TechnikElektromotoren

Kleiner, leichter, stärker

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Christoph Hammerschmidt

Christoph Hammerschmidt

freier Journalist

Elektromotoren müssen künftig einen Spagat hinbekommen: Kleiner und gleichzeitig stärker lautet die Vorgabe. Ganz gleich, ob für E-Mobility oder bei Antrieben für intelligente Werkzeugmaschinen im Zuge von Industrie-4.0-Projekten. Zwei Entwicklungsvorhaben mit unterschiedlichen Ansätzen zeigen, wie das gehen könnte.

19. Juni 2015

Das Rezept, nach dem die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen Elektromotoren kompakter machen, heißt »gießen statt wickeln». Mit dem Ziel »null Leistungsverlust«. Die Überlegung dahinter: Wickelt man die Rotorspulen eines Elektromotors auf herkömmliche Weise mit Kupferdraht, wird ein bestimmter Nutfüllfaktor erzielt. Dieser ist einer der Parameter, welche die Leistungsfähigkeit des Motors bestimmen. Stellt man die Wicklung dagegen im Gießverfahren her, lässt sich der Leiterquerschnitt den konstruktiven Erfordernissen besser anpassen und dadurch der Füllfaktor erhöhen. Denn der Draht, aus dem man Spulen normalerweise wickelt, hat einen kreisförmigen Querschnitt. Dadurch verbleibt immer auch Luft in der Wicklung; das Volumen des Spulenkörpers wird nicht optimal ausgefüllt. Im Gießverfahren wird flüssiges Metall an mehreren Stellen unter niedrigem Druck in eine entsprechend gestaltete Gussform eingespritzt. So lassen sich Leiter mit rechteckigem Querschnitt herstellen, so dass der im Rotor verfügbare Raum besser genutzt wird. Nebenbei führt diese Geometrie auch zu einer Senkung des elektrischen Widerstands und der damit verbundenen Wärmeverluste um 50 Prozent. »Das ermöglicht neue Anwendungen vor allem dort, wo hohe Drehmomente gefragt sind«, sagt Felix Horch, Abteilungsleiter Elektrische Antriebe beim IFAM. Das ist beispielsweise bei Hybridfahrzeugen der Fall, wo die Elektromotoren bereits bei niedriger Drehzahl einige hundert Newtonmeter auf die Kurbelwelle stemmen müssen.

Kühlender Wasserschirm

Einen anderen Ansatz haben die Konstrukteure von Siemens mit dem Sivetec MSA 3300 gewählt, einem speziell für Elektrofahrzeuge entwickelten Motor. Die Siemensianer sparen Platz durch die Integration des elektronischen Inverters ins Motorgehäuse. Eine trickreiche Sache: Damit die empfindlichen Elektronikbauteile trotz der Nähe zum Motor nicht überhitzen, mussten die Ingenieure eine spezielle Kühlwasserführung bauen. Das kälteste Wasser kommt zunächst der Elektronik zugute, danach wird es in den Kühlmantel des Motors geleitet; zwischen Inverter und Motor entsteht durch die Bauweise eine Art Wasserschirm.

Ausgabe 2015/01

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