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Motortechnik 1



Vergleicht man einen Verbrenner mit einem E-Motor, so fällt zunächst einmal die Anzahl von Teilen auf. Da kommt man beim Elektromotor gerade mal auf gut 10 Teile und beim Verbrenner auf gut 200. Das wären dann aber zwei relativ kleine Motoren, auf der Verbrenner-Seite ein Vierzylinder.

Diese Anzahl steigt bei mehr Leistung und mehr Zylindern deutlich an, im Falle eines E-Motors jedoch fast gar nicht. Aber schon der Vierzylinder ist deutlich größer, allerdings gibt man uns beim Elektromotor meist nur Peak-Leistung und -Drehmoment an.

Die ist dann oft nur z.B. 10 Sekunden nutzbar, was aber oft unbemerkt bleibt, weil der E-Motor sehr schnell im Antritt ist. Die Zeit reicht in der Regel für mehr als 100 km/h. Die Höchstgeschwindigkeit ist dann meist limitiert. Für den Prüfstandslauf ist die Peakleistung hingegen oft zu kurz anwesend.

Die Dauerleistung ist dann oft deutlich geringer.

Für die Lebensdauer sehr wichtig sind die Lager des einzig drehenden Teils im Elektromotor, das demnach Rotor heißt. Die Hochleistungslager sind folglich auch die einzigen wirklichen Verschleißteile, demnach eine Überholung des Motors recht günstig.

Einerseits sind diese durch deutlich höhere Drehzahl von 10.000/min und mehr stärker, andererseits aber schwächer belastet durch viel perfektere Auswuchtung, als es beim Kurbeltrieb möglich ist. Sonstige Reibung, z.B. durch einen Kommutator, gibt es beim permanent erregten Synchronmotor nicht.

Der Rotor ist allerdings oft magnetisch und man muss bei der Montage innerhalb des Gehäuses mit dem Stator höllisch aufpassen, dass es durch die dabei schon wirkenden magnetischen Kräfte keine Berührungen bzw. Schäden an einem oder beiden gibt.

Der Rotor kann nur magnetisch sein oder auch Kupferdraht enthalten. Die Wechselwirkung zwischen Rotor und Stator beruht auf Magnetismus. Auf jeden Fall muss der beim Stator elektrisch erzeugt werden, weil laufend umzuschalten, wenn der Rotor gerade eine bestimmte Stellung erreicht hat.

Der Lauf des Rotors ist dabei umso feiner, je mehr Paare von Elektromagneten der Stator in seinen Kupferwicklungen hat. Das Ganze ist eigentlich einem Hund vergleichbar, dessen Knochen man immer ein wenig weiter von ihm wegzieht, bevor er ihn erreicht.

Im Prinzip läuft also das magnetische Feld des Rotors dem des sich ändernden im Stator hinterher, je schneller dessen Umschaltung, desto höher die Drehzahl. Bei dem ausschließlich in der Batterie vorhandenen Gleichstrom ist also eine umfangreiche Schaltungstechnik nötig.

Natürlich muss die Logik dieser Schaltung genau darauf achten, dass der Knochen sich immer in einem bestimmten Abstand zum Hund befindet, er ihn also einerseits nicht erreicht und nach ihm schnappen kann, aber andererseits bei zu großem Abstand nicht das Interesse verliert.

Ebenso muss das auch bei der Steuerung eines Synchronmotors sein. Wird zu spät umgeschaltet, bleibt der Motor stehen oder hat zumindest einen kurzzeitigen Verlust an Drehmoment, überholt der Rotor die Umschaltung, kann es sogar zum Stillstand und nicht mehr möglichen Anlauf kommen.

Letzteres kann natürlich durch kurzzeitige Unterbrechung der Drehfähigkeit des Rotors passieren und muss durch eine moderne Motorsteuerung bemerkt werden und die magnetische Verbindung als Reaktion darauf wieder eingefangen oder der Rotor sogar neu angefahren werden.

Also grundsätzlich dreht bei einem Synchronmotor der Rotor dem wandernden elektrischen Feld des Stators hinterher. Bis jetzt sind wir von Dauermagneten im Rotor ausgegangen, früher oft Neodyme, die man heute z.T. durch andere Stoffe zu ersetzen sucht.

Jetzt kann es aber auch Kupferwicklungen im Rotor ähnlich wie im Stator geben. Die werden über Bürsten und Schleifringe mit Strom versorgt. Dadurch entfällt der permanente Magnetismus im Rotor komplett, allerdings kommt ein weiteres Verschleißteil hinzu.

Schleifringe sind dabei übrigens weniger anfällig als die meistbekannten Kommutatoren, deren Kontaktringe für die Bürsten verschleißträchtige Unterbrechungen als Polwender aufweisen. Trotzdem möchte man sie loswerden und es gibt auch hier vielversprechende Forschungsergebnisse.

Man nennt sie fremderregte Synchronmotoren, die den Vorteil haben, dass sie komplett abschaltbar sind. Also entfällt bei permanent erregten die äußerst unerwünschte Stromerzeugung im Schiebebetrieb, sei es durch Abschleppen oder bei abgeschaltetem Allradantrieb.








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