fahrzeugs entstehen jedoch neue, bisher unbekannte Herausforderungen – sowohl für Elektrofahrzeuge als auch für Verbrenner. Der zunehmende Einsatz von Software führt zur Entwicklung des Konzepts des “Software Defined Vehicle” (SDV), bei dem Fahrzeuge stark durch Software definiert und kontinuierlich über Over-the-Air (OTA)-Updates aktualisiert werden können. Während früher Fahrzeugsoftware oft nur bei Wartungsbesuchen oder in Ausnahmesituationen aktualisiert wurde, müssen heutige Fahrzeuge – sowohl elektrisch als auch Verbrenner – regelmäßig Softwareupdates erhalten, um neue Funktionen, Optimierungen und Sicherheitsverbesserungen einzuspielen.
Dies erfordert nicht nur eine kontinuierliche Überwachung und Pflege der Software, sondern stellt auch neue Anforderungen an die Entwicklungsprozesse. Während Software in der Verbrennungsmotor-Ära oft einmalig freigegeben und dann stabil betrieben wurde, muss sie heute agiler entwickelt werden. Hersteller müssen sicherstellen, dass die Software über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs sicher und zuverlässig bleibt. Dieser kontinuierliche Update-Prozess bringt zusätzliche Herausforderungen im Hinblick auf funktionale Sicherheit, Datenschutz und die Kompatibilität von Software und Hardware mit sich.

6. Künstliche Intelligenz (KI): Evolution von der Verbrenner-Ära zur Elektromobilität
Eine der bahnbrechenden Technologien, die sowohl in der Verbrenner-Ära als auch in der Elektromobilität relevant ist, ist die künstliche Intelligenz (KI). Bereits bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren kam KI zum Einsatz, etwa bei Automatikgetrieben, um das Fahrverhalten zu erkennen und das Schaltverhalten darauf abzustimmen. Diese Algorithmen analysierten das Verhalten des Fahrers und passten die Schaltstrategie dynamisch an, um sowohl Komfort als auch Effizienz zu maximieren.
Heute wird KI in Elektrofahrzeugen noch stärker genutzt. Sie spielt eine zentrale Rolle bei der Weiterentwicklung autonomer Fahrfunktionen, der Optimierung von Energiemanagementsystemen und der Analyse großer Datenmengen, um das Fahrerlebnis kontinuierlich zu verbessern. Elektrofahrzeuge nutzen KI, um das Batteriemanagement zu optimieren, den Energieverbrauch zu senken und Fahrmuster zu analysieren, um die Reichweite zu maximieren. Auch bei der Integration von Fahrerassistenzsystemen und dem autonomen Fahren wird KI zunehmend eingesetzt, um die Sicherheit und den Komfort zu verbessern.

7. Thermomanagement: Know-how aus der Verbrenner-Ära für EVs
Eine der größten technischen Herausforderungen bei Elektrofahrzeugen ist das Thermomanagement, insbesondere bei Batterien. Hier kann das Know-how aus dem Bereich der Verbrennungsmotoren direkt angewendet werden. Verbrennungsmotoren erzeugen viel Wärme, weshalb aufwendige Kühlsysteme entwickelt wurden, um diese sicher abzuleiten. Diese Technologien und Konzepte finden heute Anwendung bei Elektrofahrzeugen, um die Batterien innerhalb eines optimalen Temperaturbereichs zu halten. Ein effizientes Thermomanagement ist entscheidend, um die Lebensdauer der Batterien zu maximieren und deren Sicherheit zu gewährleisten. Darüber hinaus hat ein effizientes Thermomanagement direkte Auswirkung auf die Reichweite von Elektrofahrzeugen.

8. Digitalisierte Entwicklungs- und Simulationstools: Schlüssel zur Effizienz
Eine der bedeutendsten technologischen Errungenschaften aus der Zeit des Verbrennungsmotors sind die digitalisierten Entwicklungs- und Simulationstools. Sie wurden ursprünglich genutzt, um Verbrennungsmotoren und Fahrzeugkomponenten virtuell zu testen und zu optimieren. Diese Tools werden nun in der Elektromobilität wiederverwendet und weiterentwickelt. Sie ermöglichen die schnelle Simulation und Optimierung von Elektroantrieben, Batteriemanagementsystemen und der Aerodynamik von EVs. Solche Werkzeuge sparen nicht nur Entwicklungszeit, sondern senken auch die Kosten und ermöglichen es Herstellern, innovative Fahrzeuge schneller auf den Markt zu bringen.

9. Kreislaufwirtschaft
Ein besonders zukunftsweisender Aspekt ist die Kreislaufwirtschaft. Materialien und Bauteile aus alten Verbrennerfahrzeugen können recycelt und in der Herstellung von Elektrofahrzeugen wiederverwendet werden. Die Kreislaufwirtschaft reduziert die Abhängigkeit von Rohstoffen und senkt den ökologischen Fußabdruck der Fahrzeugproduktion. So ist es ein erklärtes Ziel auch Batterien effizient zu recyclen, um die wertvollen Rohstoffe wiederverwenden zu können. Dies trägt dazu bei, dass die Elektromobilität langfristig nachhaltiger wird.

Fazit: Der Verbrennungsmotor als Wegbereiter der Elektromobilität
Der Verbrennungsmotor hat die Automobilindustrie geprägt und viele technologische Fortschritte hervorgebracht, die nun den Übergang zur Elektromobilität erleichtern. Fortschritte in der Materialwissenschaft, Fertigungstechnologie, Sicherheitssysteme und Software haben maßgeblich dazu beigetragen, dass die Elektrifizierung schneller voranschreiten kann. Besonders bemerkenswert ist das Know-how im Bereich des Thermomanagements, das direkt auf Elektrofahrzeuge übertragbar ist, sowie die digitalen Simulationswerkzeuge, die die Entwicklung moderner Fahrzeuge revolutionieren.

Die Zukunft gehört zweifellos den Elektrofahrzeugen, aber der Verbrennungsmotor bleibt ein wichtiger Teil der Geschichte, der die Basis für diese Entwicklung gelegt hat.

Ein Hoch auf den Verbrennungsmotor – nicht nur für das, was er war, sondern auch für das, was er der Zukunft der Mobilität hinterlässt!