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Wie viele Elektromotoren befinden sich in Ihrem Auto?

| Autor / Redakteur: Clark Kinnaird* / Benjamin Kirchbeck

Bosch hat aus drei Antriebsteilen eins gemacht. Motor, Leistungselektronik und Getriebe sind kombiniert und treiben unmittelbar die Achse des Autos an. Doch in einem Fahrzeug existieren noch wesentlich mehr E-Motoren – nicht selten über 40 Stück.
Bosch hat aus drei Antriebsteilen eins gemacht. Motor, Leistungselektronik und Getriebe sind kombiniert und treiben unmittelbar die Achse des Autos an. Doch in einem Fahrzeug existieren noch wesentlich mehr E-Motoren – nicht selten über 40 Stück. (Bild: Bosch)

Wissen Sie wie viele Elektromotoren sich in Ihrem Fahrzeug befinden? Sie werden es schwer haben, ein neueres Modell zu finden, in dem weniger als ein Dutzend Elektromotoren verbaut wurden. Wahrscheinlicher ist es, dass mindestens 40 davon vorhanden sind. Ein Überblick.

Das Vereinigte Königreich und Frankreich haben bereits Termine für das Verbot von Verbrennungsmotoren festgelegt, und auch in China untersucht man ein entsprechendes Verbot. Volvo wiederum hat bereits angekündigt, dass seine neuen Modelle ab 2019 elektrisch angetrieben sein werden. Alles deutet also darauf hin, dass leistungsfähige Elektromotoren in Form von Traktionsmotoren eine bedeutende und weiter zunehmende Rolle als der Motor spielen werden, der für den Vortrieb des Fahrzeugs sorgt. In vielen weiteren Anwendungen im Automobilbereich dominieren Elektromotoren allerdings schon heute. Untersuchen wir dazu einmal ein typisches Auto.

Der bestehende und weiter wachsende Bestand an Elektromotoren

Elektrische Anlasser findet man in Automobilen, seit man in der Generation unserer Großeltern zu dem Schluss kam, dass es etwas Besseres geben muss, als Autos mit der Hand anzukurbeln. Von den Traktionsmotoren abgesehen, sind die Anlasser nach wie vor die leistungsstärksten Elektromotoren im Auto. Die Einführung der Start-Stopp-Automatik und der Mildhybrid-Fahrzeuge hat überdies dazu geführt, dass aus den Anlassern eine Anlasser-Generator-Kombination hervorgegangen ist, die zusätzliche Aufgaben übernehmen kann. Bei einigen Konstruktionen kann ein verbesserter Anlasser gar zum langsamen Fahren im Stop-and-Go-Verkehr verwendet werden, was die Grenze zwischen Anlasser und elektrischem Traktionsmotor langsam verschwimmen lässt.

Anwendungen für Elektromotoren in einem Kraftfahrzeug.
Anwendungen für Elektromotoren in einem Kraftfahrzeug. (Bild: TI)

Die Scheibenwischer sind vielleicht das verbreitetste Beispiel dafür, wo Elektromotoren in modernen Automobilen eingesetzt werden, denn schließlich besitzt jedes Fahrzeug mindestens einen Motor für die vorderen Scheibenwischer. Das Aufkommen von SUVs und Schrägheck-Fahrzeugen mit steiler abfallendem Heckfenster führte außerdem dazu, dass ein großer Prozentsatz der Autos auch hinten einen Scheibenwischer mit dem entsprechenden Motor besitzen. Ein weiterer Motor pumpt Waschflüssigkeit auf die Frontscheibe und in einigen Fahrzeugen auch zu den Scheinwerfern, die möglicherweise sogar mit eigenen kleinen Scheibenwischern ausgestattet sind.

So gut wie jedes Auto verfügt ferner über ein Gebläse, das für die Zirkulation der erwärmten oder gekühlten Luft im Fahrgastraum sorgt. Nicht wenige Fahrzeugmodelle sind hierfür sogar mit einem oder auch zwei zusätzlichen Lüftern ausgestattet. In Fahrzeugen der Luxusklasse findet man Lüfter auch in den Sitzen, wo sie zur Kühlung und Wärmeverteilung dienen.

Ein dankbares Objekt bei der Suche nach Elektromotoren im Elektromotoren im Auto sind die elektrisch verstellbaren Sitze. In einfacheren Fahrzeugmodellen lassen sich die Sitze elektrisch vor und zurückstellen, und auch die Neigung der Lehne wird auf Knopfdruck per Elektromotor verstellt. Bei hochpreisigeren Autos kommen als zusätzliche Funktionen die elektrische Verstellung der Höhe, Neigung und Festigkeit der Sitzfläche, die verstellbare Lordosenstütze und die Einstellung der Kopfstütze hinzu. Ebenfalls mit Elektromotoren bestückt sind das automatische Einklappen von Sitzen und sich selbsttätig verstauende Rücksitze.

Bei den Fenstern sind anstelle der früher üblichen Kurbeln elektrische Fensterheber zur Regel geworden. Künftige Generationen werden die kreisende Handbewegung, mit der man Autoinsassen zum Öffnen des Seitenfensters auffordert, deshalb kaum noch verstehen.

Jedes Fenster ist ein potenzieller Einsatzort für einen Elektromotor, darunter auch Varianten wie etwa Schiebedächer oder Lüftungsfenster im Heck von Minivans. Die Ansteuerung der Antriebe für diese Fenster kann ganz einfach sein und sich auf ein Relais beschränken. Sicherheitsanforderungen wie die Notwendigkeit zum Erkennen von Hindernissen oder eingeklemmten Objekten aber haben zum Entstehen intelligenter Antriebslösungen mit Bewegungsüberwachung und Kraftbegrenzung geführt.

Ein weiteres Komfortmerkmal sind die Türverriegelungen, und auch hier wurde die manuelle Bedienung durch einen elektrischen Antrieb abgelöst. Zu den Vorteilen der elektrischen Betätigung gehören Komfortfunktionen wie die Fernbedienung, verbesserte Sicherheit und intelligente Funktionen wie das automatische Entriegeln nach einer Kollision. Die Tatsache, dass bei den elektrisch betätigten Türschlössern anders als bei den Fensterhebern die Möglichkeit des manuellen Betriebs erhalten bleiben muss, beeinflusst natürlich die Konstruktion des elektrischen Antriebs für das Türschloss sowie des entsprechenden Mechanismus.

Die Anzeigeinstrumente in der Instrumententafel werden möglicherweise durch LEDs oder andere Arten von Displays ersetzt werden, doch zurzeit enthält jedes Instrument noch einen kleinen Elektromotor. Weitere Elektromotoren im Bereich der Komfortfunktionen sind das elektrische Verstellen und Einklappen der Außenspiegel sowie eher exotische Anwendungen wie Cabriodächer, ausfahrbare Trittbretter oder Trennscheiben zwischen Fahrer und Passagieren.

Im Motorraum gewinnen Elektromotoren gleich an mehreren Stellen an Verbreitung, wobei sie in den meisten Fällen als Ersatz für bisherige Keilriemenantriebe dienen. Kühlerlüfter, Kraftstoffpumpe, Kühlmittelpumpe und Kompressoren sind Beispiele hierfür. Die Umstellung vom Keilriemen- auf elektrischen Antrieb hat mehrere Vorteile. So können Elektromotoren mit ihrer modernen Elektronik zum einen wesentlich energieeffizienter sein als Riemen und Umlenkrollen, was den Kraftstoffverbrauch, das Gewicht und den Schadstoffausstoß reduziert. Als weiterer Pluspunkt kommt hinzu, dass Elektromotoren im Gegensatz zu Keilriemen mehr Freizügigkeit bei der mechanischen Konstruktion bieten, denn der Einbauort von Pumpen und Lüftern wird nicht mehr durch die Vorgabe bestimmt, dass ein Keilriemen zu jeder Antriebsrolle geführt werden muss.

Technische Trends

Die meisten Elektromotoren in modernen Autos werden aus dem standardmäßigen 12-V-Bordnetz gespeist, das einen keilriemengetriebenen Generator zur Stromerzeugung und eine Blei-Säure-Batterie als Energiespeicher besitzt – eine Lösung, die sich seit Jahrzehnten bewährt hat. Die neuesten Fahrzeuge aber benötigen immer mehr elektrische Energie für Komfort-, Unterhaltungs-, Navigations-, Fahrassistenz- und Sicherheitsfunktionen.

Ein Zweispannungs-Bordnetz mit 12 V und 48 V könnte das 12-V-Bordnetz von einigen Verbrauchern mit höherer Leistungsaufnahme entlasten. Zu den Vorteilen eines zusätzlichen 48-V-Netzes gehört die Reduzierung der Stromstärke auf ein Viertel – bei gleicher Leistung, was eine entsprechende Gewichtsreduzierung bei den Kabeln und Motorwicklungen ergibt. Beispiele für Verbraucher mit hoher Stromaufnahme, die sich für die Umstellung auf 48-V-Versorgung anbieten, sind der Anlasser, der Turbolader, die Kraftstoffpumpe, die Kühlmittelpumpe und die Kühlerlüfter. Die Realisierung eines 48-V-Netzes für diese Bauteile könnte eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs um etwa 10 % bewirken.

Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren sind die Lösung, die traditionell für die meisten elektrisch betriebenen Komfortfunktionen in einem Auto eingesetzt werden. Da die Kommutierung mit Bürsten erfolgt, sind diese Motoren einfach anzusteuern und außerdem relativ kostengünstig. In einigen Anwendungen allerdings können bürstenlose Gleichstrommotoren entscheidende Vorteile hinsichtlich der Leistungsdichte bieten, was eine Gewichtsersparnis ermöglicht und den Kraftstoffverbrauch und den Schadstoffausstoß senkt.

Die Automobilhersteller verwenden bürstenlose Gleichstrommotoren für Scheibenwischer, die Lüfter in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie für Pumpen. In diesen Anwendungen laufen die Motoren meist über längere Zeit, im Gegensatz zum Kurzzeitbetrieb beispielsweise bei Fensterhebern oder der elektrischen Sitzverstellung, wo die Einfachheit und Kosteneffektivität der bürstenbehafteten Motoren nach wie vor einen Vorteil darstellt.

Fazit

Zweifellos wird die wachsende Popularität der Elektrofahrzeuge zahlreiche Innovationen bei den Elektromotoren für den Automobilbereich anstoßen, doch auch bei den Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor sind Elektromotoren bereits in großer Zahl im Einsatz. Mit jedem Modelljahr kommen weitere Anwendungen hinzu, die für mehr Komfort, Intelligenz und Sicherheit sorgen und gleichzeitig die Umweltauswirkungen reduzieren. Dennoch bleibt weiterhin stets Platz für Neues.

* Clark Kinnaird ist Automotive Systems Engineer bei Texas Instruments

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... vom einklappen und verstellen der Seitenspiegel ganz zu schweigen...  lesen
posted am 27.06.2018 um 13:31 von Unregistriert


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