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Droht mir ein Dreher, wenn ein E-Motor aussteigt?

Einige sehr leistungsstarke Elektrofahrzeuge besitzen an jedem Rad einen Elektromotor. Was geschieht, wenn einer dieser Motoren bei hoher Geschwindigkeit plötzlich stoppt?

von
Markus Peter, AGVS
25.11.2020

Frage von Richard ans AGVS-Expertenteam:

Ich habe vor einigen Wochen die interessante Antwort auf eine Leserfrage nach der hohen Leistung von E-Autos gelesen. Vielen Dank dafür. Nun habe ich eine Anschlussfrage: Was geschieht, wenn bei einem E-Auto mit je einem Motor pro Rad (ohne verbindende Achse) bei hoher Geschwindigkeit ein Motor ausfällt? Ein extremer Dreher scheint programmiert.

Antwort

Lieber Richard

Danke fürs Kompliment und die spannende Frage. Zunächst möchte ich vorausschicken, dass Fahrzeuge mit vier Motoren wie der im Beitrag vom 21. Oktober erwähnte Mercedes SLS AMG Electric Drive sehr selten sind. Die meisten E-Sportwagen haben zwei bis drei E-Motoren.

Nun zu deiner eigentlichen Frage: Je nach Bauart weisen E-Motoren ein unterschiedliches «Schleppmoment» auf. Damit ist das Drehmoment beziehungsweise die Kraft gemeint, die benötigt wird, um den drehenden Teil, also den Rotor, des Elektromotors in stromlosem Zustand zu drehen. Die sogenannt permanent erregten Motoren (Sorry, aber die heissen wirklich so…) haben einen mit Permanentmagneten ausgestatteten Rotor und mit elektrischem Strom versorgte Drahtwicklungen im Stator. Der Stator ist der feststehende Teil des Motors.

Hier besteht aufgrund des permanent vorhandenen Magnetfeldes ein Drehmoment, das der Drehbewegung des Rotors entgegenwirkt. Diese Wirkung wird beim gewollten Verzögern des Fahrzeuges zur Rekuperation der Antriebsbatterie genutzt. In diesem Zustand wirkt der Motor also als Generator. Damit er seine eigentliche Funktion als Motor wahrnehmen kann, müssen die Statorwicklungen mit Strom versorgt werden, so dass das Magnetfeld des Stators dasjenige des Rotors «abstösst» und den Rotor in eine Drehbewegung versetzt.

Bei dieser Motorbauart wäre also ein plötzlicher Ausfall der Stromversorgung des Stators eines einzelnen E-Motors insofern heikel, weil dann aufgrund der hohen Geschwindigkeit ein relativ starkes Bremsmoment auf das entsprechende Rad einwirkt. Um nun einen Dreher zu vermeiden, müsste die Regelelektronik sofort die Stromversorgung zu den übrigen drei Motoren unterbrechen, so dass auf alle vier Räder ein gleichmässiges Bremsmoment wirkt. Unterstützend kommen bei diesem Manöver auch die hydraulischen Radbremsen zum Einsatz. Sie werden über Sensorik, Elektronik und Aktuatoren des Stabilitätssystems aktiviert und helfen dabei, das Fahrzeug zu stabilisieren.

Die in anderen E-Fahrzeugen ebenfalls oft verwendete E-Motorbauart sind die fremderregten Motoren. Anders als beim permanent erregten E-Motor besteht der Rotor aus Drahtwicklungen beziehungsweise Metallblechen, an denen erst dann ein Magnetfeld entsteht, wenn durch den Rotor ein elektrischer Strom fliesst oder ein Magnetfeld via Induktion auf die Metallbleche übertragen wird. Stehen also weder Stator noch Rotor unter Strom, so lässt sich ein solcher Motor ohne grossen Kraftaufwand drehen. Somit wirkt bei einem Ausfall der Stromversorgung dann auch kein Bremsmoment auf dieses Rad.

So oder so arbeiten bei leistungsstarken E-Fahrzeugen mit zwei oder mehr E-Motoren die verschiedenen Fahrzeugsysteme sehr eng zusammen und tauschen laufend Daten aus. So «wissen» die einzelnen Motoren immer Bescheid über die Haftungssituation der einzelnen Räder und können dank Torque-Vectoring die pro Rad eingesetzten Drehmoment- und Drehzahlwerte exakt dosieren und damit den Fahrer optimal unterstützen – natürlich immer im Rahmen der physikalischen Möglichkeiten.

Gute Fahrt!

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12 Kommentare
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Tüftler Hanspi

26.11.2020, 15:58

Mich würde interessiern, warum baut man nicht einen e-motor welchen man mit der Getriebeglocke wo sonst der Verbrenner sitzt in ein Fahrzeug? Begrenzt ihn auf 5000 u/min somit währe der selbe Fahrspass gegeben, schalten wie bis anhin, mit Schlupfbegrenzer! oder gibt es das schon?

Der Ing.

26.11.2020, 13:28

Bei so vielen Bauteilen im Rad kann schon das Eine oder Andere defekt gehen und das Rad blockieren. Dann ist ein Dreher nicht sudgeschlossen. Objektiv sind diese Radnabenmotoren wegen der extrem hohen, ungefederten Masse ein Unding, und weil ungefedert erst noch viel anfälliger für Defekte.

Bremser

26.11.2020, 05:45

E-Motoren direkt an den Rädern setzt man aufgrund der ungefederten Massen nur sehr selten ein. Die gängigen E-Autos haben alle Achsantriebe vorne oder hinten oder beides. Aber zu der Frage, ja wenn einer der vier Motoren plötzlich rekuperieren würde, würde ein Lenkimpuls auf das Fahrzeug einwirken. Das kann dir aber auch mit einem blockierten Achslager o.ä. passieren.