Auto (Automobil)

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Das Automobil (v. griech.: αυτο-, auto- = selbst + lat.: mobilis = beweglich), kurz Auto, ist neben dem Fahrrad eines der am häufigsten benutzten Straßenfahrzeuge zur Personen- und Lastenbeförderung.

Automobil wird definiert als selbstfahrendes Vehikel (Automobile) das sich unabhängig von Schienen und ohne den Einsatz von Zugtieren selbständig und aus eigenem Antrieb beliebig auf Straßen und Wegen fortbewegen kann. Diese Definition schließt auch motorisierte Zweiräder mit ein, jedoch wird das Wort im allgemeinen Sprachgebrauch meist ausschließlich für mehrspurige Fahrzeuge verwendet. Oft ist auch nur der PKW gemeint.

Geschichte

Erfindung des Automobils

Das vermutlich erste Automobil wurde 1678 vom Jesuitenpater Ferdinand Verbiest (1623–1688) am chinesischen Hof gebaut und eingesetzt. Es handelte sich dabei um eine selbstfahrende Dampfmaschine.

Der Kolbenmotor, nach dessen Schema auch die meisten heutigen Motoren arbeiten, ist eine Erfindung des niederländischen Physikers Christiaan Huygens (1629–1695). Es handelte sich um einen Explosionsmotor bei dem tatsächlich Schießpulver als Explosionsstoff eingesetzt wurde.

Bereits 1768 wurde von Nicolas Joseph Cugnot, einem französischer Militäringenieur, für die französische Armee ein dreirädriger Dampfwagen mit Zweizylindermaschine zum Transport von Kanonen gebaut, der jedoch sehr anfällig war und kaum benutzt wurde.

Der erste dokumentrierte Geschwindigkeitsrekord eines Automobils wurde von dem Franzosen Gaston de Chasseloup-Laubat mit 63,14 km/h 1898 mit einem Elektroauto aufgestellt. Bis 1964 werden Automobil-Geschwindigkeitsrekorde nur von Fahrzeugen anerkannt, die über die Räder angetrieben wurden.

Im 19. Jahrhundert wurde eine Vielzahl an Dampfautomobilen gebaut. Bereits 1828 gab es einen mehr oder weniger regelmäßigen Pendeldienst mit einem Dampfbus zwischen London und Bath. Im 20. Jahrhundert wurde ein erfolgreicher Dampf-Lkw gebaut, der Sentinel.

Am Ende des 19. Jahrhunderts konkurrierten die verschiedenen Antriebsarten für Automobile noch sehr stark miteinander, bevor sich der Hubkolbenmotor durchsetzen konnte. Dies zeigen zum Beispiel die Produktionszahlen der amerikanischen Automobilfertigung (75 Hersteller) aus dem Jahr 1900:

  • Insgesamt wurden 4.192 Automobile gefertigt.
    • 1.688 Dampfautomobile
    • 1.575 Elektrofahrzeuge
    • 929 Fahrzeuge mit Benzinmotor

Das Benzinautomobil benötigte bis in die 1920er Jahren um sich gegen die anderen Antriebsarten durchzusetzen. Gründe waren u.a. der technische Fortschritt im Motorenbau und billiger Kraftstoff aus Erdöl mit einer viel höheren Energiedichte als elektrische Speicher, sowie die auch heute noch gültigen Vorteile, wie z.B. große Reichweite und hohe Geschwindigkeiten.

Siehe auch: Liste bedeutender Erfindungen

Das heutige Automobil

Die Entwicklung der heutigen Autos begann 1886 in Deutschland. Es wurde am 3. Juli 1886 in Mannheim von Carl Benz erfunden. Kurz danach folgten unabhängig davon in Cannstatt bei Stuttgart Gottlieb Daimler und Wilhelm Maybach sowie Siegfried Marcus in Wien.

Die erste Überlandfahrt unternahm Bertha Benz am 5. August 1888 von Mannheim nach Pforzheim.

Bedeutung des Automobils

Wirtschaft

Kaum ein anderes industrielles Massenprodukt hat den Alltag der Menschheit mehr verändert als das Automobil. Ungefähr seit dem Jahr 1900 hat es mehr als 2500 Unternehmen gegeben, die Automobile für den Markt produzieren. Viele Unternehmen, die im 19. Jahrhundert Eisenwaren oder Stahl produzierten, fingen Mitte des Jahrhunderts mit der Produktion von Waffen oder Fahrrädern an und entwickelten dadurch die nötigen Kenntnisse, die Jahrzehnte später im Automobilbau benötigt wurden.

Selbst heute gibt es noch viele kleine Betriebe im Bereich Automobilproduktion, die nur eine handvoll – zumeist exklusive – Fahrzeuge produzieren, beispielsweise die Unternehmen Stutz (USA) oder Morgan (GB).

In Westeuropa wurden im Jahr 2003 14.208.250 Personenkraftwagen erstmalig für den Verkehr zugelassen. Weltweit waren es 56,3 Millionen Automobile. Während die Nachfrage nach Personenkraftwagen mit nur 1% Wachstum fast stagniert wurden über 6% mehr Nutzfahrzeuge gegenüber dem Jahr 2002 abgesetzt. Dieser Zuwachs spielt sich zumeist in den sogenannten Entwicklungsländern ab, mit China als Vorreiter, wo gegenüber dem Jahr 2002 35% mehr Automobile in den Verkehr gebracht wurden.

In Deutschland wurden zur Herstellung von Automobilen im Jahr 2003 etwa 770.000 Menschen direkt beschäftigt, weitere 1,4 Millionen bei den Zulieferern.

Mobilität

Kernpunkt der Bedeutung des Automobils ist die Mobilität, aber auch die Flexibilität. Bis in das 18. Jahrhundert gab es als Fortbewegungsmittel nur die Kutsche und das Pferd. Mit Erfindung der Eisenbahn konnte zwar die Geschwindigkeit gesteigert werden, aber man war an Fahrpläne und bestimmte Haltepunkte gefesselt. Erst das Automobil ermöglichte die universelle, schnelle und individuelle Fortbewegung, sowie den flexiblen schnellen Transport von Waren. Insgesamt waren zum 1. Januar 2004 49.648.043 Automobile in Deutschland zugelassen.

Die weite Verbreitung und intensive Nutzung führt heute in Ballungsgebieten zuweilen auf Schwierigkeiten, da die Anzahl der Nutzer zu groß ist. (Stau).

Der Warenverkehr auf der Straße ist eine elementarer Bestandteil der heutigen Wirtschaft. Die Flexibilität der Nutzfahrzeuge erlaubt es z.B. auch leicht verderblich Waren direkt zum Einzelhandel, bzw. zum Endverbraucher zu bringen. Mobile Baumaschinen übernehmen heute einen großen Teil der Bauleistungen. Just-in-time-Lieferungen ermöglichen einen viel schnelleren Bauablauf. Beton wird in Betonwerken gemischt und anschließend mit Spezialfahrzeugen zur Baustelle gebracht, mobile Betonpumpen ersparen den Gerüst- oder Kranbau.

Risiken

Für die durch das Automobil ermöglichte Mobilität nimmt die Gesellschaft einige Risiken auf sich. Die Luftverschmutzung durch die Abgase der Verbrennungsmotoren nimmt, gerade in Ballungsräumen, z.T. gesundheitsschädigende Ausmaße an (Stichwort Smog). Die Treibstoffe der Motoren beeinhalten giftige Substanzen wie Xylol, Toluol, Benzol sowie Aldehyde. Noch giftigere Bleizusätze sind zumindest in Europa und den USA nicht mehr üblich. Der Verbrauch von fossilem Erdöl zum Betrieb des Automobils erzeugt einen CO2-Ausstoss von mehreren Millionen Tonnen jährlich und trägt so erheblich zum Treibhauseffekt bei. Die Vorkommen an fossilen Energieträgern, insbesondere Erdöl, sind begrenzt. Die Verteilung der Vorkommen und der Verbraucher führt zu politischen Konflikten bis hin zu militärischen Auseinandersetzungen. Die Fertigung des Automobils verbraucht darüber hinaus erhebliche Mengen an Rohstoffen, Wasser und Energie. Je nach Weltanschauung gehen die Angaben jedoch weit auseinander. Nach Angaben der Automobilindustrie werden nur etwa 2700 l je hergestellten Fahrzeug als Abwasser in die Kanalisation beziehungsweise in das Klärwerk entlassen, die auch noch zu einem gewissen Teil aus den Sozialräumen stammen. (Quelle:Audi). Greenpeace geht im Greenpeacemagazin 4/97 von einem Verbrauch von 20000l für einen Mittelklassewagen aus. Der Spiegel Special 11/1998 berechnet für die Herstellung eines Mittelklasse Personenwagens (etwa: Mercedes E-Klasse) gar 226.000 Liter Wasser. Die Wasserwirtschaft sieht branchenpositive 380.000l für ein Fahrzeug als notwendig an.

Die Automobilindustrie arbeitet daher an alternativen Konzepten, die jedoch erst durch politische bzw. wirtschaftliche Zwänge größere Verbreitung erlangen können.

Technik

Die meisten produzierten Fahrzeuge basieren auf der Grundkonstruktion des Mercedes Simplex (1906 – siehe Foto oben, sog. Simplexkonstruktion). Sie besitzen einen Motor vorne, ein Getriebe und Antriebswellen zu den angetriebenen Rädern. Der Begriff Simplex geht auf Kaiser Wilhelm II. zurück, der sich 1906 auf einer Automobilausstellung in Berlin den Startvorgang des Mercedes erklären ließ und den rund 10 minütigen "Startvorgang" als "Simplex" bezeichnete.

Die deutsche Kaiserfamilie war sehr automobilbegeistert, der Bruder von Kaiser Wilhelm II., Prinz Heinrich, erfand zwei Jahre nach der Amerikanerin Mary Anderson als erster Deutscher einen Scheibenwischer und meldete diesen 1905 zum Patent an.

Im Laufe der Automobilgeschichte wurden verschienste Konzepte vorgestellt. Dabei setzte sich der Hubkolbenmotor als Antriebsquelle durch. Alle anderen Motoren führen aufgrund ihrer Leistungscharakteristik, Bedienungsfreundlichkeit, technischer Einschränkungen oder fehlender Energiespeicher nur ein Nischendasein.

Komponenten des Autos

Der Antrieb

Heute verfügen die meisten Autos über einen Verbrennungsmotor. Treibstoffe hierzu sind vor allem Benzin (Ottomotor) und Diesel (Dieselmotor), in manchen Ländern auch Alkohol.

Die Wellenleistung des Motors wird dabei über eine Kupplung an ein Getriebe weitergeleitet. Sowohl Kupplung als auch Getriebe werden überwiegend manuell über Seilzug oder Gestänge vom Fahrer betätigt. Beide Komponenten können jedoch auch von den Fahrzuständen und in abhängigkeit von Beschleunigungsanforderungen das Fahrers automatisch geschaltet werden. Dabei wird herkömmlicherweise die Kupplung als Flüssigkeitskupplung (meist gleichzeitig als Drehmomentwandler ausgeführt) mit einem Planetenradgetriebe kombiniert. Kupplung und Getriebe sind nur Aufgrund der Leistungscharakteristik eines Verbrennungsmotors nötig, da bei diesem die Leistungsabgabe stark von der Drehzahl des Motors abhängig ist. Um die Motordrehzahl der Fahrgeschwindigkeit in gewissen Grenzen anzupassen wird ein Getriebe verwendet. Dieses beinhaltet bei einem PKW heute 4-6 Schaltstufen (Gänge), bei einem LKW bis zu 16 Schaltstufen. Für kleine Leistungen (bis etwa 55 kW) werden auch stufenlose Getriebe angeboten, entweder über Keilriemen oder mit Schubgliedern. Vom Getriebe wird die Wellenleistung auf das Differential geleitet. Bei einem Vorderachsantrieb ist das Differential dabei Teil des Getriebegehäuses. Bei einem Hinterradantrieb wird vom Getriebe die Leistung an die Kardanwelle abgegebenen, die dann wiederum das Differential antreibt. In seltenen Fällen wird aus Gründen der Gewichtsverteilung das Getriebe an der Hinterachse eingebaut, dies nennt man Transaxle-Bauweise. Die Kardanwelle dreht sich dabei mit Motordrehzahl. Vom Differential wird die Kraft dann mittels Antriebswellen an die Antriebsräder weitergeleitet.


Vermehrt werden heute auch wieder Autos mit Elektromotor produziert. Die Energie kommt hier aus Speichern wie Akkumulatoren oder Brennstoffzellen, die entweder mit Wasserstoff oder Alkohol betrieben werden. Beim Hybridantrieb zweier japanischer Hersteller besitzen die Wagen sowohl einen Ottomotor als auch einen Elektromotor. Der Ottomotor lädt dabei normalerweise die Batterie für den Elektromotor auf, der seine Vorteile wie hohes Drehmoment im tiefen Drehzahlbereich und Überlastfähigkeit ausspielen kann. Andere Betriebsarten bei diesen Wagen sind reiner Elektroantrieb oder Zuschaltung des Ottomotors bei hohen Leistungsbedarf. Erfolgreichste Vertreter dieser Gattung ist der Toyota Prius, von dem 2003 etwa 60000 Einheiten produziert wurden, und der Honda Civic IMA.

Solarfahrzeuge oder optionaler Pedalantrieb sind bisher rein experimentell bzw. Nischenprodukte. Aus Emissionsgründen oder um Alternativen zu fossilen Brennstoffen zu verwenden, werden Prototypen und Kleinserien mit den Treibstoffen Erdgas, Flüssiggas, Pflanzenöl (beispielsweise Rapsöl, Bio-Diesel) oder Wasserstoff, auch ein Auto mit Druckluftmotor wurde entwickelt. Diese Fahrzeuge haben derzeit keinen nennenswerten Anteil am Gesamtaufkommen, speziell der Anteil von Erdgasfahrzeugen steigt jedoch. Einigen dieser Konzepten wird eine größere Verbreitung für die Zukunft vorausgesagt,

Antriebsmaschinen

Motoren können nach ihrem "Funktionsprinzip" unterteilt werden:

Fahrwerk

Das Fahrwerk eines Automobils dient in seiner Gesamtheit dazu das Automobil erst fahrbar zu machen. Neben der Möglichkeit die Fahrrichtung zu ändern muss es das Fahrwerk ermöglichen das Automobil auch auf unebenen Strecken in stetigem Kontakt zur Fahrbahn zu halten, um so Beschleunigungen zu übertragen. Dazu wird in dem Fahrwerk neben den radführenden Bauteilen, etwa Achsen und Lenker, insbesondere Federn und Stoßdämpfern eingesetzt, um eine Bewegung der Räder zu ermöglichen.

Heutzutage wird im PKW meist eine Einzelradaufhängung verwendet. Bei schweren LKW kommt nach wie vor die Starrachse zur Anwendung. Dort kommt vereinzelt auch noch die Blattfeder als Federelemet zum Einsatz. Insbesondere beim LKW wird jedoch vermehrt die Luftfederung angewendet, die eine einfache Anpassung an die Beladung ermöglicht. Beim PKW kommen vorrangig Schraubenfedern zum Einsatz.

Sicherheit

Nach Zahlen der WHO sterben 1,2 Millionen Menschen jährlich an den direkten Folgen von Verkehrsunfällen. Alle Maßnahmen zur Erhöhung der Verkehrssicherheit zusammen haben dazu beigetragen, das sich die in einem Verkehrsunfall getöteten Personen (2003: etwa 6600) in Deutschland auf dem niedrigsten Stand seit Einführung der Statistik im Jahre 1953 bewegt.

Die Sicherheit der Insassen und potentieller Unfallgegner von Kraftfahrzeugen kann durch organisatorische, konstruktive oder persönliche Maßnahmen verbessert werden.

  • Zu den organisatorischen Maßnahmen zählen zum Beispiel: Verkehrslenkung (Straßenverkehrsordnung mit Verkehrsschildern oder etwas moderner durch Verkehrsleitsysteme), gesetzliche Regelungen (Gurtpflicht, Telefonierverbot), Verkehrsüberwachung und straßenbauliche Massnahmen.
  • Die konstruktiven Sicherheitseinrichtungen moderner Automobile lassen sich grundsätzlich in zwei verschiedene Bereiche eingliedern.
    • Passiven Sicherheitseinrichtungen sollen, wenn ein Unfall nicht zu vermeiden ist, die Folgen abmildern. Dazu zählen: Sicherheitsgurt, Überrollbügel, deformierbare Lenkräder mit ausklinkbaren Lenksäulen, Knautschzone, Seitenaufprallschutz, konstruktive Maßnahmen zum Unfallgegnerschutz
    • Aktiven Sicherheitseinrichtungen sollen einen Unfall verhindern oder in der Schwere herabsetzen. Beispiele: ABS, ASR, ESP, Airbag, Gurtstraffer
  • Persönliche Maßnahmen, wie defensives Fahren, korrektes Einhalten der Verkehrsvorschriften oder Training der Fahrzeugbeherrschung, beispielsweise bei einem Fahrsicherheitstraining helfen das persönliche Unfallrisiko zu vermindern.

Entwicklungstendenzen

Verschiedene Entwicklungstendenzen lassen sich derzeit beobachten. So wird zum Beispiel die Integration der Informationselektronik verstärkt betrieben (Navigationssysteme, Unterhaltungsmedien für Mitfahrer, usw.). Hauptthema ist auch die weitere Verbrauchssenkung. Die technischen Fortschritte auf dem Gebiet der Motorentechnik und des Leichtbaus werden jedoch zum Teil durch zusätzliche Komfort- und Sicherheitsausstattungen, sowie höhere Motorisierungen der Fahrzeuge wieder wett gemacht. Trotzdem sinkt der Flottenverbrauch weiter ab. 2003 wurde der Flottenverbrauch in Deutschland zu 7,35 l/100km errechnet. Grund ist vor allem der große Anteil von neu zugelassenen Dieselfahrzeugen. Dies führte auch dazu, das der Gesamtabsatz an Benzin und Diesel in Deutschland seit 1999 rückläufig ist.

Die wesentlichen Innovationen der Fahrzeugtechnik betreffen folgende Themenbereiche