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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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