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Elektromotor

Die Automobilindustrie und die deutsche Politik legt im Moment viel Wert darauf, die Elektromobilität voranzutreiben. Ein wichtiger Bestandteil davon ist natürlich der Elektromotor. Aber ohne Strom funktioniert dieser eben nicht. Um den Motor mit Strom zu versorgen werden Hochleistungsakkus verbaut. Jetzt kann man nicht einfach eine 12 Volt Batterie nehmen und damit einen E-Motor antreiben. In der Regel benutzt man Lithium-Ionen-Akkumulatoren, um den Strom zu speichern. Diese Art von Akku ist sehr umstritten, wegen der seltenen Erden und wie sie geschöpft werden. Die Hochleistungsakkus haben meistens eine Spannung von 400 Volt und können schnell viel Energie abgeben. Das Laden eines Akkus geht nicht immer gleich schnell. Das liegt an den Angaben des Herstellers. Die gängigsten Ladesäulen arbeiten mit 22 kWh, 50 und 100 kWh.

Bestandteile eines Elektromotors

Ein Elektromotor wandelt die elektrische Energie aus dem Akku in mechanische Energie um. Der E-Motor besteht in den meisten Fällen aus einem drehbaren Elektromagneten, der als Rotor bezeichnet wird und einem feststehenden Außenteil auch Stator genannt. Zusammengebaut schwebt der Rotor in dem Stator und wird durch ein Lager gehalten. Zwischen beiden Komponenten ist ein kleiner Spalt, sodass sich der Rotor ohne Berührung des Stators drehen kann. Damit der Rotor sich dreht, erzeugt der Stator mithilfe von Strom ein Magnetfeld mit Anziehungs- und Abstoßungskräften. Im Vergleich zum Verbrennungsmotor braucht der E-Motor auch kein Schaltgetriebe. Der E-Motor hat keinen Leerlauf und keinen Drehzahlbereich. Das Drehmoment, welches der E-Motor erzeugt ist, sofort abrufbar und kann instant in Beschleunigung umgewandelt werden. Ein Verbrennungsmotor muss erst Drehmoment aufbauen und dabei noch die Gänge hochschalten. Sportlichen Elektrofahrzeugen haben eine krasse Beschleunigung und benötigen nur wenige Sekunden um auf 100 km/h zu beschleunigen. Speziell beim Tesla ist der E-Boost spürbar, der euch bei Vollgas in den Sitzt presst.

Das Rekuperieren

Das Rekuperieren bezeichnet den Prozess, indem der Akku durch den Elektromotor wieder aufgeladen wird. So wie der E-Motor Strom benötigt, um den Rotor anzutreiben, kann der Rotor auch im Gegenzug Strom erzeugen, indem er die Rotationskraft der rollenden Räder nutzt, um Strom zu generieren. Das ist ungefähr dasselbe Prinzip wie bei einem Dynamo bei einer Fahrradlampe. Sobald man das Gaspedal loslässt und das Fahrzeug anfängt, ohne Motorkraft zu rollen, rekuperiert er Strom und speist ihn in den Akku ein.

Motorentypen

Unter den E-Motoren gibt es unterschiedliche Motorentypen mit jeweils anderen Eigenschaften.

  • Permanenterregter Synchronmotor
  • Fremderregter Synchronmotor
  • Asynchronmotor
  • Gleichstrommotor

Permanenterregter Synchronmotor

Die gängigste Art des E-Motors ist der permanenterregter Synchronmotor. Er zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad von über 90 % aus. Die Permanenterregte Synchronmaschinen ist sehr verschleiß- und wartungsfrei, da sie keine Bürsten, Kollektoren oder Schleifringe wie beim Gleichstrommotor verwendet.

Fremderregter Synchronmotor

Der fremderregten Synchronmotoren besitzt keinen Permanentmagneten. Er besitzt einen Elektromagnete, der durch Strom ein magnetisches Feld erzeugt und nicht permanent magnetisch ist. Beim fremderregten Synchronmotor spart man sich die Seltene-Erden-Magneten, die sehr kostspielig sind.

Asynchronmotor

Der Asynchronmotor ist ein günstiger E-Motor, der ständig oder fallweise kurzgeschlossen wird. Er besitzt im Gegensatz zum permanenterregte Synchronmotor keinen Bremsmoment, wenn er abgeschaltet wird. Die Drehstrom-Asynchronmaschine benötigt eine frequenz– und amplitudengesteuerter Dreiphasen-Wechselrichter, um einen hohen Anlaufmoment zu erzielen. Dafür ist der Wirkungsgrad geringer als bei einem Synchronmotor.

Gleichstrommotor

Der Gleichstrommotor ist im Vergleich zu Synchron- und Asynchronmotor nicht wartungsfrei. Aufgrund des Aufbaus des Motors mit Bürsten am Rotor muss diese Art des E-Motors gewartet werden und erleidet Verschleißerscheinungen. Der Gleichstrommotor benötigt im Vergleich zu den anderen drei Modellen keinen Inverter, der aus Gleichstrom Wechselstrom erzeugt. Er ist einfach steuerbar mittels Umpolung der Magnetfeldwicklung.

Ein wenig Geschichte

Der Elektromotor ist gar nicht so neu, wie manch einer glaubt. Die ersten E-Motoren wurde im Jahr 1821 von Michael Faraday entwickelt.

Anfang des 19. Jahrhunderts waren die ersten Autos in den USA zu 40 % dampfbetrieben, 38 % hatten einen E-Motor und nur 22 % der PKWs hatten nur einen Ottomotor. Die Reichweite der Elektrofahrzeuge betrug zu damaligen Zeiten knapp 100 Kilometer.

Im Jahr 1888 wird in der deutschen Maschinenfabrik A. Flocken das erste deutsche Elektrofahrzeug gebaut. Der “Flocken Elektrowagen”, so wurde er genannt, galt als erster vierrädriger PKW mit Elektroantrieb weltweit. Er sieht aus wie ein Retro-Kinderwagen.

Durch den sinkenden Ölpreis 1910 wurden Verbrennungsmotoren immer beliebter und das Elektrofahrzeug rückte in den Hintergrund.

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