Elektrisches Fliegen: Fraunhofer-Motor liefert 750 kW unter 100 kg

Elektrisches Fliegen scheitert bisher vor allem am Gewicht. Motoren, die genug Leistung für ein Regionalflugzeug liefern könnten, waren bislang zu schwer.

Forschende des Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) haben einen Elektromotor vorgestellt, der 750 kW leistet und nur 94 kg wiegt. Damit erreicht er ein Leistungsgewicht von 8 kW/kg. Das ist deutlich mehr, als bisherige Flugmotoren leisten können, die im Bereich von 5 kW/kg bis 6 kW/kg liegen.

Leistungsdichte auf neuem Niveau

Solch hohe Leistungsdichte erlaubt einen effizienteren Betrieb von Hybrid- und Brennstoffzellenflugzeugen, bei denen Energie aus verschiedenen Quellen kombiniert wird. Der Motor eignet sich speziell für propellergetriebene Regionalflugzeuge, deren Gewicht und Energieverbrauch entscheidende Faktoren für Wirtschaftlichkeit und Reichweite sind.

Hairpin-Wicklungstechnik für den Stator

Zur Steigerung der Effizienz nutzt der Motor eine Hairpin-Wicklung, bei der flachgepresste, isolierte Kupferleiter eng in den Stator eingebracht werden. Das erlaubt eine etwa 20 % höhere Kupferpackungsdichte, was zu einem stärkeren rotierenden Magnetfeld und einer besseren Energieumwandlung führt.

Diese kompakte Bauweise spart Bauraum und vereinfacht die Integration in Flugzeugstrukturen, in denen Platz- und Gewichtseinsparungen wesentliche Konstruktionsziele darstellen.

Hochleistungswerkstoffe und Wärmebeherrschung

Ein weiterer technischer Fortschritt liegt in der Materialwahl: Der Motor verwendet 0,15 mm dünnen NO15-Elektrostahl, der etwa halb so dick ist wie konventionell eingesetztes Material. Diese Reduktion minimiert Wirbelstromverluste und die Joulesche Wärmeentwicklung, was insbesondere bei Drehzahlen bis 21.000 U/min den Wirkungsgrad verbessert.

Für das Thermomanagement kommt eine Ölkühlung zum Einsatz, die eine kontinuierliche Leistungsabgabe trotz kompakter Bauform ermöglicht. Die schnelle Wärmeabfuhr ist ein zentrales Kriterium bei der Entwicklung luftfahrttauglicher Elektromotoren, da bereits geringe Überhitzungen die Zuverlässigkeit beeinträchtigen können.

Modulare Architektur für Sicherheit und Redundanz

Der Fraunhofer-Motor ist modular aufgebaut: vier Sektionen, jeweils mit eigener Wicklung, eigenem Wechselrichter und separatem Steuerungssystem.

Diese architektonische Redundanz erhöht die Betriebssicherheit – selbst bei einem Teilausfall bleibt der Antrieb funktionsfähig, was insbesondere in der bemannten Luftfahrt sicherheitsrelevant ist.

Hybrid-elektrische Konzepte im europäischen Kontext

Die Entwicklung findet im Rahmen des EU-Projekts AMBER (Innovative Demonstrator for Hybrid-Electric Regional Application) statt. Ziel ist ein hybrides Antriebssystem, bei dem eine Wasserstoff-Brennstoffzelle den Elektromotor mit Energie versorgt.

Ergänzt wird diese Lösung durch einen konventionellen Turboprop-Antrieb – für Flexibilität, Reichweite und Sicherheit. Solche Systeme gelten als entscheidend für den Übergang zu einer CO₂-ärmeren Luftfahrt, die laut Projektzielen mindestens 30 % Emissionsreduktion gegenüber heutigen Regionalflugzeugen erreichen soll.

Elektromotoren im Kontext künftiger Luftfahrtantriebe

Während sich Fraunhofer auf elektrische Hochleistungsmotoren konzentriert, beschäftigen sich zahlreiche Forschungsprogramme mit der Integration elektrischer und hybrider Systeme in bestehende Flugzeugplattformen. Studien zeigen, dass hybrid-elektrische Antriebe Treibstoffeinsparungen von 10 % bis 30 % ermöglichen könnten, abhängig von Flugzeuggröße und Missionsprofil.

Neben Hybridmodellen gewinnen auch wasserstoffelektrische Systeme zunehmend an Bedeutung. Hier erzeugt eine Brennstoffzelle Strom für den Elektromotor; Wasser ist dabei das einzige Abfallprodukt. Pilotprojekte von MTU Aero Engines und ZeroAvia erproben derzeit solche Antriebe in umgerüsteten Dornier 228 Flugzeugen – ein möglicher technologischer Zwischenschritt hin zu emissionsfreiem Fliegen.

Darüber hinaus hebt der Deutsche Aero Club (DAeC) hervor, dass elektrische Antriebe aufgrund ihrer hohen Systemzuverlässigkeit, geringen Lärmemissionen und Wartungsarmut besonders für Regional- und Kurzstreckenflugzeuge geeignet sind.

Wandel zum klimafreundlichen Fliegen

Mit Innovationen wie dem Fraunhofer-IISB-Hochleistungsmotor wird deutlich, wie stark die Luftfahrttechnik von Entwicklungen aus der Elektromobilität profitiert. Fortschritte in Materialwissenschaft, Elektrotechnik und Wärmemanagement ermöglichen heute Antriebe, die nicht nur leichter und effizienter, sondern auch sicherer und umweltfreundlicher sind.