Kraftfahrzeug - Technik.

Kraftfahrzeug - Technik. 1 EINLEITUNG Silver Ghost Der 1909 von Rolls-Royce hergestellte Silver Ghost gehörte zu den beliebtesten Luxusautos seiner Zeit. Mit seinem ruhigen Sechszylindermotor, der Innenausstattung aus Leder, dem faltbaren Verdeck und der Aluminiumkarosserie wurde er hauptsächlich von Chauffeuren gesteuert. Dabei spielte die Geschwindigkeit gegenüber der Bequemlichkeit eine untergeordnete Rolle. Robert Harding Picture Library Kraftfahrzeug, im allgemeinen Sinne ein Straßenfahrzeug mit maschinellem Selbstantrieb. (Unter nicht selbstfahrenden Straßenfahrzeugen versteht man Anhängerfahrzeuge.) Nach einer ebenfalls allgemeinen Untergliederung werden Kraftfahrzeuge technisch nach Anzahl der so genannten Spuren in Kraftrad und Kraftwagen unterschieden. Beim Kraftrad handelt es sich um ein einspuriges Kraftfahrzeug mit zwei Rädern (in manchen Fällen mit Beiwagen). Hierzu zählen Motorräder, Motorroller sowie Fahrräder mit Hilfsmotor (Moped, Mofa). Im Gegensatz dazu handelt es sich beim Kraftwagen um ein zwei- bzw. mehrspuriges Kraftfahrzeug. Kraftwagen lassen sich in Personenkraftwagen und in Nutzkraftwagen einteilen. Der Begriff Personenkraftwagen (auch Pkw) wird für ein Straßenfahrzeug angewandt, das maximal neun Personen aufnehmen kann. Ausgewählte Beispiele für Pkws sind die Limousine (geschlossener Aufbau, maximal vier Seitentüren), die Kabrio-Limousine (auch Cabrio-Limousine, Verdeck zum Öffnen, feststehende Seitenumwandung), das Coupé (geschlossener Aufbau, maximal zwei Seitentüren), das Kabriolett (auch Cabriolet, offener Aufbau, zwei oder vier Seitentüren) und der Kombi (vergrößerter Innenraum, mit Ladefläche). Weitere besondere Ausführungen des Pkws wären die Pullman-Limousine (verlängerter Innenraum, maximal sechs Seitentüren), der Transporter, der Krankenwagen, das Wohnmobil (siehe Wohnwagen), der Geländewagen sowie die Großraumlimousine. Die Nutzkraftwagen dienen zum Transport von Personen oder Gütern. Größere Fahrzeuge zur Personenbeförderung (mehr als neun Personen) sind Kraftomnibusse oder kurz Busse (siehe öffentlicher Personennahverkehr), größere Fahrzeuge zum Frachttransport (siehe Güterverkehr) bezeichnet man als Lastkraftwagen (Lkw). So genannte Zugmaschinen zählen ebenfalls zu den Nutzkraftwagen. Wie ihr Name bereits andeutet, nutzt man diese zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen. In dem folgenden Artikel wird überwiegend auf den herkömmlichen Personenkraftwagen eingegangen. 2 BAUGRUPPEN EINES KRAFTFAHRZEUGS Schema eines Kraftfahrzeugs Dieses Schema zeigt stark vereinfacht eine Auswahl wichtiger Elemente eines herkömmlichen PKWs. © Microsoft Corporation. Alle Rechte vorbehalten. Die Hauptbestandteile oder Baugruppen eines Kraftfahrzeugs sind der Motor, die Kraftübertragung, das Fahrwerk, der Aufbau (auch Karosserie), die Inneneinrichtung und die elektrische Ausrüstung. 2.1 Motor Schema eines Verbrennungsmotors Dieses Schema zeigt stark vereinfacht die wichtigen Elemente eines Verbrennungsmotors am Beispiel eines Viertakt-Ottomotors. © Microsoft Corporation. Alle Rechte vorbehalten. Zum Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendet man im Prinzip drei verschiedene Maschinentypen: den Verbrennungsmotor (siehe Verbrennungskraftmaschine), den Elektroantrieb und den Hybridantrieb. Beim Hybridantrieb handelt es sich meist um eine Kombination von Verbrennungsmotor und Elektroantrieb. 2.1.1 Verbrennungsmotor Der Verbrennungsmotor von Kraftfahrzeugen besteht im Wesentlichen aus dem Kurbelgehäuse (mit Zylinder und Zylinderkopf), dem Kurbeltrieb, der Motorsteuerung, der Motorschmierung, der Zündanlage, dem Vergaser bzw. der Einspritzanlage und der Motorkühlung. Beim Verbrennungsmotor wird zunächst die im Kraftstoff (siehe Benzin) gebundene chemische Energie durch Verbrennung in Form von Wärmeenergie freigesetzt. Ein Teil dieser frei werdenden Energie wird dann mit Hilfe des Kurbeltriebes in mechanische Arbeit umgewandelt. Verbrennungsmotoren lassen sich nach unterschiedlichen Kriterien einteilen. Eine Möglichkeit wäre die Gliederung in Benzin- bzw. Ottomotor (siehe Nikolaus Otto) und Dieselmotor (siehe Rudolf Diesel). Als weiteres Einteilungskriterium bietet sich das Arbeitsspiel des Motors an. In diesem Falle unterscheidet man Zweitaktmotoren von Viertaktmotoren. Als letztes Beispiel sei die Einteilung nach dem Bewegungsablauf genannt. Hier unterscheidet man u. a. den Hubkolbenmotor vom Kreiskolbenmotor. Die bei weitem größte Anzahl von Kraftfahrzeugen ist mit Hubkolbenmotoren ausgestattet. Seit 1964 gibt es auch Fahrzeuge mit Kreiskolbenmotoren (auch Rotationskolbenmotor). Dieser Maschinentyp ist besser unter dem Namen Wankelmotor bekannt (siehe unten). 2.1.2 Viertakt-Ottomotor Nikolaus August Otto Der Maschinenbauer und Unternehmer Nikolaus August Otto (1832-1891) konstruierte gemeinsam mit E. Langen 1867 einen Gasmotor, aus dem nur kurz darauf der Viertaktverbrennungsmotor hervorging. Otto entwickelte die später nach ihm benannte Maschine (Ottomotor) als Viertakt- und als Zweitaktausführung. Keystone Pressedienst GmbH Der Viertakt-Ottomotor benötigt vier Kolbenhübe (Takte) pro Zyklus. Beim Ansaugtakt (erster Abwärtshub) wird das Benzin-Luft-Gemisch in den Zylinder eingesogen. Anschließend wird das Gemisch im Verdichtungstakt (erster Aufwärtshub) komprimiert (verdichtet). Im Arbeitshub (zweiter Abwärtshub) erfolgt die Verbrennung des verdichteten Benzin-Luft-Gemischs. Dieser Takt liefert die eigentliche Kraft. Mit dem Auspufftakt (zweiter Aufwärtshub) werden die Verbrennungsgase aus dem Zylinder herausgedrückt. Ein- und Auslassventile im Zylinder regeln das Ansaugen des Treibstoffs und die Freigabe der Verbrennungsgase. Am Ende des Krafthubes beträgt der Druck der Verbrennungsgase im Zylinder 2,8 bis 3,5 Kilogramm pro Quadratzentimeter. Diese Gase entweichen beim Öffnen des Auslassventils mit fast explosiver Gewalt und gelangen über den so genannten Krümmer zum Auspuff. Letzterer dient in erster Linie als Schalldämpfer. Der Vierzylindermotor liefert bei jedem Hub des Zyklus die Kraft von einem der Zylinder. Mit dieser Entwicklung konnte eine kontinuierliche Kraftbereitstellung erzielt und ein reibungsloserer Betrieb des Viertaktmotors erreicht werden. Eine weitere Leistungssteigerung gelingt beispielsweise durch Motoren mit sechs, acht und zwölf Zylindern, die entweder nacheinander in Reihe oder V-förmig in zwei Reihen angeordnet sind (,,V-Motor"). Diese Motoren sind allerdings äußerst ungünstig im Benzinverbrauch. Funktionsweise eines Viertakt-Hubkolbenmotors Diese zum Teil animierte Illustration zeigt stark vereinfacht am Beispiel des Benzin- oder Ottomotors die Funktionsweise eines Hubkolbenmotors nach dem Viertaktprinzip. Dieselmotoren funktionieren ähnlich, aber sie benötigen z. B. keine Zündkerzen, weil der Dieselkraftstoff sich ab einer bestimmten Verdichtung von selbst entzündet. © Microsoft Corporation. Alle Rechte vorbehalten. Eine Möglichkeit, das Motorgewicht und damit den Spritverbrauch zu senken, stellten Forscher der TU Chemnitz und der TU Clausthal Ende 1997 vor. Den Wissenschaftlern gelang die Konstruktion eines Magnesiumverbundkolbens, der im Wesentlichen aus einer kohlefaserverstärkten Magnesiumlegierung besteht. Bei Erwärmung dehnen sich die Kolben weniger stark aus als herkömmliche Aluminium-Silicium-Kolben und lassen sich zudem passgenauer herstellen. 2.1.3 Vergaser