E-Motor mit Direktkühlung: Mehr Leistung, weniger Verschleiß
Elektromotoren produzieren Abwärme, und die Kühlung benötigt viel Platz. Das Start-Up Dynamic E flow zeigt, wie sich mit Hohldrahtspulen kompakte, leistungsstarke Maschinen entwickeln lassen.
Bei herkömmlichen E-Motoren verbraucht die Kühlung viel Platz. Das Start-up Dynamic E flow setzt auf platzsparende Direktkühlung, die die Leistung steigern und den Verschleiß verringern soll.
Foto: Panthermedia.net/Baloncici
In einem Elektromotor führt nicht nur die mechanische Reibung bewegter Teile zu Abwärme. Stromdurchflossene Leiter erhitzen sich ebenfalls. Eine elektrische Maschine unter Alltagsbedingungen komplett von der Verlustwärme zu befreien, ist derzeit noch nicht möglich. Herstellern bleibt nur, ihre Elektromotoren von außen zu kühlen, was viel Platz verbraucht. Das Start-up-Unternehmen Dynamic E flow aus Kaufbeuren hat ein System entwickelt, das Elektromotoren deutlich kompakter und leistungsfähiger machen kann.
Spiralen behalten einen „kühlen Kopf“
Im Mittelpunkt steht die sogenannte Capcooltech-Methode. Beim Motor werden keine konventionellen Spulen, sondern Hohldrahtspulen verwendet. Im Inneren fließt ein Kühlmittel. Herstellerangaben zufolge ist diese Form bis zu 1.000 Mal effizienter als eine Außenkühlung. Die Maschinen werden leistungsfähiger, da Drähte vom bis zu 5-fachen Strom durchflossen werden: mehr als doppelt so viel wie das, was aktuell im Markt üblich ist. Die Maschinen bestehen aus Motor, Umrichter, Pumpe und Wärmetauscher.
Kompakte Bauweise schafft vielfältige Einsatzmöglichkeiten
Mit Capcooltech lassen sich kompakte, leistungsfähige Starkstrom-Elektromotorsysteme mit hoher Leistungsdichte (Leistung pro Volumen) herstellen. In einem vorgegebenen Raum kann ein Motor eingebaut werden, der viermal mehr Leistung erbringt als bei konventioneller Kühlung. Da die Hitze zu 100% abgeführt wird, verlängert sich die Lebensdauer von Komponenten wie Isolationen, Vergussmassen, Wickelköpfen und Magneten. In der Praxis arbeitet Dynamic E flow mit Standard-Herstellungstechniken, um mittlere und große Stückzahlen zu produzieren. Der Hersteller hofft, die Elektromobilität mit den neuen Motoren stärker als bisher zu verbreiten. Einige Fallstudien zeigen, welche Möglichkeiten es gibt.
Die neue Kühltechnik eignet sich demnach nicht nur für Antriebsmodule. In Magnetresonanztomographen (MRT) zur medizinischen Diagnostik erzeugen Spulen starke Magnetfelder. Auch hier sehen die Entwickler Potenzial für gekühlte Hohldrähte, um die Leistungsdichte zu erhöhen. Damit wären bessere Bildauflösungen möglich. Einen Prototyp gibt es aber noch nicht.
Messung am SMG180-Elektromotor
Um die Leistungsfähigkeit zu testen, hat Dynamic E flow den Standard-Elektromotor SMG180 von Bosch umgerüstet. SMG180 lässt sich sowohl in Elektroautos als auch in Hybriden einbauen. Bei der „B1-Modifikation“ wurden innen kühlbare Drähte verwendet und eine Direktkühlung installiert. Weitere Änderungen gab es nicht. Im Testbetrieb konnte das Drehmoment von 80 auf 165 Newtonmeter erhöht werden. Gleichzeitig verringerte sich die Wicklungstemperatur um 40°C. Der Prototyp hat mit 80 Kilowatt die doppelte Dauerleistung wie sein handelsübliches Modell ohne Innenkühlung.
Elektrische Power auf geringem Raum
Beim Projekt „Electrified Smart“ wurde in ein normales Auto aus der Serienfertigung ein Elektromotor mit Capcooltech-Technologie eingebaut und in den bestehenden Kühlkreislauf integriert. Anschließend haben die Entwickler die Motorsteuerung neu konfiguriert. Mit einer Leistung von 80 Kilowatt eignet sich der Elektroantrieb für kleinere und mittlere Fahrzeuge sowie für leichte Nutzfahrzeuge. Sein Gewicht liegt nur bei 30 Kilogramm. Auch beim Schwalbe-Roller hat sich die Elektromaschine mit Capcooltech-Technologie bewährt. Das Motorsystem konnte problemlos in den vorhandenen Bauraum integriert werden.
Für ihre Entwicklung hat Dynamic E flow jetzt in München den eMove360°-Award for Electric Mobility & Autonomous Driving erhalten. In den Kategorien Mobility Concepts & Services, Charging & Energy, Battery, Powertrain, Automated Driving & Electronics sowie Electric Vehicle haben die Juroren insgesamt 26 Unternehmen und Organisationen nominiert. Die Capcooltech-Methode reüssierte im Bereich „Powertrain“.
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