Macht ein Leichtbau-eAuto Sinn?

Mir stellt sich die Frage, ob es denn überhaupt Sinn macht, wie BMW mit dem i3, das Auto möglichst leicht zu bauen.

Warum es in meinen Augen keinen Sinn macht?

Bei Verbrenner achtet man darauf, nicht das Auto überflüssig schwer zu machen, weil das weiteres Gewicht ist, welches der Motor den Berg hoch schleppen muss und die Bremsen den Berg wieder runter bremsen und die Energie die es den Berg hoch mehr gebraucht hat, einfach beim Bremsen verheizt wird.
Bei eAutos ist das ja aber anders, man rekuperiert den Berg runter und holt so, natürlich nicht 100% wieder zurück, aber Erfahrungsgemäß fast alles wieder in den Akku.

Nun hab ich mir überlegt, wie kann man das testen?

Erster Gedanke war, ich such mir so viele Sandsäcke wie ich in meinen Smart bekomme und fahr eine bestimmte Strecke ab. Einmal mit so viel mehr Gewicht wie geht und einmal ohne und kuck, wie viel Strom danach wieder in den Akku geht.
Da komm ich aber an den Punkt, das der 75Ps Motor wohl nicht alles rekuperiert bekommt, da er nunmal, im Vergleich zum Gewicht, nicht so viel Power hat. Also ging die Überlegung weiter zu unserem Model S, das hat PS grad genug und massig Überschuss um weiteres Gewicht zu bremsen. Dann viel mir wieder unser Roadtrip ans Nordkap diesen Sommer ein.
Da fuhren wir 8.200km mit ca 600kg-700kg Zusatzgewicht zum leeren Model S. Die 8.200km fuhren wir mit einem Durchschnittsverbrauch von 20,4kW/100km. Da war alles dabei, Autobahn, Landstraße, Stau, was einem so ein fällt.
Nun habe ich gerade nochmal gekuckt, was das Model S seit dem letzten Reset sagt, der geht über die letzten 10.000km, das war nach dem Nordkap, da sind es auch 20,4kWh/100km, aber deutlich mehr Autobahn.

Hab ich damit die Bestätigung, das das Gewicht fast keinen Unterschied macht, solange der Motor genügend PS hat die wieder alles rekuperiert bekommen?

Du wirst beim Rekuperieren immer Verluste haben. Außerdem hast Du bei mehr Beladung höhere Reibungsverluste.
Ein Leichtbau macht daher durchaus Sinn.
Um das empirisch zu messen, müssen die Strecke, der Fahrstil und alle anderen Parameter gleich sein.

Beim Leichtbau ist man immer der verletzlichere Verkehrsteilnehmer, darum hat das Wettrüsten begonnen. Sicherheit kostet Gewicht. Durch schlaue Maßnahmen wie verlagern der Knautschzone nach innen (SMART), energieabsorbierende Karosserie kann man etwas gewinnen, aber es bleibt der Massenunterschied im Verkehr.

Energetisch ist ein leichtes Fahrzeug natürlich ein Vorteil. Mein erstes Fahrzeug fuhr mit 1 kW Leistung 50 km/h. Ich muß immer daran denken, wenn ich meinen Fön morgens in der Hand habe.

Energieverbrauch ist nicht das einzige Argument. Beim Elektroauto macht das Gewicht nicht so viel aus, aber auch nicht null. Prozentual ist ein schwereres Auto dank grösserem Motor und höherer Rekuperationsleistung vermutlich sogar besser als ein leichtes Auto, aber in absoluten Zahlen wird der Verbrauch trotzdem höher sein.

Besonders auf der BAB bewirkt ein guter CW-Wert wohl mehr als Leichtbau.

Das Kurvenverhalten und der Bremsweg sind jedoch weitere Argumente, welche genauso wichtig sind wie der Energieverbrauch. Ausserdem ist der Reifenverbrauch bei einem schwereren Fahrzeug entsprechend höher, was natürlich auch bezahlt werden muss.

Kurz: Der Rollwiderstand ist prinzipiell linear zum Gewicht.

Die Idee hinter, die hinter dem i3 von BMW steht ist genial.

Das Mehrgewicht wird durch Leichtbau ausgeglichen.

Die Problematik sind der hohe Aufwand und die Mehrkosten !

Technisch wäre es natürlich besser ein E-Auto wiegt nicht mehr als ein vergleichbarer Verbrenner.

Der Bremsweg wird nicht zwingend grösser. Der Bremsweg ist abhängig von:
Bremsanlage
Fahrzeugmasse (inkl. rotierende Massen)
Traktion

Wie wir beim Vergleich von Audi SQ7 und Model X gesehen haben, ist das MX schneller im Stillstand. Weniger rotierende Masse und Unterstützung der Bremsanlage durch die Rekuperation dürften dafür verantwortlich sein.

Ein schweres Auto braucht eine grössere Bremsanlage als ein leichteres. Soweit so gut.
Die Traktion ist aber abhängig von der Fahrzeugmasse, wodurch die Masse beim Bremsen hilft.
Bremsen ist im Prinzip genau das gleiche wie Beschleunigen, aber halt in die andere Richtung.
Dort ist viel Masse auch kein Problem, wenn genug Drehmoment zur Verfügung steht. Die Reifen begrenzen das ganze dann irgendwo und verlieren die Traktion. Darum gibt es keine Autos mit Wunderbremswegen, die massiv unter den anderen liegen, und auch keine Wunderbeschleunigung. Irgendwo in der Gegend um 2.5 Sekunden für den Sprint von 0-100 km/h kommen die Reifen an die Grenzen. Unabhängig vom Fahrzeuggewicht.

Leichtbau ist auch im EV wichtig
EIn leichtes Auto braucht schmalere Reifen, die weniger Rollwiderstand haben.
Weniger Gewicht kann auch mit weniger Leistung beschleunigt werden.
Weniger Gewicht, weniger Ressourcenverbrauch.

Alles kommt da zusammen

Grüße

Mario

Die Masse ist praktisch irrelevant. Das Auto mit einem der kürzesten Bremswege überhaupt ist ein Panamera mit ca. 2 Tonnen.

Höheres Gewicht wird durch die gleichermassen höhere Haftreibung kompensiert, sodass sich die Masse zumindest in erster Approximation rauskürzt.

Korrekt.

Findet sich hier ein zweites Model S 85D im Pforzheimer Raum?

Dann beladen wir unseres mit irgendwas schwerem und fahren zu zweit 200km durch den Schwarzwald.
Dann sehen wir es ja

Hab leider kein Gefühl dafür, wie viel der erhöhte Rollwiederstand aus macht. Das man nicht genau gleich viel Verbraucht wie mit weniger Gewicht ist schon klar, hatte mir aber überlegt, das es ja nicht all zu viel mehr ist. Sodass es nicht ganz so dringend ist wie im i3, der ja letztendlich schwerer ist als mein Smart und trotzdem sparsamer unterwegs ist. Haben ja beide recht schmale Reifen, aber der i3 ist nunmal keine fahrende Box wie der Smart.

Aus meiner Sicht macht Leichtbau wenig Sinn beim Elektroauto. Jedenfalls derzeit noch. Die Akku-Kapazität ist nur knapp auf der Langstrecke. Und bei konstant 130 km/h spielt das Gewicht eine untergeordnete Rolle. Da ist eher die Aerodynamik und der Rollwiderstand interessant.
Für eine reines Stadtauto ist das natürlich was anderes.

Schwere Autos verursachen mehr Schäden am Straßenbelag. Das Model X mit seinen 2,5 Tonnen, das ich gerade bewegen darf, ist keine Freude auf dem Flickenteppich, den manche Gemeinde als öffentliche Straße unterhält. Die 255er und 275er Reifen rumpeln und donnern nur so über Fugen und Bodenwellen, da merkt man das Mehrgewicht zum Model S deutlich.

Das Model S und X sind mit der momentanen Zellchemie bei 100kWh ausgereizt, mehr Akku würde mehr Bauraum und mehr Gewicht erfordern.

Ich hoffe, wir sind mit Model 3 bald wieder deutlich unter 2 Tonnen, allein weil das Fahrzeug kleiner ist und auch weniger Akku für die gleiche Reichweite rumschleppen muss. Es wäre insgesamt für den Ressourcenverbrauch positiv, alle Autos so leicht wie gerade noch bezahlbar zu bauen.

Versuche eine leere und eine volle Schubkarre in Bewegung zu setzen, Na, was merkst du?
Wenn sie dann mal rollt, ist der Kraftaufwand fast gleich. Die schwere Karre rollt meist auch stabiler. (außer sie ist einseitig beladen )
Und beim Abbremsen brauchst du für die schwere Karre mehr Kraft als bei der leeren Karre.

a:) Gewicht ist gut, wenn sich etwas ruhig, gleichmäßig und linear Bewegen soll (z.B. Kreisel).
b:) Jede Richtungsänderung der Kraft kostet Leistung. Je größer die Kraft, desto mehr Leistung wird benötigt. (z.B. Automobil)

LG
Frank

Das ist falsch. Eine doppelt so schwere Schubkarre benötigt doppelt so viel Leistung, um sie mit einer bestimmten, konstanten Geschwindigkeit zu bewegen.

Ein Model S braucht bei 90-100 km/h etwa 16 kW Leistung. 8 kW davon gehen in die Überwindung des Luftwiderstands und 8 kW (also exakt gleich viel) in die Überwindung des Rollwiderstands. Erstaunlich, aber wahr.

Die doppelt so schwere Schubkarre braucht nur unter Vernachlässigung des Luftwiderstands die doppelte Leistung für die gleiche Geschwindigkeit. In der Praxis ist es weniger als das Doppelte.

Richtig! Bei typischen Geschwindigkeiten und Gewichten tendiere ich aber dazu, den Luftwiderstand zu vernachlässigen

Bei der Schubkarre sicher ausreichend.

Uns wurde in einer Schulung eine Faustregel gesagt, pro 100kg Mehrgewicht, steigt der Verbrauch um 0,5l. Zu Zeiten des Down-sizing und strenger werdender CO2 Vorgaben, kann das natürlich das Zünglein auf der Waage ausmachen. Im eAuto dagegen ist dies erstmal egal. Klar, einen Panzer auf vier Rädern will man auch nicht, wie aus den vorherigen Argumenten vorgeht.

Macht Leichtbau daher Sinn im eAuto? Tendenziell ist leichter immer etwas besser, da geringere Rollreibung, jedoch muss man die Relation dahinter sehen; der aktuelle 7er BMW hat eingelassene Karbonelemente im Rohbau, um damit (laut Werbeschrift) runde 150kg einzusparen, klingt erstmal viel, im Verbrauch jedoch wären es theoretische 750ml, die eingespart würden.
Karbonbauteile sind für ein Massenprodukt aufwendig in der Wartung, Metallbleche dagegen weitgehend einfach. Der Konstruktionsbedarf ist höher und auch die Fertigung wird komplizierter, nicht unbedingt die des Karbonteils, jedoch der Zusammenbau. Karbon lässt sich nicht auf Metall schweißen und muss geklebt werden, auch ein beherrschter Prozess, jedoch müssen hitzeempfindliche Faserverbundwerkstoffe mit in Hitze zu fügenden Metallteilen gepaart werden, das macht die Fertigung teurer.

Jetzt kommt ein Aspekt noch dazu, wie verhält sich der Werkstoff beim Crash? Kurzer Einschub: gerade Stahl ist da ein sehr angenehmes Material, da Stahlblech z.B. die ca dreifache Festigkeit und Masse hat aber damit dreimal dünner ausgelegt werden können, als z.B: Alu-Bauteile.
Im Unfall verformt sich Metall im Gegensatz zu Karbon- oder Glasfaser (CFK/GFK), durch die Verformung wird Energie abgebaut, was positiv ist, für den Schutz-Faktor. CFK und GFK dagegen halten einer Last nur begrenzt entgegen der Faserrichtung stand, jeder kennt das mit einem Garn, ziehen kann man es gut, drücken dagegen nicht. Ähnlich verhält es sich mit den Faserverbundwerkstoffen, wobei die duroplastische Matrix (2-Komponenten Harz, der die Fasern durchtränkt) da etwas helfen kann, jedoch nicht im gleichen Maße, wie die Fasern auf Zug aufnehmen können (> Versuch Garn in Sekundenkleber zu tränken).
Im Aufprall also, zerpröselt die Matrix und die Fasern knicken ab, das muss in der Konstruktion für die Crashsicherheit beachtet werden und benötigt eine aufwendige konstruktive Auslegung, auch die seitliche Belastung der Fasern ist minimal,

Metallische Werkstoffe bieten daher einen guten Kompromis aus handlichem Werkstoff, Verarbeitung, Sicherheit und Kosten, ein Aspekt der auch am Ende der Lebenszeit wichtig ist, ist die Möglichkeit des Recyclings, auch bei CFK Möglich, jedoch kann man damit nicht mehr das Ursprungsbauteil damit abbilden, da die Fasern dafür zu kurz werden, durch das Häckseln.

Macht der Leichtbau nun Sinn? Ja, aber mit Maß, nicht alles, wie z.B. Alu muss unbedingt besser sein, in tragenden Komponenten kann Stahl die bessere Auswahl sein, ein Materialmix macht es auch nicht einfacher zu ferigen, jedoch lässt sich dadurch viel anpassen. An den nicht-tragenden Teilen Alu oder Kunststoff zu verwenden und den belastenden Stellen eben bis zu hochfester Stahl.

Verbundwerkstoffe machen Sinn, wo Belastungen sehr vorhersehbar sind, in der Luft- und Raumfahrt z.B. wo man nicht auf Crash auslegen muss, sondern länger wirkende Betriebszustänge vorhanden sind, wie Druck, Zug, Biegungen oder Schwingungen.

Alles Gute!

Die Frage ist natürlich auch, inwiefern man überhaupt auf Gewicht verzichten WILL.
Ein Model S ist ja erstmal nicht nennenswert schwerer als andere Autos dieser Grössenordnung.
Wahnsinnig viel Gewicht lässt sich sparen, wenn z.B. auf bequeme Sitze verzichtet wird. Eine GFK-Sitzschale ist leicht und spart pro Sitz sehr viel. Man erwartet heute halt deutlich mehr Komfort von einem Auto, was ohne zusätzliches Gewicht nicht möglich ist. Sicherheit wiegt ebenfalls, Airbags sind ja nicht wirklich nur aus Luft.