Herstellung von Elektromotoren – 7 Wege, wie sich die Branche verändert

Heute erobern Elektromotoren die Autoindustrie. Wir denken häufig, dass die Elektrifizierung der Industrie eine Abkehr von fossilen Kraftstoffen bedeutet, um die globalen Emissionen zu reduzieren. Aber es gibt noch andere, weniger offensichtliche Auswirkungen, die sich auf die Hersteller von Elektromotoren und die Verbraucher auswirken.

Hier sind 7 Möglichkeiten, wie sich die Branche verändert:

1. Einfachere Konstruktion mit weniger beweglichen Teilen
2. Leichteres Temperaturmanagement
3. Keine giftigen Gase zu bewältigen
4. Sofortiges Drehmoment an den Rädern
5. Weniger Druck auf die Qualitätssicherung
6. Vereinfachte Lieferkette dank kleinerer Stücklisten
7. Verbesserte Sicherheit

1. Einfachere Konstruktion mit weniger beweglichen Teilen

Im Gegensatz zu einem Benzin-Verbrennungsmotor mit Hunderten von beweglichen Teilen haben Tesla-Elektromotoren nur ein einziges bewegliches Teil: den Rotor.

Auszug aus der Broschüre zum Tesla Model S

Teslas Konstruktion zeigt, dass Elektromotoren eine viel geringere Anzahl beweglicher Teile haben als Verbrennungsmotoren. Diese Aussage gilt auch für andere Teile des Elektrofahrzeugs. Der elektrische Antriebsstrang von Tesla beispielsweise besteht aus etwa 20 beweglichen Teilen im Vergleich zu herkömmlichen Antriebssträngen mit rund 200 beweglichen Teilen.

Für die Verbraucher bedeutet dies, dass Elektromotoren – und Elektrofahrzeuge im Allgemeinen – viel zuverlässiger sind, da weniger mechanischer Verschleiß auftritt.

Zu den Teilen, die nicht mehr benötigt werden, gehören Ölpumpen, Kraftstoffpumpen, Luftansaugsysteme, Luftfilter, Ketten, Kolben, Lichtmaschinen, Kupplungen, Pleuelstangen, Ventile, Federn, Druckregler, Zündkabel und vieles mehr.

Für die Hersteller bedeutet dies eine drastische Vereinfachung der Motorkonstruktion.

2. Leichteres Temperaturmanagement

Elektromotoren sind äußerst effizient: Sie verlieren nur ≈10 % der Energie in Form von Wärme, während es bei Verbrennungsmotoren ≈70 % sind. Dies bedeutet, dass im Motor weniger Wärme erzeugt wird, was das Temperaturmanagement für die Motorenhersteller erheblich erleichtert.

Elektromotoren sind weniger Hitze ausgesetzt und müssen nicht so hohen Temperaturen und thermischen Belastungen standhalten. Dies ermöglicht die Verwendung effizienterer Materialien für die Motorkomponenten.

3. Keine giftigen Gase zu bewältigen

Bei der Verbrennung von Treibstoff in Verbrennungsmotoren entstehen giftige Gase, die in weniger giftige Schadstoffe umgewandelt werden müssen, bevor sie in die Atmosphäre gelangen. Da Elektromotoren keine giftigen Gase erzeugen, werden alle Komponenten des Abgassystems nicht benötigt. Dazu gehören Teile wie Zylinderköpfe, Abgasleitungen, Turbolader, Katalysatoren und Schalldämpfer.

4. Sofortiges Drehmoment an den Rädern

Das Drehmoment ist die Kraft, die die Räder zum Drehen bringt. Bei Verbrennungsmotoren ist diese Kraft bei etwa 1.800 bis 2.600 Umdrehungen pro Minute optimal (ein "Sweet Spot", der von Motor zu Motor unterschiedlich ist). Gasmotoren liefern bei niedrigen und hohen Drehzahlen ein suboptimales Drehmoment. Elektromotoren sind jedoch anders: Sie können unabhängig von der Drehzahl ein sofortiges und optimales Drehmoment an die Räder abgeben.

Daher brauchen Elektromotoren kein Getriebe, um die Gänge zu wechseln und optimal zu bleiben. Viele Elektroautos arbeiten mit einem so genannten Ein-Gang-Getriebe, während andere (wie das Tesla Model S) überhaupt kein Getriebe haben, wodurch Hunderte von komplexen beweglichen Teilen wie Zahnräder überflüssig sind.

5. Weniger Druck auf die Qualitätssicherung

Die Toleranzen für Teile, die in Verbrennungsmotoren verwendet werden, sind extrem eng – und das ist bei Elektromotoren nicht der Fall. Kolben und Zylinder zum Beispiel werden an mehreren Stellen im Motor mit Mikrometer-Toleranzen gefertigt. Der Abstand zwischen ihnen muss mit äußerster Präzision kontrolliert werden, um eine ordnungsgemäße Verbrennung zu erreichen. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, muss das Herstellungsverfahren präzise und gleichmäßig sein, wobei Abweichungen im Bereich von Zehntausendstel Zoll (oder 2,54 Mikrometer) zulässig sind.

Bei Elektromotoren entfallen diese Teile mit engen Toleranzen. Dadurch ist die Qualitätssicherung einfacher und das Risiko von Nacharbeit und Ausschuss geringer.

6. Vereinfachte Lieferkette dank kleinerer Stücklisten

Die Stückliste (BOM) ist eine strukturierte Auflistung aller Materialien, Komponenten und Teile, die für den Bau des Motors benötigt werden. Sie enthält Angaben zu Mengen, Beschaffung, Kosten usw.

Die kleinere Stückliste von Elektromotoren wird erhebliche Auswirkungen auf die Lieferkette der Automobilindustrie haben. Zulieferer von Teilen, die in E-Fahrzeugen nicht benötigt werden, wie z. B. Auspuffsysteme, Kraftstoffsysteme und Getriebe, laufen Gefahr, irrelevant zu werden. Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen müssen sich diese Anbieter von Motorenteilen anpassen, um zu überleben.

Für die Hersteller von Elektromotoren ist eine kleinere Stückliste eine gute Sache. Sie bietet eine Reihe von Vorteilen:

• Vereinfachte Lieferantenbeziehungen und geringere Komplexität der Lieferkette aufgrund einer geringeren Anzahl von Lieferanten.
• Kürzere Vorlaufzeiten, da weniger Artikel beschafft und koordiniert werden müssen.
• Verbesserte Bestandsverwaltung aufgrund der geringeren Anzahl von Komponenten, die verfolgt, verwaltet und auf Lager gehalten werden müssen.
• Geringeres Risiko von Rückständen bei der Bestellung von Teilen, die zu Verzögerungen in der Produktion führen.

7. Verbesserte Sicherheit

Aufgrund der geringeren Anzahl von Bauteilen sind Elektromotoren kompakter als Verbrennungsmotoren. So bleibt mehr Raum für die Optimierung der Knautschzone, also der Bereiche an der Fahrzeugfront und am Heck, die Aufprälle absorbieren und die Insassen schützen können.

Auch andere Faktoren tragen zur Sicherheit bei:

• Das höhere Gewicht des Fahrzeugs absorbiert mehr Energie aus Stößen
• Der niedrigere Schwerpunkt bietet Widerstand gegen Überschläge
• Elektroautos verfügen in der Regel über die neuesten Technologien zur Vermeidung von Unfällen und zum Überleben
• Elektroautos haben ein geringeres Brandrisiko (sie haben keinen Tank mit brennbarem Kraftstoff)

Es überrascht nicht, dass viele Elektroautos bei Crashtests Bestnoten erhalten haben und sich insgesamt als sicherer als benzinbetriebene Fahrzeuge erwiesen haben.

Die Herausforderung? Deckung der Nachfrage

Die Herstellung von Elektromotoren bringt zwar positive Veränderungen für die Branche mit sich, aber die OEMs und ihre Zulieferer müssen noch viele Herausforderungen meistern. Eine davon ist die Schaffung neuer Produktionsstraßen für Motoren, die der wachsenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen gerecht werden können. Angesichts begrenzter Zeit und Ressourcen stehen die Hersteller unter Druck, die richtigen Entscheidungen zu treffen.

Wie Laser den Herstellern von Elektromotoren helfen können

Die Lasertechnologie gewährleistet eine effiziente und präzise Oberflächenbearbeitung aller Motortypen, einschließlich bürstenloser DC-Motoren, Permanentmagnet-Synchronmotoren, AC-Induktionsmotoren, interner dauermagneterregter Motor, geschalteter Permanentmagnet-Reluktanzmotoren und so weiter.

Beispiele für Anwendungen:

• Abisolieren der Isolierschicht auf den Kupfer-Hairpins des Stators (bei Hairpin-Motoren)
• Oxidentfernung von Schleifringen zur Verbesserung des elektrischen Kontakts
• Identifizierung von Rotorblechen oder Käfigläufern zur Rückverfolgbarkeit
• Entfernung der Epoxid-Pulverlackbeschichtung von Brücken und Anschlussfahnen
• Schweißen von Batterie-Tabs

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