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BMW - auf dem Weg in die Zukunft - Referat
Die Automobile Geschichte wurde ca. 125 Jahre fast ausschließlich von Verbrennungsmotoren geprägt. Unter Verbrennungsmotoren versteht man eine Arbeitsmaschine, welche durch Verbrennung von Kraftstoffluftgemischen, chemische Energie in mechanische Energie umwandelt. Die bekanntesten Verbrennungsmotoren sind:
Ottomotor
Dieselmotor
Wankelmotor
Bei diesen Motoren fallen verschiedene Abgase an z.B. Stickstoffoxide (〖NO〗_X), Kohlenstoffdioxid (〖CO〗_2), Kohlenstoffmonooxid (CO) und Schwefeldioxid (〖SO〗_2), welche die Umwelt sehr belasten, und den Treibhauseffekt verstärken. Zusätzlich werden die Fahrzeugbestände immer größer und wer die Unabhängigkeit genossen hat, der möchte nicht auf sein Auto verzichten (Autoneuzulassungen China 2005: 4,1 Millionen, 2010: 12,55 Millionen, 2015: 21,15 Millionen). Ein weiteres Problem ist, dass es Erdölreserven nicht für die Ewigkeit gibt und man nimmt an, dass diese in etwa 50 Jahren verbraucht sein werden. Viele Automobilhersteller arbeiten deshalb derzeit an alternativen Antrieben, welche unabhängig von den fossilen Brennstoffen sind und die Emissionen erheblich verringern. Momentan gibt es verschiedene Konzepte von unterschiedlichen Herstellern, z.B.
Elektromotor
Hybridantrieb
Brennstoffzelle
Da mir die Marke BMW sehr gefällt und mich das Thema Auto sehr interessiert, möchte ich in meiner Facharbeit meine Frage beantworten: „Ist BMW auf dem Weg in die Zukunft?“
1. Firma
1.1. Historie
1916 gab es die Flugmaschinenfabrik Gustav Otto und die Rapp Motorenwerke GmbH. Nach einigen Umwandlungen der Rechtsformen (GmbH wird zu AG) wurde aus der Rapp Motorenwerke GmbH die Bayrischen Motoren Werke AG. 1922 ging der Motorenbau der BMW AG in die Bayrische Flugzeugwerke AG über, mitsamt dem Namen und Logo. Nach dem 1. Weltkrieg (1919) verbot der Friedensvertrag von Versailles die Herstellung von Flugzeugen innerhalb Deutschlands. Daher verlegte sich BMW auf die Produktion von 500 cm³ 4Takt Ottomotorblöcken. 1921 trieben diese Motoren die Motorräder der Firma Victoria an. Als sie dann 1922 die Flugzeugwerke übernommen hatten, wurden sie selbst zum Motorradhersteller und brachten im Dezember 1922 einen funktionierenden Prototypen hervor. Der bereits vorher entwickelte Boxer Motor wurde quer zur Fahrtrichtung montiert und mit einem Kardanantrieb versehen um das hintere Rad anzutreiben. Am 28. September 1923 wurde die BMW R32 auf der Auto- und Motorradaustellung in Berlin präsentiert. Im gleichen Jahr ging die R32 zu einem Stückpreis von 2200 Reichsmark in Serie. 1928 kaufte die BMW AG die Fahrzeugfabrik Eisenach und baute von dort an Kleinwagen nach einer Lizenz der Austin Motor Company. Ab 1932 begannen dann auch eigene Entwicklungen. Ab 1933 wurde der Flugzeugbau staatlich massiv gefördert. 1934 gliederte die BMW AG ihre Abteilung „Flugzeugbau“ in die BMW Flugmotorenbau GmbH aus. Ab dem Zeitpunkt baute BMW wieder Flugzeuge für die deutsche Luftwaffe. Nach dem 2. Weltkrieg besetzten die Alliierten die BMW Fabriken. Da BMW als Rüstungsbetrieb galt, wurde alles zur Demontage freigegeben und die intakten Maschinen wurden als Reparationsgut in alle Welt verschifft. Der Wiederaufbau gestaltete sich als schwierig und es fand eine Notproduktion von Haushaltsgeräten statt. Als erstes Nachkriegs-Fahrzeug brachte BMW die R24 heraus. Das erste Nachkriegsautomobil war der BMW 501 der von einem 6-Zylindermotor Ottomotor angetrieben wurde und zur Luxusklasse zählte. Ein wirtschaftlicher Erfolg wird dieses Auto jedoch nicht. Von dort an ging es steil bergauf für BMW. 1972 bauten sie eine Fabrik in Südafrika, 1987 in Regensburg und 1994 in den USA.1994 kauften sie die Rover Group mit allen Tochtergesellschaften. 2000 trennten sie sich von der Rover Group, nur die Marke Mini verbleibt bei BMW. 2002 erweitert die BMW AG ihr Portfolio um einen weiteren Juwel, sie übernehmen alle Rechte an Rolls-Royce.
2. Produktpalette
2.1. Automobile
2.1.1. Vorkriegsautomobile
Als Vorkriegsautomobile gelten alle Autos, die vor dem 2. Weltkrieg gebaut wurden. Das erste von BMW gebaute Automobil war ein Kleinwagen namens Dixi 3/15, dieser wurde in der Fahrzeugfabrik Eisenach unter der Lizenz von Austin 7 gebaut. Das erste eigens konzipierte Auto war der 3/15 PS, welches eine Weiterentwicklung der Dixi ist. Danach folgten viele Autos, welche auf diesen beiden aufbauten.
2.1.2. Nachkriegsautomobile
Das erste Nachkriegsautomobil von BMW war der BMW 501. 1961 stellte BMW auf der IAA den 1500, eine Mittelklasse-Limousine, vor. Mit dieser gelang dem Automobilhersteller der Durchbruch. Der Ursprung des heutigen 5ers wurde ab 1972 gebaut (E12). Sein kleiner Bruder, der 3er (E21), wurde ab 1975 gebaut. Ein weiterer Meilenstein war der M1, welcher als Supersportwagen seine Bahnen ziehen sollte. Heute bedient BMW von Kompaktklasse bis SUV alle Karosserietypen.
2.1.3. BMW M
Die BMW M GmbH (damals BMW Motorsport GmbH) wurde 1972 gegründet um alle Motorsportaktivitäten und sportliche Kundenfahrzeuge unter eine Gesellschaft zu bringen. Das erste Großprojekt war der BMW 3.0 CSL, der auf dem E9 basierte.
2.1.4. BMW i
BMW i ist ein Subunternehmen welches Konzepte für nachhaltige und zukunftsweisende Mobilität präsentiert und umsetzt. Die ersten i-Modelle sind der i3 und der i8. Der vollelektrische i3 wird als saubere und effiziente Stadtvariante angeboten und angepriesen. Der i8 ist ein Plug-In Hybrid, welcher als, „Sportwagen der Zukunft“ bezeichnet wird. Er vereint Beschleunigungswerte eines Sportwagens mit Verbrauchswerten eines Kleinwagens. Und erreicht durch das Zusammenwirken von Aerodynamik und effizienter Motoreinsetzung sehr geringe Emissionswerte.
2.2. Motorräder
Seit 1923 werden von BMW Motorräder hergestellt. BMW ist heutzutage der größte Hersteller für hubraumstarke Motorräder in Europa. Anfang 2014 waren ca. 12 % der Motorräder in Deutschland BMW-Maschinen. BMW unterteilt ihre Maschinen in Sport-, Touren-, Roadster-, Heritage-, Adventure- und Urban-Mobility-Räder.
3. Verbrennungsmotoren
3.1. Ottomotoren
Ottomotoren sind Verbrennungsmotoren, die nach einem Miterfinder des 4-Takt-Prinzips, Nicolas August Otto benannt wurden. Sie können nach dem 2-Takt-Prinzip, aber auch nach dem 4-Takt-Prinzip arbeiten, wobei das 4-Takt-Prinzip die heute gebräuchliche Bauart in Fahrzeugen ist. Egal welches Prinzip, es gibt immer die vier Schritte: Ansaugen, Verdichten, Verbrennen, Ausstoßen. Der Grundaufbau beschreibt einen Kolben, der sich in einem Zylinder hoch und herunter bewegt. Dabei ist der obere Totpunkt der höchste und der untere Totpunkt der tiefste vom Kolbenboden erreichbare Punkt. Das Raumvolumen dazwischen nennt man Hubraum. Dieser Kolben treibt über einen Pleuel die Kurbelwelle an. Jeder Kolbenhub stellt einen Takt dar. Bei dem 4-Takt-Prinzip ist die erste Kolbenbewegung nach unten gerichtet. Der erste Takt ist der Ansaugtakt. Das Einlassventil ist geöffnet und das Auslassventil geschlossen. Dadurch gelangt das Benzin-Luft-Gemisch in den Brennraum. Wenn der Kolben seinen unteren Totpunkt erreicht hat wird der erste Takt beendet und der zweite beginnt. Während die Ventile geschlossen sind bewegt sich der Kolben nach oben, wobei er das Gasgemisch im Brennraum verdichtet. Wenn nach dem Verdichten des Gemisches der obere Totpunkt erreicht ist beginnt der dritte Takt (bei dem alle Ventile geschlossen sind). Direkt am Anfang des dritten Taktes kommt die Zündkerze zum Einsatz. Diese gibt einen Funken ab, der das komprimierte Benzin-Luft-Gemisch entzündet. Explosionsartig wird der Kolben nach unten gedrückt. Wenn der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat beginnt der vierte Takt, der Ausstoßtakt. Das Auslassventil ist geöffnet und das Einlassventil geschlossen. Der Kolben bewegt sich nach oben und drückt die Abgase durch das Auslassventil aus dem Brennraum. Nach diesem bewegt sich der Kolben wieder nach unten und der erste Takt beginnt erneut. BMW treibt, 4-Takt-Motoren zusätzlich mit Turbolader und/ oder Kompressoren an, um den Kraftstoffverbrauch zu senken und um mehr Leistung/ Drehmoment zu erreichen.
Beim 2-Takt-Prinzip laufen diese vier Prozesse in nur zwei Takten ab. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens wird im ersten Takt das im Zylinder befindliche Brennstoff-Luft-Gemisch verdichtet. Gleichzeitig wird das Volumen im Kurbelwellengehäuse größer und es entsteht ein Unterdruck. Dieser hat zur Folge dass durch den Ansaugkanal frisches Gas angesaugt wird. Der Kolben bewegt sich zu seinem oberen Totpunkt. Wenn er diesen erreicht hat fängt der zweite Takt an und die Zündkerze zündet das komprimierte Gas. Durch die Expansion des Gases wird der Kolben nach unten gedrückt. Dadurch wird die Kurbelwelle angetrieben. Gleichzeitig passiert allerdings noch etwas anderes. Da der Kolben nach unten läuft und damit das Volumen im Kurbelwellengehäuse verkleinert wird das neu im ersten Takt angesaugte Gas vorverdichtet. Das Abgas wird durch den im Brennraum entstehenden Unterdruck durch den Auslasskanal herausgesaugt und der verbleibende Rest wird von dem neuen Gas herausgespült. Wenn der Kolben ganz unten ist strömt das vorverdichtete Gas durch den Überströmkanal, welcher eine kleine Bohrung im Zylinder darstellt, in den Brennraum. Dort wird es im ersten Takt wieder verdichtet und verbrannt. Nun laufen diese 2 Takte wieder von vorne an. 2 Takt Motoren werden von BMW nicht mehr gebaut.
3.2. 4-Takt-Dieselmotoren
Die 4-Takt-Diesel-Motoren haben das gleiche Funktionsprinzip wie die 4-Takt-Ottomotoren, es gibt einen Kolben, welcher sich in einem Zylinder hoch und herunter bewegt. Allerdings sind Dieselmotoren Selbstzünder - sie besitzen keine Zündkerze, welche das Brennstoff-Luft-Gemisch zündet, sondern das Gas entzündet sich durch die hohe Verdichtung selbst. Um die Expansion zu erleichtern werden zusätzlich Glühkerzen verbaut, welche das Gemisch anwärmen. Auch diese Motoren werden von BMW mit Turboladern und Kompressoren gebaut.
3.3. Vor- und Nachteile von Dieselmotoren gegenüber Ottomotoren
Die Verdichtung von Diesel im Inneren des Motors liegt bei etwa 20:1, die eines Otto-Motors meist nur bei 13:1. Daraus folgt, dass der Dieselmotor viel höheren Druckbelastungen ausgesetzt ist als ein Ottomotor. Das spiegelt sich im Preis wieder, weil der Aufbau dementsprechend teurer ist als bei einem Ottomotor. Man sagt, dass ein Dieselmotor im Bau doppelt so teuer ist wie ein Ottomotor. Die Leistungs- und Drehmomententfaltung ist bei Dieselmotoren und Ottomotoren unterschiedlich. Grundsätzlich kann man sagen, dass Dieselmotoren mit gleichen Bedingungen wie Ottomotoren (Turboaufladung, Kompressoraufladung, Temperatur, Hubraum, Abgasanlage…) ein höheres maximales Drehmoment haben als Ottomotoren, aber eine geringere Leistung aufweisen. Die Drehmomentkurve bei Dieselmotoren kann man sich außerdem wie eine umgekehrte „1“ vorstellen. Dabei ist der maximale Ausschlag relativ früh erreicht und fällt danach wieder schnell ab. Beim Ottomotor ist die Kurve wie ein umgedrehtes „U“. Das Drehmoment steigt wie beim Dieselmotor an, jedoch fängt es früher an zu fallen, hat aber über ein relativ langes Drehzahlband das maximale Drehmoment.
3.4. Abgase
Egal ob Diesel oder Benzin, beide Stoffe werden aus Erdöl gewonnen. Erdöl ist im Laufe von Millionen von Jahren aus Tier- und Pflanzenresten entstanden. Diese organischen Stoffe enthalten chemisch gebundene Kohlenstoffatome, welche bei der Verbrennung oxidieren. Kohlenstoffdioxid (〖CO〗_2) entsteht bei jeder biologischen Verbrennung und bildet die Treibhausglocke, welche die Sonnenstrahlen die von der Erdoberfläche reflektiert werden, wieder zurück zur Erde wirft. Wenn jedoch durch die Abgase der Autos, unnatürlich viel Kohlenstoffdioxid (〖CO〗_2) in die Umwelt gelangt, wird die Treibhausglocke immer dicker und reflektiert immer mehr Strahlen zur Erde zurück. Die Folge dessen ist die Erderwärmung, welche das Schmelzen der Eisreserven verursacht und damit in aller Welt Überschwemmungen hervorbringt. Kohlenstoffmonoxid(CO) entsteht vor allem bei der unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffes. Das heißt, das Gas entsteht oft direkt nach dem Start des Motors oder im Leerlauf. Es ist ein starkes Atemgift, welches den Sauerstofftransport im Blut verhindert und dadurch schon in geringen Mengen tödlich sein kann. Stickstoffoxide (〖NO〗_X) entstehen, weil der Verbrennung Luft zugeführt wird und diese aus etwa 80% Stickstoff besteht. Diese Stickstoffoxide (〖NO〗_X) sind an der Bildung des Atemgifts Ozon beteiligt. Schwefeldioxid (〖SO〗_2) entsteht vor allem bei der Verbrennung von Diesel und Heizöl, da diese Schwefelreste besitzen. Aus Schwefeldioxid (〖SO〗_2) entsteht in der Luft mit Hilfe von Sauerstoff und Wasserstoff Schwefelsäure, welche den Regen noch saurer macht. Der Saure Regen hat die Schwefelsäure gelöst, welche die gesamte Umwelt angreift. Das Waldsterben wird dadurch gefördert, Häuser werden zerstört und die Lungen der Säugetiere werden gereizt.
4. Alternative Antriebe
4.1. Wasserstoffantriebe
Eine Brennstoffzelle ist eine Vorrichtung um chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Es läuft eine Verbrennung ohne typische Verbrennungsmerkmale ab. Das heißt, es entsteht keine sichtbare Flamme sowie keine spürbare Wärme. Um die Arbeitsweise einer Wasserstoffbrennstoffzelle zu betrachten muss man erst einmal wissen, dass bei einer normalen Verbrennung Elektronen von dem Brennstoffmolekül auf die Sauerstoffmoleküle übergehen. Beispielsweise wird bei der Verbrennung von Benzin (2C_6 H_14+〖19O〗_2〖12CO〗_2+〖〖14H〗_2 O〗_2) ein Kohlenstoffelektron zum Sauerstoffmolekül verschoben und dadurch entsteht Kohlenstoffdioxid (〖CO〗_2). In den Wasserstoffbrennstoffzellen nimmt man aber Wasserstoff (H_2) und Sauerstoff (O_2) und vermischt diese beiden Gase. Mit dieser Mischung passiert allerdings ohne die benötigte Aktivierungsenergie noch gar nichts. Dieses Gemisch hat aber Energie gespeichert (chemische Energie), welche man sich wie einen gespannten Gummi vorstellen kann. Jetzt kommen die Katalysatoren zum Einsatz, welche die benötigte Aktivierungsenergie herabsenken. Da nun die benötigte Aktivierungsenergie geringer ist als vorher kann eine Verbrennung ablaufen, welche aber keine Flamme oder ähnliches verursacht, sondern Spannung hervorbringt. Die Spannung, die eine Brennstoffzelle liefern kann, ist jedoch sehr gering (0,8 Volt). Deswegen nimmt man ganz viele von diesen Zellen und schaltet diese hintereinander, die dann genügend Spannung liefern um einen Elektromotor anzutreiben. Die Vorteile von Brennstoffzellen sind, dass sie keine schädlichen Abgase produzieren, wie Kohlenstoffoxide, Schwefeloxide oder Stickstoffoxide, sondern als Abgas ausschließlich Wasser (H_2O) abgeben. Man kann diese Brennstoffzellen auch mit anderen Gasen benutzen, zum Beispiel mit Methanol oder Kohlegas. Ein weiterer Vorteil ist, dass man den Wasserstoff, also den Brennstoff für diese Antriebsart, aus ganz einfachem Wasser herstellen kann und auf keine fossilen Brennstoffe angewiesen ist. Nachteile dieser sauberen Antriebsalternative sind, dass es keine Infrastruktur gibt, das heißt, dass es keine Tankstellen für Wasserstoff gibt (weswegen auch kein Autohersteller in Serie Brennstoffzellenautos fertigt). Und die Anschaffungskosten für Brennstoffzellen sind enorm. Der Wirkungsgrad in der Kette: Solarstrom  Wasserstoff  Brennstoffzelle  Elektromotor liegt bei gerademal 20%. Dagegen liegt er bei: Solarstrom  Stromnetz  Batterie  Elektromotor bei 60 %. BMW forscht in Zusammenarbeit mit Toyota an dieser Antriebsart. BMW hat den 5er GT mit einem solchen Antriebsverfahren ausgestattet und forscht, wie man dieses Konzept noch effizienter machen kann. Es gibt auch einen umgebauten BMW i8 mit „Hydrogen Fuel Cell“
4.2. Elektroantriebe
Elektroantriebe sind die wahrscheinlich meist diskutierte Antriebsart von Fahrzeugen. Überall finden Elektromotoren ihren Verwendungszweck, sogar in einem mit Verbrennungsmotor angetriebenem Auto sind viele Elektromotoren verbaut. Das bedeutet, die Autoindustrie ist gar nicht weit weg von der Elektromotorentechnik. Um die Funktionsweise eines Elektromotors zu erklären muss man erst einmal zwei physikalische Grundgesetze darlegen. Das erste Gesetz besagt, dass ein leitender Strom immer ein Magnetfeld erzeugt. Das zweite Gesetz besagt, dass sich unterschiedliche Pole abstoßen. Nun zum Aufbau: als wohl wichtigster Bestandteil ist der Rotor zu nennen. Dieser ist ein an der um die eigene Achse drehende Welle befestigter Elektromagnet. Der Rotor ist der bewegliche Teil des Motors, der die Spule trägt, welche später unter Spannung gesetzt wird. Als zweiter wichtiger Bestandteil des Elektromotors sind die Statoren zu nennen. Sie sind Dauermagneten, welche unterschiedlich geladen sind. Der Elektromotor wandelt elektrische Spannung in kinetische Energie um. Dies erfolgt dadurch, dass die Spule unter Strom gesetzt wird. Dadurch entsteht ein Magnetfeld. Wenn zwei gleiche Pole (Stator, Rotor) jedoch aufeinander treffen stoßen diese sich voneinander ab. Jetzt kommt der Umformer zum Einsatz. Dieser lässt den Strom in die andere Richtung fließen, was zur Folge hat, dass die sich Polung vom Rotor verändert. Jetzt stoßen sich der Rotor und der andere Stator voneinander ab. Dadurch entsteht die Drehbewegung. Der größte Vorteil von Elektromotor ist der Treibstoff. Es ist eben kein fossiler Brennstoff, der viele Abgase nach seiner Verbrennung freisetzt. Es ist elektrischer Strom, der mit null Emissionen gewonnen werden kann. Das maximale Drehmoment steht von Anfang an zur Verfügung, was eine bessere Beschleunigung gegenüber Ottomotoren zur Folge hat. Die Unterhaltskosten sind zurzeit noch gering, weil es eine Staatliche Förderung und einen Steuernachlass für Elektroautos gibt.
Ein großer Nachteil ist die Reichweite. Bei einem BMW i3 in der 60 Ah Variante beträgt die Reichweite gerademal 190 Kilometer. Für jemanden, der in der Stadt wohnt, mag das wohl zum Bäcker und zurück reichen. Aber für Vielfahrer und Menschen, die auf dem Lande wohnen reicht das eben nicht. Grund für die kurze Reichweite sind die noch nicht ausreichend erforschten Batterien. Das Gewicht von Batterien ist außerdem nicht außer Auge zu lassen. Viele Batterien in das Auto zu bauen geht auch nicht. Es gibt zwei Möglichkeiten diese Batterien aufzuladen. Über die normale 230 Volt Steckdose dauert das vollständige Aufladen etwa 8 Stunden. Bei der optional erhältlichen BMW-Schnell-Ladung dauert es ca. 37 Minuten. Aber diese 37 Minuten hat halt nicht jeder der im Berufsstress gebunden ist. Die Lebensdauer dieser Batterien ist außerdem noch nicht erforscht. Also kann es sein, dass nach 50 Tausend Kilometern eine neue Akkumulator-Einheit gekauft werden muss. Ein Vorteil ist der Treibstoff und seine Umweltverträglichkeit. Man muss aber diesen Vorteil mit Vorsicht genießen. Denn wenn der Strom durch ein Kohlekraftwerk erzeugt wird bringt das in Sachen Emissionseinsparung recht wenig.
4.3. Plug-In-Hybride
Ein Plug-In-Hybrid ist ein gekoppeltes System von Elektromotoren und Verbrennungsmotoren. Dort wird der vorhandene Strom durch den Verbrennungsmotor und einem Generator erzeugt. Zusätzlich wird oftmals auch eine Energierückgewinnnung der Bremsenenergie verbaut, was den Kraftstoffverbrauch von Hybridfahrzeugen erheblich verringern soll. Dort werden die geringen Reichweiten von Elektromotoren durch Verbrennungsmotoren wettgemacht.
Auswertung
Ist BMW auf dem Weg in die Zukunft? Ja! Die Ingenieure der Bayrischen Motorenwerke arbeiten gezielt an alternativen, ressourcensparenden und emissionsarmen Antrieben. Sie stellten verschiedene Konzepte vor. Plug-In-Hybride, Elektromotoren und auch Brennstoffzellen werden entwickelt und verfeinert. Dass nicht alle Prototypen und Antriebe in Serie gehen können ist jedem bekannt. Sobald die Probleme und Nachteile des Elektroantriebes entfernt sind, ist diese Alternative auch wirklich zukunftssicher.
Meiner Meinung nach ist ein grundlegend überarbeitetes Konzept, wie z.B. Car-Sharing, wirklich zukunftsweisend. Denn wenn man ein Auto nur mit anderen teilt oder es erst einmal ausleihen muss, wenn man es braucht, überlegt man es sich doch wahrscheinlich, ob man nicht lieber zu Fuß zum Bäcker geht. Jedoch wollen eben viele ein eigenes Auto besitzen um unabhängig zu sein. Solange dieser Egoismus gegenüber der Umwelt in den Köpfen der Menschheit steckt bringt auch die Entwicklung von Fahrzeugen nicht besonders viel.
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