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Motoren in Elektroautos: Die großen Unbekannten

Von Jürgen Pander

Beim Thema Elektroauto geht es meist um die Batterie. Der Stromspeicher gilt als das entscheidende Bauteil für das Auto der Zukunft - aber was ist eigentlich mit dem Elektromotor? Auf diesem Feld herrscht reges Treiben und Unternehmen entwickeln immer kleinere und stärkere Maschinen.

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Elektroautos: Vielfalt im Motorraum
Die Vielfalt der Motoren ist schon jetzt verwirrend - dabei gibt es erst eine Handvoll Autos, die elektrisch fahren können. Im Heck des Smart ED etwa steckt ein Permanentmagnetmotor der britischen Firma Zytek. Die elektrisch angetriebene Mercedes A-Klasse wird mit einem E-Motor der Firma Conti ausgerüstet, das Hybridmodell Mercedes ML 450 Hybrid wiederum verfügt über eine Elektroaggregat der US-Firma Remy International, das in Ungarn gefertigt wird und die Mercedes S-Klasse Hybrid wird von einem Elektromotor aus dem Hause ZF Sachs unterstützt.

Allein die Beispiele aus dem Daimler-Konzern zeigen, wie viele Maschinen zur Verfügung stehen. Zumal es anderswo ähnlich aussieht. Die Toyota-Tochter Lexus nämlich bezieht die E-Motoren der Hybridmodelle vom japanischen Zulieferer Aisin, während der Elektromotor des Toyota Prius eine Eigenentwicklung ist. Der US-Konzern General Motors plant langfristig ebenfalls einen Systemwechsel weg von den Verbrennern, hin zu den E-Aggregaten. "Unser Ziel ist es, GM zum Technologieführer für Autoelektromotoren zu machen", sagt GM-Vorstand Tom Stephens. "Künftig werden Elektromotoren für unser Unternehmen so wichtig sein, wie es heute noch die Verbrennungsmotoren sind."

In der aktuellen Diskussion über Elektroautos kommen die Motoren allerdings kaum vor. Da wird leidenschaftlich über Batterietechnologien debattiert, doch wie der Strom aus den Akkus letztlich in Vortrieb umgewandelt wird, scheint kaum zu interessieren. Dabei herrscht auf diesem Feld derzeit reges Treiben in der Industrie.

Und wie viel Ampere zieht dein Wagen so?

Zum Beispiel beim Stuttgarter Elektrokonzern Bosch. "Wir bieten bereits Elektromotoren an, die speziell für den Einsatz im Auto entwickelt sind", sagt Matthias Küsell, Leiter Hybridsysteme und Elektrofahrzeuge bei Bosch. Grundsätzlich sei die Technik ja nichts Neues, Industrie-Elektromotoren etwa seien sehr ähnlich aufgebaut. Küsell: "Um diese Motoren aber für den Einsatz im Auto zu optimieren, war erheblicher Entwicklungsaufwand in Sachen Baugröße, Lebensdauer, Temperaturunempfindlichkeit, Sicherheit und Wirkungsgrad nötig. Und natürlich beim Preis."

Während Autofahrer, wenn es um den Motor ihres Wagens geht, bislang über Hubraum, Direkteinspritzung oder Turboaufladung schwadronieren, werden bei Elektromotoren andere Kennziffern interessant. Neben der Leistung, die bei einem Elektromotor ebenfalls in Kilowatt (kW) oder PS angegeben wird und dem Drehmoment in der Einheit Newtonmeter (Nm) kommen bei einer E-Maschine noch das Spannungsniveau (Volt) und die Stromstärke (Ampere) als Einflussgrößen für die Leistung des Systems hinzu. "Entscheidend für die Performance eines Elektromotors im Auto ist auch die Leistungselektronik", sagt Küsell.

Große Fortschritte werden noch bei der Leistungselektronik erwartet

Gerade bei der sogenannten Leistungselektronik erwarten Experten in nächster Zeit die entscheidenden Fortschritte. Sie koordiniert etwa die Zusammenarbeit zwischen Akku und Motor. "Allein das Volumen dieses Bauteils, das einen Mikrocomputer, Hochleistungsschalter und Kondensatoren enthält, wollen wir in den nächsten zwei Jahren von derzeit zehn auf dann fünf Liter halbieren", sagt Küsell. Damit dürfte auch das Gewicht sinken - und vermutlich auch die Kosten, was ziemlich wichtig für das Elektroauto insgesamt wäre, denn die Leistungselektronik macht im Verbund mit dem Elektromotor etwa zwei Drittel des Preises einer solchen Antriebseinheit aus.

Eine Großserienfertigung vorausgesetzt, hält Küsell den elektrischen Antrieb für ebenso teuer wie einen heutige Antriebseinheit mit Verbrennungsmotor. Der zusätzliche Kostenfaktor bei einem Elektroauto sei die Batterie. Doch während bei Laufleistung und Gewicht zwischen beiden Antrieben kein Unterschied besteht, punktet der Elektroantrieb in der Kategorie Wartung und Unterhalt. Küsell: "Der Elektromotor ist viel einfacher aufgebaut, und die Elektronik ist komplett wartungsfrei."

Prinzipiell kommen zwei Elektromotor-Typen für das Auto in Frage

Nach derzeitigem Stand der Technik werden sich wohl zwei Elektromotor-Typen durchsetzen. In kleineren Autos sogenannte permanent erregte Synchronmaschinen (PSM), deren Rotor einen Permanentmagneten enthält, und die vergleichsweise leistungsstark sowie gleichzeitig leicht und kompakt sind. Der anderer Typ sind elektrisch erregte Maschinen (ESM), deren Rotor Kupferwicklungen enthält. Bei diesen Motoren ist der Wirkungsgrad etwas höher, allerdings sind sie schwerer und größer - und eignen sich somit eher für wuchtige Fahrzeuge.

Was die eingangs beschriebene Vielfalt betrifft, würden große Zuliefererfirmen wie Bosch gerne für mehr Einheitlichkeit sorgen. "Wir sind natürlich daran interessiert, dass die Elektromotoren in künftigen Autos so oft wie möglich von Bosch kommen", sagt Chefentwickler Küsell. "Wir könnten als unabhängiger Lieferant von Elektromotoren deutlich größere Stückzahlen bündeln, und das Know-how zum E-Motor haben wir ohnehin im Unternehmen." Falls höhere Stückzahlen auch geringere Preise bedeuten, würde das der Verbreitung von Elektroautos durchaus zugutekommen.

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Forum - Diskussion über diesen Artikel
insgesamt 79 Beiträge
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1. Kein schlechter Artikel....
1lauto 13.02.2010
Aber ein leistungsstarker E-Motor mit Steuerung in Großserie ist wesentlich preiswerter herzustellen als ein Verbrenner mit allem drum und dran. Reluctanzmaschinen fehlen leider auch in der Beschreibung. Wir haben da jemanden in der bayr. Staatsregierung, der kennt sich sehr gut aus- der Söder. Dem sein Schwiegervater hat eine tolle Firma: http://www.baumueller.de/motoren.htm
2. Jo
lalito 13.02.2010
. . . und haben keine Ölwanne, da freut man sich wohl für sein liebstes Kind, denn da kann man die Karren bald noch viiiiieeeel tiefer legen . . . ;-))
3. Entwicklung von Batterien und Motoren trennen
TheBear, 13.02.2010
Zitat von sysopBeim Thema Elektroauto geht es meist um die Batterie. Der Stromspeicher gilt als das entscheidende Bauteil für das Auto der Zukunft - aber was ist eigentlich mit dem Elektro-Motor? Auf diesem Feld herrscht reges Treiben und Unternehmen entwickeln immer kleinere und stärkere Maschinen. http://www.spiegel.de/auto/aktuell/0,1518,675692,00.html
Schön wäre es ja, die Entwicklung der Bauteile für E-Autos auf intelligente Weise anzugehen: Entwicklung der Motoren durch die einzelnen Firmen, ja. Entwicklung der Batterien durch die einzelnen Firmen, nein. Das effiziente Speichern von elektrischer Energie geht weit über das E-Auto hinaus, nur ein internationales Forschungs- und Entwicklungszentrum könnte der Herausforderung gerecht werden.
4. Kundennutzen und Komfort
cymbidium 13.02.2010
Die detaillastige Technikdarstellung sieht für mich aus wie graue Theorie. Dass der intelligente Einsatz der Hybridtechnik erfolgreich rüberkommt gründet auf ganz anderen Tatsachen. Was ich bei der Behandlung des Themas in den Medien vermisse ist die Fokussierung auf das, was uns Autofahrer tagtäglich beschäftigt. Der langjährige Automatikfahrer hat den Komfort des Wegfall der ewigen Kuppelei und der Handschaltung schätzen gelernt. Mein Vorschlag zum Thema Weiterentwicklung und Akzeptanz der Hybridtechnik: Die Kupplung! Ich bin zwar noch nie ein DSG-Getriebe oder auch eine Multitronik gefahren, aber aus den Foren kann man lesen, dass die dort eingesetzte Reibkupplung höchstens 30000 Km hält. Also: DSG Getriebeeinsatz mit Elektromotor anstelle der Primitivmechanik Reibkupplung. Ein Auto mit dieser Technik, wenn die anständig beworben wird dürfte der Verkaufsrenner werden.
5. wenns stinkt und kracht
Paul Panda 13.02.2010
Dass sich für E-Motoren bisher kaum jemand interessierte, liegt klar auf der Hand: Sie stinken nicht, machen keinen Krach und es tropft kein Öl aus ihnen heraus. Für "richtige" Männer also langweilig. Haben Psychologen eigentlich schon einmal untersucht, warum sich gerade die störenden Nachteile des Verbrennungsmotors (wie zum Beispiel seine typischen Geräusche in Verbindung mit dem Auspuff) zum Kult entwickelten? Als Science fiction fan würde ich jedenfalls einen leise sirrenden, fast lautlos dahin gleitenden Wagen mit E-Motor jedem "röhrenden" und "fauchenden" Sportwagen mit konventionellem Antrieb vorziehen. Wenn man bedenkt, wie leicht man die von Permanentmagneten erzeugte Kraft bereits mit bloßen Händen überwinden kann (Die Plus- bzw. Minuspole zweier "normaler" Permanentmagneten lassen sich trotz ihrer gegenseitigen Abstoßung per Hand leicht in Kontakt bringen), ist es für mich jedenfalls wirklich verwunderlich, wie ein E-Motor die gleichen Kräfte wie ein Explosionsmotor erzeugen kann. Ich würde mich daher freuen, in den Medien Zukunft mehr über die Funktionsweise solcher KFZ-E-Motoren zu erfahren.
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