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[9]1 Einführung

1.1 Antriebe von Kraftfahrzeugen

Kraftfahrzeuge können sowohl von einem Verbrennungsmotor als auch von einem oder mehreren Elektromotoren angetrieben werden.

Der Verbrennungsmotor wandelt chemische Energie durch Verbrennung in mechanische Energie um, wobei als Kraftstoffe neben Benzin und Diesel auch Ethanol, Erd- und Flüssiggas (Autogas) sowie Wasserstoff zum Einsatz kommen können.

Bild 1: Unterteilung und Bezeichnung von Fahrzeugantrieben

[10]Elektromotoren sind elektromechanische Wandler, die elektrische Energie in mechanische Energie umsetzen. Der hierfür notwendige Strom kann an Bord von Kraftfahrzeugen entweder in Batterien gespeichert oder z.B. mit Hilfe einer Brennstoffzelle erzeugt werden. Der Elektromotor ist das Gegenstück zum Generator, der mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.

Werden zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges zwei verschiedene Motoren (im Regelfall ein Verbrennungs- und ein Elektromotor) eingesetzt, spricht man von einem Hybridantrieb. Hybridantriebe versuchen die Vorteile verschiedener Antriebsarten zu kombinieren.

Können in einem Verbrennungsmotor mehrere Kraftstoffe verwendet werden, wird der Antrieb als bivalenter Antrieb bezeichnet. Antriebe mit nur einem Betriebsmittel werden hingegen als monovalent bezeichnet, wobei dies auch für Fahrzeuge mit einem Nottank von weniger als 15 Litern Volumen gilt.

1.2 Sicherheit von Fahrzeugantrieben

Die Sicherheit des Fahrzeugs und auch die des Fahrzeugantriebs spielt für die Fahrzeughersteller bei der Entwicklung eine entscheidende Rolle. Die Hersteller müssen dabei diverse gesetzliche Regelungen einhalten, so z.B. UN-R 100 (»batteriebetriebene Elektrofahrzeuge«) oder UN-R 110 (»Antriebssystem mit komprimiertem Erdgas«). Diese Richtlinien schreiben notwendige Sicherheitsmaßnahmen und Prüfmethoden für die Antriebskomponenten vor. Auch in Crash Tests (z.B. EuroNCAP) stellen die Fahrzeuge ihre Sicherheit unter Beweis.

Vereinfacht kann dabei von drei verschiedenen Sicherheitsprinzipien gesprochen werden:

Geschützter Einbau (»Sicher verpacken«)

Komponenten des Fahrzeugantriebs, wie beispielsweise Kraftstofftanks, Hochvoltbatterien und Brennstoffzellen, werden an Stellen im Fahrzeug eingebaut, die erfahrungsgemäß bei vielen Unfällen nicht betroffen sind. Dies trifft insbesondere auf den Bereich über bzw. vor der Hinterachse, den Bereich des Mitteltunnels oder auch den Bereich der Spritzwand im Motorraum zu. Hierdurch sollen Gefahren reduziert werden, die z.B. beim Austritt von Kraftstoff oder bei Beschädigung einer Hochvoltbatterie entstehen würden.

Weiteren Gefahren, z.B. durch bewegliche Teile im Motorraum oder durch elektrischen Strom, wird durch einen konsequenten Berührschutz entgegengewirkt, [11]so dass es im unbeschädigten Zustand normalerweise nicht ohne weiteres möglich ist, derartige Teile zu erreichen.

Abschaltung bei Erkennung eines Unfalls (»Abschalten«)

Da durch die oben genannten Maßnahmen nicht ausgeschlossen werden kann, dass Komponenten des Fahrzeugantriebs trotzdem bei einem Unfall beschädigt werden und dann evtl. auch kein Berührschutz mehr gegeben ist, werden bei vielen Fahrzeugen Teile des Antriebssystems bei Erkennung eines Unfalls automatisch deaktiviert (z.B. durch das Abschalten der Kraftstoffpumpe oder das Unterbrechen des Hochvoltsystems).

Moderne Fahrzeuge verfügen in der Regel über ein System aus Sicherheitsgurten, Gurtstraffern und Airbags (Rückhaltesysteme), um die Fahrzeuginsassen bei einem Unfall vor Verletzungen zu schützen. Über das Steuergerät dieser Rückhaltesysteme können bei Erkennung eines Unfalls automatisch Teile des Antriebs abgeschaltet werden, um potenzielle Gefahren zu reduzieren.

Merke: Die durch das Steuergerät der Rückhaltesysteme (Airbagsteuergerät) ausgelösten Sicherheitsfunktionen können nur greifen, wenn der Unfall auch durch die angeschlossene Sensorik erkannt wurde.

Bei Fahrzeugüberschlägen oder auch bei einem schweren Heckaufprall werden bei vielen Fahrzeugen keine Airbags ausgelöst. In diesen Situationen ist es deshalb von der vorhandenen Sensorik und der Programmierung anhängig, ob ein Signal zum Abschalten des Antriebs gesendet wird. Nicht alle Unfallsituationen können sicher von der Sensorik der Rückhaltesysteme erkannt werden!

Bei Fahrzeugen, die nicht mit Rückhaltesystemen ausgestattet sind (z.B. Kleinserienfahrzeuge, Lkw, Busse), erfolgt ggf. keine Abschaltung des Antriebs bei einem Unfall. In einigen Fällen ist in derartigen Fahrzeugen ein Trägheitsschalter (Inertia Switch) eingebaut, welcher auf Beschleunigungen oder Verzögerungen reagiert, die gewisse Grenzwerte überschreiten. Ob ein solcher Trägheitsschalter vorhanden ist und ausgelöst hat, lässt sich von außen jedoch nicht erkennen.

Merke: Ausgelöste Airbags sind ein Indiz dafür, dass die Sensorik des Rückhaltesystems den Unfall erkannt hat und das Antriebssystem abgeschaltet wurde. Es gibt aber auch Unfallsituationen, die von der Sensorik nicht erkannt werden können oder Fahr[12]zeuge, die über keine Sensorik zur Unfallerkennung verfügen. Deshalb sollte immer eine manuelle Abschaltung vorgenommen werden!

Zudem ist es grundsätzlich möglich, dass der Antrieb z.B. auch bei der Erkennung einer Leckage (gasbetriebene Fahrzeuge) abgeschaltet wird. Allerdings gilt hier wie für alle diese Abschaltmechanismen, dass entsprechende Detektionsmöglichkeiten im Fahrzeug vorhanden sein müssen, was (außer bei einigen Versuchsfahrzeugen mit Wasserstoffantrieb) aktuell nicht der Fall ist.

Auch ein Brand des Fahrzeuges kann durch die vorhandene Sensorik heute i.d.R. nicht erkannt werden. Hieraus folgt, dass ein brennendes Fahrzeug (je nachdem in welchem Zustand es verlassen wurde) eingeschaltet sein kann oder während des Brandes aktiviert werden könnte.

Achtung: Bei Fahrzeugbränden (ohne vorausgehenden Unfall) erfolgt i.d.R. keine Abschaltung des Fahrzeugantriebs.

Grundsätzlich ist eine sichere Abschaltung des Fahrzeugantriebs bei Erkennung eines Störfalls auch von der Funktion der Abschaltmechanismen abhängig. So ist z.B. denkbar, dass elektromagnetische Absperrventile (vgl. Kapitel 3.2) so beschädigt werden, dass diese nicht mehr schließen können oder dass Schutzrelais (vgl. Kapitel 5.3) »zusammenkleben« können und so der Stromfluss nicht unterbrochen wird.

Verhinderung einer Explosion der Betriebsmittelspeicher (Tanks)

Durch Sicherheitseinrichtungen soll verhindert werden, dass von den Kraftstoffen und deren Speichern eine Gefahr ausgeht. Dies betrifft insbesondere alle Tanks für gasförmige Stoffe, da der Innendruck bei einer Temperaturerhöhung, z.B. infolge eines Fahrzeugbrandes, steigt und die Gefahr besteht, dass die Tanks bersten. Aus diesem Grund müssen die Tanks mit Sicherungen (sog. PRD – Pressure Relief Device) ausgestattet sein, die bei einem zu hohen Innendruck oder einer zu hohen Temperatur das Gas gezielt abblasen. Gleiches gilt auch für Hochvoltbatterien, deren Gehäuse über Überdrucköffnungen verfügen, die im Bedarfsfall einen unzulässig hohen Druckanstieg im Batteriegehäuse verhindern sollen.