Elektromotoren unter der Lupe: Die Ergebnisse verblüffen
48 Elektromotoren von 31 E-Fahrzeugen aus dem Zeitraum von 2018 bis 2023 hat die RWTH Aachen genau unter die Lupe genommen. Das Ziel: Wie und wo waren die Entwicklungsfortschritte? Die Ergebnisse verblüffen.
Der Trend bei den E-Motoren geht zu integrierten Antriebseinheiten, wo E-Motor, Inverter und Getriebe untergebracht sind.
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In Zeiten, in denen allein Verbrennungsmotoren Deutschlands Straßen bevölkerten, sind fünf Jahre eine kurze Zeit für bahnbrechende Motorentwicklungen. Anders bei der Elektromobilität. Da hat sich in fünf Jahren einiges getan.
Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen hat dazu für eine umfassende Studie zu industriellen Trends insgesamt 48 E-Motoren aus 31 Elektrofahrzeugen aus den Jahren 2018 bis 2023 analysiert. Die Ergebnisse: Es ist eine generelle Tendenz zu integrierten Antriebseinheiten erkennbar – also Motor, Getriebe und Inverter integriert in einer Einheit. Diese Integration führt oft zu niedrigeren Gesamtkosten (Total Cost of Ownership) durch reduzierten Montageaufwand, weniger Bauteile und optimierter Effizienz.
Weniger Material und Produktionsaufwand
Außerdem sei bei sämtlichen Komponenten ein Trend hin zu weniger Material und Produktionsaufwand durch Innovationen zu beobachten. Darüber hinaus stellt die Untersuchung eine verbesserte Stator-Kühlung für eine höhere Dauer- und Spitzenleistung sowie eine Entwicklung hin zu höheren Motordrehzahlen fest.
„Die Steigerung der maximalen Drehzahl von Elektromotoren ist mittlerweile ein etabliertes Mittel, um die für eine bestimmte Leistung benötigte Aktivlänge und den erforderlichen Durchmesser des Stators zu reduzieren und auf diese Weise Material zu sparen“, sagt PEM-Leiter Achim Kampker. Dies schlage sich unter anderem in einer Verminderung der Herstellungskosten nieder.
Dazu tragen der Studie zufolge auch neuartige Produktionsschritte bei, die manche bisherigen Verfahren überflüssig machen. „Die Fertigung von Elektromotoren bewegt sich aktuell in einem Spannungsfeld zwischen Performance, Materialeinsatz, Bauraumbedarf und Kosten, da die Maschinen leistungsstärker, effizienter, kompakter und gleichzeitig günstiger werden sollen“, sagt Kampker.
Die Studie: E-Motoren wurden demontiert und genau analysiert
Die im frei zugänglichen Fachbeitrag „Technologischer Fortschritt bei Elektromotoren: Eine Vergleichsstudie von Produktdesign- und Fertigungstechnologien“ veröffentlichte Untersuchung war auf Basis der Datenbank „A2Mac1“ sowie auf der Grundlage eigener Teardown-Analysen des RWTH-Instituts entstanden.
In ihrer Arbeit befassten sich die Forschenden vor allem mit den Fragen, wie Automobilhersteller ihre aktuellen E-Motoren tatsächlich ausgelegt haben, wie viel Kupfer und Permanentmagnet-Masse die Maschinen enthalten, welche Technologien bei ihrer Herstellung zum Einsatz kommen und wie die Markt-Trends der vergangenen Jahre aussehen.
Der Trend zur Statorkühlung mit Öl schwappt aus Asien nach Europa
„Die Gehäusekomponenten von Motor, Getriebe und Leistungselektronik sind zunehmend ineinander integriert, um Schnittstellen, Montage-Arbeiten, die Anzahl der erforderlichen Grundbestandteile und das Gesamtgewicht zu reduzieren und damit die Effizienz der Materialnutzung zu erhöhen“, resümiert Studienautor David Drexler.
Die in der Industrie bislang gängige indirekte Wassermantelkühlung werde allmählich von einer direkten Kühlung der Stator-Wicklung mit Hilfe von Öl abgelöst. „Der Trend gelangt aus Asien zu uns und wird in der nächsten Elektrofahrzeug-Generation europäischer Hersteller zum Tragen kommen“, sagt Drexler.
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