Prüfstandmaschinen E-Motoren mit leistungsstarken Motoren prüfen

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Das Start-up Dynamic E-Flow hat einen außergewöhnlich leistungsstarken Motor speziell für Prüfstände entwickelt. Davon profitiert vor allem die Entwicklung von Elektromotoren für die Elektromobilität.

Michael Anton Naderer erinnert sich noch genau: „Auf der Motorsport-Messe Hannover 2019 kamen gleich mehrere Prüfdienstleister auf uns zu mit der Frage, ob wir nicht auch Prüfstandmaschinen anbieten würden“. Das Problem: Gängige Hersteller konnten keine Motoren zur Verfügung stellen, die den speziellen Anforderungen für den Test von E-Mobility-Motoren genügt hätten. Der Geschäftsführer und Gründer des Start-ups Dynamic E-Flow erkannte das Potential sofort.

Motoren für Prüfstände, auf denen Motoren für Elektroautos getestet werden, müssen ein leistungsstarkes Drehmoment-Drehzahlband aufweisen, um die Leistungen des Prüflings abzudecken. Gefordert sind Drehzahlen von 25 000 min^-1 bei Drehmomenten bis 800 Nm und mehr. „Eine sehr schwierige Aufgabe für einen Motor“, erklärt Naderer. Der Grund: Es besteht die Gefahr, dass der Motor bei diesen hohen Drehzahlen aufgrund seiner Größe und Länge in Eigenresonanz und ins Schwingen gerät. „Dann hüpft er vom Prüfstand und die Messung ist kaputt“, formuliert Naderer es salopp. Aus mechanischen, elektromagnetischen und thermischen Gründen waren solche Messungen bisher nicht ohne den Einsatz von Getrieben realisierbar.

Kühltechnik macht's möglich

Um dieses Problem zu lösen, hilft die direkte Kühltechnik Capcooltech von Dynamic E-Flow: Die Spulen der Motoren bestehen aus hohlen Leitern, die von Kühlmittel durchflossen werden. Das ermöglicht den Bau sehr kompakter Motoren, die hohe Drehzahlen aufbringen und viel Last auf die Welle bringen. Entstanden ist nun der Permanentmagnet-Synchronmotor HC400 als Basis für eine ganze Baureihe. Der Motor bringt ein Drehmoment von 640 Nm bei einer Drehzahl von 25.000 min^-1 auf – und misst dabei nur 400 mm x 534 mm x 762 mm (B x H x L).

Diesen Motoren mussten die Ingenieure von Dynamic E-Flow allerdings komplett neu entwickeln. „Die große Herausforderung war für uns die Entwicklung der Mechanik“, erinnert Michael Naderer sich. Dass das Unternehmen die Motoren aufgrund der Kühltechnologie sehr kompakt aufbauen könnte, war klar. Doch es fehlte die Erfahrung, wie die Lagerung, die Welle oder das Gehäuse auf die enormen Drehzahlen reagieren würden. „Daher haben wir mit einigen Ingenieurbüros Kontakt aufgenommen, die auf Motorspindeln spezialisiert sind“. Auch hier stellte sich heraus: Aufgrund der speziellen Kühltechnik der Elektromotore kommt es bei der eingesetzten Mechanik nicht auf den tausendstel Millimeter an – das schafft Freiheitsgrade für die Entwicklung.

Freiheitsgrade für die Konstruktion

So konnte das Unternehmen verfügbare Lager einsetzen und musste nicht auf Sonderausführungen zurückgreifen. Naderer weiß den Einsatz seiner Partner zu schätzen: „Ohne den großen Rückhalt unseres Mechanikpartners hätten wir das Projekt nicht so mutig umsetzen können“.

Allerdings machte die Corona-Pandemie dem Unternehmen das Leben schwer. So sind die Lieferzeiten für viele Materialien – darunter Magnete und Lager –signifikant gestiegen. „Wir haben daher begonnen, diese Komponenten selbst auf Lager zu nehmen“, berichtet Naderer.

Auch bei der Simulation musste das Unternehmen neue Wege einschlagen. Herkömmliche Simulationsprogramme mussten adaptiert und optimiert werden, was mit den Partnern gut gelang.

Kompakte Bauweise schafft Vorteile

Der Mehrwert, den die neuen Motoren dem Prüfdienstleister bieten, ist groß. Obwohl sie eine signifikant höhere Leistungsbandbreite als herkömmliche Motoren aufweisen, bauen sie gleichzeitig sehr kompakt. Das macht den Einsatz von Wellen mit großem Durchmesser und robuster Lagerung möglich – das erhöht die Standzeiten und die Festigkeit im Testmodus. Die Folge: Auch Prüflingsmotore mit hohen Momenten und Drehzahlen lassen sich ohne weiteres testen. So sinken die Rüstzeiten und der Prüfdienstleister kann eine große Bandbreite an Kundenprojekten annehmen.

Die ersten Projekte laufen bereits – mit erfolgversprechenden Ergebnissen. So blickt Naderer auch zuversichtlich in die Zukunft. „Es gibt eine Reihe sehr renommierter Prüfstandhersteller in Deutschland“, weiß Naderer. Und deren Prüfstände sind gefragter denn je. Als Kernkomponenten jedes Fahrzeugs legen Fahrzeughersteller naturgemäß sehr viel Gewicht auf die Serienentwicklung der Motoren. Aufgrund der besonderen Anforderungen dieser Motoren an Drehzahl und Drehmoment, müssen viele Prüf-Dienstleister ihre Infrastruktur ganz neu aufbauen oder anpassen.

Getüftelt wird schon jetzt an der nächsten Generation, die auf Basis eines Baukastens entstehen soll. Dann lassen sich sehr einfach verschiedene Varianten anbieten. „So fühlen wir uns auf die kommenden Anforderungen gut vorbereitet“, schließt Michael Naderer ab.

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