Elektromobilität

Elektromotor: Hersteller, Aufbau und Funktionsweise

von
Thomas Pitscheneder

Elektromotoren sind die Basis für E-Autos. Doch wie sind sie Aufgebaut, wie funktionieren sie, wer stellt sie her und kann man sie kaufen? Die Antworten!

Aufladevorgang beim Elektroauto. Anstecken und schon fließt der Strom.
Anstecken, aufladen und losfahren: Die Handhabung von Elektroautos ist unkompliziert. Sind es die Motoren auch? Foto: Shutterstock / Dmytro Zinkevych

Das erfahren Sie gleich:

  • Wie ein einfacher Elektromotor aufgebaut ist
  • Welche Hersteller die Motoren produzieren
  • Wie ein E-Motor aus elektrischer Energie mechanische Leistung generiert

Die Funktionsweise eines Otto- und Dieselmotors ist heute hinlänglich bekannt, der Elektromotor scheint aber noch immer ein Mysterium zu sein – dabei ist der prinzipielle Aufbau nicht kompliziert. Der Motor unterscheidet sich nur im Detail von dem, was schon zu Schulzeiten im Physikunterricht im Lehrplan steht. Wie ein solcher Antrieb funktioniert, lässt sich sogar ganz einfach anschaulich darstellen.

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Die unkomplizierte Technik bietet viele Vorteile. Das macht die Elektromobilität besonders interessant. Das gilt für Werkstätten, Nutzer und Bastler gleichermaßen.

Daimler steigt aus Motoren-Deal mit Bosch aus

Der Deal zwischen dem Konzern hinter Mercedes-Benz und Bosch scheint Geschichte zu sein. Wie die Stuttgarter Nachrichten berichten, beenden die Unternehmen die Kooperation. Das Gemeinschaftsunternehmen “Em-motive” gehe demnach komplett in den Besitz von Bosch über. Damit will sich der Automobil-Zweig der Gruppe noch breiter auf dem Markt positionieren.

Der Zusammenschluss in Form eines Joint Ventures sollte eine wirtschaftliche Fertigung der Motoren garantieren. Für die neue EQ-Reihe von Mercedes-Benz muss sich Daimler jetzt eine Alternative suchen. Selbst will das Unternehmen aber zunächst keine Elektromotoren produzieren. Stattdessen plant Daimler die Antriebe auf dem Weltmarkt einkaufen. Doch was hat es mit den Antrieben auf sich – und wo bekommen andere Marken ihre Motoren her?

Elektromotoren: Zurück in die Zukunft

Elektromotoren haben das Potenzial zum Antrieb der Zukunft. Kein Wunder, denn fossile Brennstoffe sind endlich. Das zur Herstellung von Benzin und Diesel benötigte Erdöl regeneriert sich nicht.

Einfacher ist das bei Strom, denn der lässt sich auch aus Wind, Wasserkraft, Biomasse und Sonnenenergie gewinnen. Der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung nahm laut Umwelt-Bundesamt von 2012 bis 2017 sogar um mehr als 13 Prozent zu – Tendenz steigend.

Ein Auto mit Elektromotor kann also durchaus umweltfreundlich sein, zumindest bei der richtigen Wahl des Stromanbieters. Ladesäulen werden ohnehin bereits zu großen Teilen aus erneuerbaren Quellen mit Strom betrieben. Das spricht für Autos mit solchen Motoren. Doch viele Menschen wissen mit den Elektroautos und E-Motoren noch wenig anzufangen.

Bereits 1821 konstruierte Michal Faraday eine Vorrichtung, bei der sich ein beweglicher Leiter im Magnetfeld um einen festen Leiter drehte. Ein Jahr später zeigte der Physiker Peter Barlow das nach ihm benannte Rad, das auf einem ähnlichen Prinzip basierte und als Vorreiter erster Elektromotoren gilt. Im Jahr 1888 startete die Maschinenfabrik A. Flocken aus Coburg als erster deutsche Hersteller mit einem vierrädrigen Fahrzeug mit Elektromotor.

Weniger ist mehr: Einfacher Aufbau eines Elektromotors

Im Prinzip stecken im Elektromotor nur wenige Einzelteile. Das ist gleichzeitig einer der großen Vorteile solcher Antriebe. So sind sie wartungsärmer und weitaus kompakter als ein normaler Verbrennungsmotor. Drei Teile sind besonders wichtig.

  • Der Stator bildet den äußeren Part des Elektromotors und ist direkt mit dem Gehäuse verbunden. Wie seine Name bereits vermuten lässt, ist er ein unbewegliches Teil. Der Dauermagnet besitzt zwei gegensätzliche Pole.
  • Der Rotor ist das Gegenstück zum Stator und sitzt innerhalb seines hohlen Kerns. Er besteht aus einem Eisenkern und zwei Spulen aus Kupferdraht als stromdurchflossene Leiter. Er ist an einer drehbaren Achse befestigt.
  • Die Stromquelle macht aus dem Rotor einen Magneten, indem sie ihn mit Spannung versorgt. Ohne diese wäre der Kern nicht in der Lage, richtig zu arbeiten – mangels Polung der Spulen. Erst durch den Strom entsteht ein Magnetfeld.
  • Der Kommutator ist meist eine Scheibe aus Metall mit zwei Bereichen. Diese wechseln immer wieder die Richtung des Stroms, was zu einer Änderung der Polung des Rotors führt.

Funktionsweise: Von elektrischer zu mechanischer Energie

Ein Elektromotor macht sich Magnetfelder zu Nutze, um eine Bewegung zu erzeugen. Das Prinzip kommt bereits früh im Schulunterricht vor: Zwei gleichnamige Pole stoßen sich ab, während sich zwei unterschiedliche Pole anziehen. Auf dieser Basis lässt sich mit einfachen Mitteln eine Drehung erzeugen – so auch im E-Motor.

Innerhalb des feststehenden Stators sitzt in einem einfachen Elektromotor der Rotor. Bei unterbrochener Energieversorgung steht der still. Über Metallbürsten mit Spannung versorgt fungiert das bewegliche Teil dank der Spule aus Kupfer selbst als Magnet. Der Kommutator sorgt dafür, das dieser stets gegensätzlich zum Stator gepolt ist und sich somit dreht. Diese Funktionsweise nennt sich Gleichstrommotor.

Im Auto sind die Antriebe meist noch etwas ausgeklügelter. Zum Einsatz kommen dort sogenannte Synchronmotoren. Sie sollen mangels Bürsten im Magnetfeld weniger Reibung zwischen den Polen erzeugen und so einen geringeren Verschleiß verursachen.

Ein weiterer Vorteil: Der Wirkungsgrad erhöht sich. Mangels Getriebe sind hohe Drehzahlen möglich, das volle Drehmoment ist sofort verfügbar und sorgt für viel Kraft beim Beschleunigen. Wie das genau funktioniert, ist von Motor zu Motor und von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich.

Gleiches gilt für Gewicht und Preis. Ein Antrieb im Auto bringt zwischen 50 und 150 Kilogramm auf die Waage. Wer einen Elektromotor nachrüsten möchte, muss Kosten zwischen 5000 und 50.000 Euro kalkulieren.

Diese Hersteller bauen Elektromotoren für Autos

Große Hersteller wie VW, Audi und BWM übernehmen die Fertigung der Motoren selbst – überwiegend sogar in deutschen Werken. Ebenfalls in Eigenregie bauen etwa Tesla und Toyota die mit Strom betriebenen Maschinen.

Elektromotoren: Entwickler und Herstellungsorte

  • Hersteller
  • Modell
  • Elektromotor
  • Entwickelt von
  • Herstellungsort
  • BMW
  • i3
  • Hybriderregter Synchronmotor
  • BMW
  • Landshut, Deutschland
  • BMW
  • i3s
  • Hybriderregter Synchronmotor
  • BMW
  • Landshut, Deutschland
  • Citroën
  • C-Zero
  • Permanentmagnet-Synchronmotor
  • Meiden
  • Tokyo, Japan
  • Citroën
  • E-Mehari
  • Permanentmagnet-Synchronmotor
  • Citroën
  • Rennes, Frankreich
  • Citroën
  • Berlingo Electric
  • Permanentmagnet-Synchronmotor
  • Citroën/Mitsubishi
  • Vigo, Spanien
  • Hyundai
  • Ioniq
  • Permanentmagnet-Synchronmotor
  • Hyundai
  • Ulsam, Südkorea
  • Kia
  • Soul EV
  • Permanentmagnet-Synchronmotor
  • Kia
  • Gwangju, Südkorea
  • Nissan
  • Leaf
  • Permanentmagnet-Synchronmotor
  • Nissan
  • Sunderland, England
  • Nissan
  • e-NV200 Evalia
  • Permanentmagnet-Synchronmotor
  • Nissan
  • Barcelona, Spanien
  • Nissan
  • e-NV200
  • Permanentmagnet-Synchronmotor
  • Nissan
  • Barcelona, Spanien
  • Opel
  • Ampera-E
  • Permanentmagnet-Synchronmotor
  • Chevrolet
  • Orion, USA
  • Peugeot
  • iON
  • Permanentmagnet-Synchronmotor
  • Meiden
  • Tokyo, Japan
  • Renault
  • Twizy
  • Drehstrom-Asynchronmotor
  • Renault
  • Valladolid, Spanien
  • Renault
  • Zoe
  • Fremderregter Synchronmotor
  • Renault/Continental
  • Flins, Frankreich
  • Renault
  • Kangoo Z.E.
  • Fremderregter Synchronmotor
  • Renault
  • Cléon, Frankreich
  • Smart
  • Fortwo Electric Drive
  • Fremderregter Synchronmotor
  • Renault
  • Cléon, Frankreich
  • Smart
  • Forfour Electric Drive
  • Fremderregter Synchronmotor
  • Renault
  • Cléon, Frankreich
  • Tesla
  • Model S
  • Drehstrom-Asynchronmotor
  • Tesla
  • Fremont, USA
  • Tesla
  • Model X
  • Drehstrom-Asynchronmotor
  • Tesla
  • Fremont, USA
  • VW
  • e-Up
  • Permanentmagnet-Synchronmotor
  • VW
  • Kassel, Deutschland
  • VW
  • e-Golf
  • Permanentmagnet-Synchronmotor
  • VW
  • Kassel, Deutschland

Viele Hersteller von Elektroautos bauen auch die Motoren selbst. Doch es gibt Ausnahmen: Daimler lässt die Antriebe für Smart etwa bei Renault fertigen.

Das Unternehmen Siemens beliefert bevorzugt Kunden in China mit Elektromotoren. Daimler baute von 2011 bis 2019 Elektromotoren mit Bosch, kauft sich künftig aber auf dem Weltmarkt ein. Die Konzerntochter Smart holt sich ihre Antriebe aus Frankreich – von Renault.

Schaeffler produziert bald eigene Elektromotoren

Immer mehr Unternehmen wittern im Geschäft mit den Elektromotoren eine Chance. So auch der deutsche Automobilzulieferer Schaeffler. Die Firma aus Herzogenaurach möchte laut eigener Aussage bald elektrische Motoren bauen und liefern.

“Wir wollen ab dem Jahr 2020 mit eigenen produzierten Elektromotoren in den Markt gehen. Dafür haben wir jetzt alle Technologien an Bord”, so Jochen Schröder, Bereichsleiter für Elektromobilität bei Schaeffler, gegenüber der Automobilwoche. Das Unternehmen zielt nicht auf Start-ups ab, sondern möchte die Global Player beliefern – und hauseigene Projekte elektrifizieren.

Eigene Elektroantriebe stellte Schaeffler bisher nur für die Formel E her. Geplant sind künftig offenbar einfache Motoren ab 20 bis hin zu Hochleistungsmotoren um die 300 Kilowatt für eine Vielzahl von Fahrzeugen.

Elektromotor kaufen: Hier gibt es elektrische Antriebe

Wer sich selbst einen Elektromotor zulegen möchte, bekommt eine breite Auswahl geboten. Die Antriebe reichen von einfacheren Modellen für kleine Bauten bis hin zu großen Exemplaren für den Umbau eines Verbrenners zum Elektroauto. Modellbauer zahlen so etwa nur zwischen 1,50 und 15 Euro.

Professionelle Motoren sind hingegen ein ganzes Stück kostenintensiver. 2 kW Leistung gibt es von Automobilzulieferer Mahle zwar bereits für 400 Euro, für ein Auto ist das allerdings bei weitem nicht ausreichend. Wer mindestens 50 kW möchte, ist bereits mehrere Tausend Euro los. Dazu kommen natürlich noch Kosten für Antriebswelle, Getriebe und vieles mehr.

Elektromotor im Eigenbau: So funktioniert es

Das Prinzip eines Elektromotors lässt sich mit wenigen Mitteln und Handgriffen in einem Experiment veranschaulichen. Alles was es für den Aufbau braucht, sind ein bis zwei Meter Kupferdraht, ein kleiner Magnet, eine Flachbatterie, zwei Schnellverbinder, zwei Büroklammern und ein Untergrund zur Befestigung.

Den Anfang macht das Fixieren des Magnets auf dem Untergrund. Anschließend die Klammern aufbiegen und in den Untergrund stecken, sodass sie eine Halterung bilden. Den Kupferdraht zu einer Spule rollen oder biegen und diese in die Halterung setzen. Im letzten Schritt die Batterie per Schnellverbinder an die Klammern anlegen. Fließt der Strom, sollte sich die Spule wegen des entstandenen Magnetfelds anfangen zu drehen.

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Natürlich ist das eine besonders stark vereinfachte Variante eines Elektromotors. Ein moderner Motor im Auto ist wesentlich komplexer. So lässt sich beim selbstgebauten Exemplar etwa mangels Kommutator nicht die Stromrichtung verändern, und auch die Geschwindigkeit der Drehbewegung ist nicht regelbar.

Um selbst eine Ahnung von der Funktionsweise zu bekommen oder den Kindern zu erklären wie ein solches Fahrzeug durch Magnetfelder funktioniert, reicht es allemal.

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