Permanenterregt, reluktant, asynchron: Welchen E-Motor hätten's denn gern?

Die Nachfrage nach E-Autos steigt, und damit die Zahl der E-Motor-Varianten. Größe, Effizienz, Kosten: Wir geben einen Überblick.

Eigentlich ist der Elektromotor ein alter Hut. Schon 1834 gab es praxisgerechte Exemplare. Seitdem ist die Technologie jedoch deutlich gereift: Wirkungsgrade von mehr als 90 Prozent sind möglich, er ist wartungsarm, kompakt und günstig in der Massenproduktion.

Heute sind verschiedene Varianten im Einsatz: vom mikrometerkleinen Motor für die Medizintechnik bis zum kräftigen Traktionsmotor in Schwerlastlokomotiven. Für Entwicklungsingenieure sollten elektrische Antriebe für Autos also keine große Herausforderung darstellen. In der Realität sieht es aber anders aus.

Intensiv arbeiten Industrie und Forschungsinstitute an immer ausgeklügelteren und effizienteren E-Motoren. Manche Modelle sind für hohe Geschwindigkeiten optimiert, andere für energiesparendes Fahren im Stadtverkehr, wieder andere für hohe Drehmomente für schwere Lastkraftwagen.

Bislang dominieren Motoren mit Permanentmagneten den Markt, zunehmend nehmen Autohersteller und Zulieferer jedoch Aggregate ohne diese Magnete ins Visier. So ließe sich Europas Importabhängigkeit bei seltenen Erden – einem zentralen Bestandteil von Permanentmagneten – drastisch reduzieren.

Parallel dazu wird die Produktionstechnik verbessert und – bisher eher zaghaft – nach umfassenden Recycling-Strategien für eine kommende Kreislaufwirtschaft gesucht. "Mit zunehmender Elektromobilität zeigt sich ein sehr starker Innovationsschub", sagt Henrik Born, der an der RWTH Aachen an optimierten Produktionsprozessen für Elektromotoren forscht.

Ein Ende dieses Trends sei noch lange nicht erreicht. Das ist verblüffend, da alle Elektromotoren auf dem gleichen Grundprinzip aufbauen: Durch Spulen in einem drehbaren Rotor mit einem Kern aus Eisen fließt elektrischer Strom mal in die eine, mal in die andere Richtung. Dadurch werden Magnetfelder aufgebaut, deren Polung regelmäßig wechselt.

Ein fester Stator mit integrierten Permanentmagneten umgibt den Rotor. So entsteht ein Wechselspiel aus magnetischer Anziehung und Abstoßung zwischen Stator und Rotor, das den Rotor in Drehung versetzt – in heutigen Elektroautos bis zu 16.000 Mal pro Minute. Diese Rotationsbewegung wird über ein Getriebe – derzeit meist mit nur einem einzigen Gang – auf die gewünschte Drehzahl für die Antriebsachse gedrosselt.

An Designvarianten mangelt es nicht. Rotor und Stator, Magnete und Spulen können jeweils ihre Position zwischen innen und außen tauschen. Noch ausgeklügelter sind sogenannte Axialflussmaschinen, bei denen der magnetische Fluss nicht wie bei den konventionellen Motoren (Radialflussmaschinen) senkrecht fließt, sondern parallel zur rotierenden Welle.

An diesen Maschinen arbeiten unter anderem Forschungsgruppen des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), der TU München und des britischen Elektromotorenbauers Yasa in Oxford, der 2021 von Mercedes-Benz übernommen wurde. Ein Vorteil des Axialflusskonzepts: Es ermöglicht einen kompakteren Aufbau ohne Verluste bei Leistung oder Drehmoment.

Ein weiterer wesentlicher Pluspunkt ist der reduzierte Materialbedarf an Kupfer und Eisen. Zudem verspricht das Ansatz eine bis zu 30 Prozent höhere Leistungsdichte und um fünf Prozent größere Reichweiten im Vergleich zu herkömmlichen Elektromotoren.

Ähnliche Ziele verfolgen auch Forscher des Innovations-Campus Mobilität der Zukunft (ICM), in dem die Universität Stuttgart und das KIT ihre Expertise bündeln. Dort widmet sich eines von insgesamt mehr als 130 Mobilitätsprojekten einer Transversalflussmaschine, bei der die Kupferspulen platzsparend um die Motorachse gewickelt werden.

Der Clou: Die Magnetfelder wirken hier nicht nur radial oder axial, sondern in alle drei Raumdimensionen. Solche Motoren sind zwar nicht für hohe Drehzahlen geeignet, bieten aber große Drehmomente. Davon könnten zum Beispiel Lastfahrzeuge profitieren.

"Es ist ein starker Innovationsschub", sagt Henrik Born. "Aber es gibt noch viel zu tun, um diese Technologie serienreif und kostengünstig zu machen."

Mann, die E-Motoren sind einfach kool ! Ich meine, seit 1834 schon? Das ist wie ein altes Brett übernommen. Aber die Fortschritte sind unglaublich! Die neuen Technologien wie Axialflussmaschinen und Transversalflussmaschinen sind total spannend . Sie könnten der Zukunft von Lastfahrzeugen helfen, wenn man nur noch die Kosten in den Griff bekommt.

Ich frage mich, ob wir bald Autos sehen werden, die wie Schmetterlinge fliegen können , wenn sie mit solchen Motoren ausgestattet sind. Das wäre einfach fantastisch! Aber ich glaube, es ist noch ein Weile vorher, bis wir solche Dinge sehen können. Dennoch bin ich total aufgeregt über die Möglichkeiten, die diese Technologien uns bringen werden .

Mann, die Elektrizität in den Autos steigt wie ein Fieber ! Ich meine, ich bin froh dass wir endlich einen Ausweg von der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen finden. Aber dann denke ich an die vielen kleinen Dinger, die noch alles in Schwung bringen müssen. Wie viele Jahre haben wir schon über E-Motoren gesprochen? Es ist wie ein altes Gespenst, das uns nicht lassen will .

Und diese neuen Technologien! Axialflussmaschinen und Transversalflussmaschinen - was machen die Leute denn da so? Es sieht so aus, als ob wir wieder von vorne beginnen. Und Henrik Born sagt, es sei noch viel zu tun, um diese Technologie serienreif und kostengünstig zu machen... ja, das ist der Teufel im Detail .

Aber hey, wenn man denkt daran, wie schnell wir vorankommen, dann ist es vielleicht doch nicht so schlecht. Es gibt schon jetzt Motoren mit Wirkungsgrad von über 90 Prozent - das ist ja fast ein Mirakel . Und die Zukunft, die sieht aus, wie... wie ich weiß nicht, was!

Ich denke nur, dass wir alle auf der richtigen Seite stehen, wenn wir uns für diese Technologien aussprechen. Wir wollen bessere Autos, weniger Lärm, weniger Luftverschmutzung... und vielleicht sogar eine bessere Zukunft. Das ist das Wichtigste, nicht wahr?

Das ist doch alles nur eine Frage der Zeit! Warum sollten wir uns schon an die alten Motoren gewöhnen? Die neuen Technologien sind so viel effizienter und umweltfreundlicher, es ist einfach unverständlich, dass wir noch nicht mehr von ihnen profitieren. Ich denke, der Schlüssel liegt darin, dass man einfach nicht mehr auf die gleichen alten Lösungen zurückgreift. Die Forscher und Ingenieure haben bereits heute einige unglaublich innovative Technologien entwickelt, wie zum Beispiel die Axialflussmaschinen. Warum sollten wir uns nicht auf diese neuen Möglichkeiten freuen?

Das ist ja wirklich beeindruckend wie die Forscher sich bemühen, die Leistungsfähigkeit der E-Motoren weiter zu verbessern! Die neue Generation von Transversalflussmaschinen könnte tatsächlich ein wichtiger Schritt in Richtung einer nachhaltigen Mobilität sein. Ich frage mich nur, wie lange es dauert, bis die Produktionsverfahren so effizient sind, dass auch die Kosten mit dem Anstieg der Leistungsfähigkeit zusammenhängen?

Das ist doch wieder was für eine tolle Entwicklung! Ich erinnere mich an die ersten Elektrofahrzeuge, wie die Geli, die in den 80er Jahren auf dem Markt waren. Die waren schon mal ein bisschen... ungewöhnlich . Aber man hat sich nicht von ihnen abwenden lassen und sieh'n heute, wie viel Fortschritt es gemacht hat! Die Neuentwicklungen mit Axialflussmaschinen sind wirklich spannend: Die Idee, dass die Magnetfelder in allen drei Raumdimensionen wirken, ist einfach genial! Und das reduzierte Materialbedarf an Kupfer und Eisen? Das ist doch wieder ein Tipp-Fehler von der Forschung, das kann man sich sicherlich auf den Rücken schreiben .

Das ist ja interessant! Die Nachfrage nach E-Autos steigt wirklich stark und auch die Anzahl der E-Motor-Varianten. Ich denke, das ist großartig, dass man immer mehr Möglichkeiten entwickelt, um die Technologie zu verbessern. Ich habe gehört, dass Forscher bei der TU München und im Karlsruher Instituts für Technologie an neuen Konzepten wie der Transversalflussmaschine arbeiten. Das klingt wirklich spannend! Die Idee, dass diese Motoren nicht nur radial oder axial, sondern auch in alle drei Raumdimensionen wirken, ist einfach faszinierend

Ich denke, das Thema Elektromotoren geht wirklich los. So schnell wie die Progredierte von Tesla hier in Deutschland . Mir persönlich gefällt es, dass die Forscher wie bei Yasa so kreativ sind. Die Axialflussmaschinen sehen ziemlich interessant aus... ähnlich wie ein Drehbrett für Autoren, aber ohne die langen Schreibblöcke . Denke nur daran, dass man nicht einfach so den Rotor und Stator tauschen kann . Die Forscher müssen wirklich viel Spaß haben, um das alles zu durchdenken...

Die E-Motoren-Technik ist echt schon ziemlich fortgeschritten . Leider ist es immer noch ein bisschen schwierig, die Technologie auf Massenproduktion zu übertragen. Ich denke, das Wichtigste ist noch die Entwicklung von Recycling-Strategien für die alten Batterien und Motoren. Wenn wir das ordentlich lösen können, könnten wir die Umweltbelastung wirklich reduzieren. Die neuen Axialflussmaschinen klingen auch ziemlich spannend . Ich hoffe, dass sie serienreif und kostengünstig werden. Dann wäre die Zukunft der Elektromobilität ein echter Erfolg

Ich finde es wirklich cool, wie schnell die Entwicklung im Bereich Elektromotoren voranschreitet . Die Möglichkeiten sind einfach unendlich: Von der Medizintechnik bis hin zu Lastkraftwagen - jeder Antrieb hat seine eigenen Herausforderungen und Chancen. Es ist auch toll, dass Forscher wie Henrik Born an neuen Recycling-Strategien arbeiten, um die Produktionstechnik zu verbessern und die Umweltbelastung zu reduzieren .

Ich denke, wir werden in Zukunft sehen, dass mehrere Antriebssysteme auf dem Markt sind, je nachdem, was der Fahrer benötigt. Die Axialflussmaschinen klingen besonders interessant, ich hoffe, sie werden bald in die Serienproduktion kommen .

Ich bin auch gespannt, wie sich diese neuen Technologien auf die Infrastruktur auswirken werden. Möchten wir uns auf ein Zukunftskonzept einstellen, bei dem unsere Autos nicht nur umweltfreundlich sind, sondern auch komfortabel und sicher?

Das ist einfach genial! Ich liebe das, wie die Forscher schon wieder neue Möglichkeiten mit Elektromotoren entwickeln. Die Gedanken an eine Kreislaufwirtschaft und weniger Abhängigkeit von seltenen Erden sind ja wirklich inspirierend . Und die Idee, dass man durch Spulen in einem Rotor und einen Stator so magnetische Felder aufbauen kann, das ist einfach wie aus einer Zauberformel .

Ich bin aber auch ein bisschen besorgt, dass wir immer noch nicht genug über die Sicherheit dieser neuen Technologie wissen. Ich meine, wenn man 16.000 Mal pro Minute dreht, muss man wirklich sicher sein, dass es alles reibungslos läuft . Aber ich vertraue darauf, dass die Forscher weiterhin an der Sache arbeiten werden.

Und das ist ein guter Punkt: Es ist nicht nur um die Technologie selbst, sondern auch um den gesamten Prozess, wie sie hergestellt wird und wie wir sie in Zukunft nutzen können. Ich bin gespannt, welche weiteren Erkenntnisse wir noch bekommen werden!

Die Zukunft der E-Motoren sieht ziemlich spannend aus ! Ich warte gespannt, wie lange wir noch brauchen werden, bis alle Autos elektrisch sind.

Das ist ja so aufregend ! Die Weiterentwicklung der E-Motoren ist wirklich beeindruckend und ich liebe es, wie Forscher wie Henrik Born immer wieder neue Möglichkeiten erkunden. Die Idee mit den Transversalflussmotoren und den Axialflussmaschinen klingt einfach genial . Ich kann mir schon vorstellen, wie diese Motoren die Reichweite von Elektroautos noch weiter steigern können. Und das Wissen der Forscher an der RWTH Aachen und anderen Institutionen ist wirklich beeindruckend . Es ist nur leider so, dass man immer noch ein bisschen "Ehrwurmen" braucht , bevor diese Technologie vollkommen seriös wird. Aber ich bin gespannt, wie sich alles weiter entwickelt!

Das ist ja wieder ein toller Schritt in Richtung Elektromobilität ! Ich denke es ist toll, dass es immer mehr Forschungsgruppen und Unternehmen arbeiten, um die Leistung und Effizienz von E-Motoren zu verbessern. Das Axialflusskonzept klingt besonders interessant - ich hoffe, wir sehen bald diese Technologie in den Straßen !

Ich denke, dass die Zukunft der Elektromotoren wirklich spannend wird! Die Idee, Aggregate ohne Permanentmagneten in Autos zu integrieren, ist total machbar. Das würde uns von Abhängigkeit von seltenen Erden befreien und die Produktionstechnik verbessern.

Ich denke auch, dass die Axialflussmaschinen ein wichtiger Schritt in Richtung einer Kreislaufwirtschaft sind. Mit diesem Konzept könnten wir die Materialbedürfnisse reduzieren und gleichzeitig die Leistungsdichte steigern. Das wäre total cool!

Aber was mich am meisten interessiert, ist, wie wir diese Technologie serienreif und kostengünstig machen können. Es ist nicht nur ein Thema für die Forscher, sondern auch für uns als Verbraucher wichtig.

Ich denke, dass wir alle zusammenarbeiten müssen, um diese Technologie zu entwickeln und in der Realität umzusetzen. Wir sollten uns mit den Herstellern und Forschungseinrichtungen austauschen und gemeinsam an Lösungen arbeiten. Dann können wir sehen, wie wir die Elektromotoren noch besser machen können!