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E-Motor einfach erklärt Technik für Dummies – so funktioniert ein E-Auto

Viel weniger Teile, viel einfacherer Aufbau, viel einfachere Funktion: Elektromotoren sind weniger Bücher mit sieben Siegeln als ihre großen Geschwister, die Verbrenner. Wie aber funktionieren sie? Wir haben mal einen auseinander gebaut.

26.09.2020 | Stand 01.10.2020, 10:51 Uhr

Wir kennen es aus der Feuerzangenbowle. Physiklehrer Bömmel setzt sich vor seine Schüler, und sagt: „Also, wat is en Dampfmaschin? Da stelle mehr uns janz dumm."

Wir stellen uns jetzt auch janz dumm – aber ohne Dampfmaschine, sondern mit dem Gegenteil, dem Elektromotor, und versuchen, seinem Geheimnis auf die Schliche zu kommen. Denn schon allein die Möglichkeit, dass man sein Auto theoretisch zu Hause an jeder beliebigen Steckdose betanken könnte, zeigt doch, dass so ein E-Motor etwas Besonderes ist. In der Praxis sei allerdings davon abgeraten einfach ein Verlängerungskabel von der Garage zur Wohnzimmersteckdose zu legen, denn durch die starke Belastung können Kabel, Steckdose oder Stecker überhitzen, verschmoren oder brennen. So ein Auto braucht doch etwas mehr Energie als Staubsauger.

Besondere Ladestationen für E-Auto Akkus

Besser zum Neuladen sind sogenannte Wallboxes (Wandladestation). Sie werden einfach – von Fachkräften natürlich – in der Garage, an einer Hauswand oder am Carport angebracht und mit einer gesicherten Zuleitung zum Starkstrom aus dem Haushalt versehen, was schnelleres und sichereres Tanken gewährleistet. Mit dabei ist dann entweder Ladebuchse oder ein Ladekabel. Letzteres macht dann ein Kabel im Auto überflüssig. Um sich vor Stromklau zu schützen, können diese Tankstellen nur über eine App, mit einem Chip oder Schlüssel bedient werden.

Aufbau und Prinzip des E-Motors

Elektromotoren sind die einfacher konstruierten Geschwister der Verbrenner. Im Prinzip bestehen Sie aus drei wichtigen Komponenten: Einem unbeweglichen Magneten, dem Stator, einem beweglichen Magneten, dem Rotor, der sich im Stator befindet, und einem Kommutator, durch den der Strom kommt. Kommutator kommt von lateinisch „commutare", was „vertauschen" heißt – und darauf beruht die Methode des E-Motors: In ihm wechselt rund 50 Mal pro Sekunde die Flussrichtung des Stroms – was Einfluss auf die Ladung der Pole von Stator und Rotor hat. Daraus entsteht später die Drehbewegung für den Motor.

Die Drehbewegung
Um den Elektromotor zu verstehen, muss man eigentlich nur wissen, dass elektrischer Strom eine magnetische Wirkung erzeugen kann. Das hat der dänische Wissenschaftler Hans Christian Oersted 1820 herausgefunden. Aus dieser sogenannten Elektromagnetisierung kann dann mechanische Energie erzeugt werden, die im Falle eines Auto-Motors, der ja Räder zum Rollen bringen soll, in Drehbewegung umgewandelt wird. Dabei wird ausgenutzt, dass sich gleiche Pole eines Magneten abstoßen und unterschiedliche Pole anziehen. So kann sich der durch Strom magnetisch gemachte bewegliche Rotor im festen magnetischen Teil, dem Stator, in Bewegung setzen.

Magnetismus und Strom bei Akku für E-Autos

Wie aber entsteht Magnetismus durch Strom? Eigentlich ganz einfach – und im Prinzip mit jedem beliebigen Stück Eisen möglich: Man muss nur lackierten Kupferdraht um das Eisen wickeln. Lässt man dann Strom durch den Draht fließen, wird das Eisen magnetisch. Fertig ist der Elektromagnet mit einem Plus- und einem Minuspol. Dabei gibt es eine Besonderheit, die für Elektromotoren wichtig ist: Lässt man den Strom aus der anderen Richtung durch den Kupferdraht fließen – das heißt dann Wechselstrom –, polt man den Elektromagneten um. Der Pluspol wird also zum Minuspol und der eigentliche Minuspol zum Pluspol. Das passiert im Rotor rund 50 Mal pro Sekunde.Immer wieder hin und her.

Stator und Rotor
Im Elektromotor gibt es also den Stator und den Rotor. Aber was genau machen die? Der Stator ist ein fest mit dem Motorengehäuse verbundener Dauermagnet. Der Rotor ist ein durch den eben beschriebenen Wechselstrom beweglicher Magnet, der zwischen den Polen des Stators auf einer Motorachse sitzt. Wird nun Wechselstrom zugeführt, ändern sich die Pole des Rotors, die sich dann von den festgelegten Polen des Stators abstoßen – wodurch eine Drehbewegung erzeugt wird. Würde der Strom nicht regelmäßig seine Richtung und damit die Pole des Rotors ändern, wäre nach einer halben Drehbewegung Schluss, weil sich dann Rotor und Stator gegenseitig anziehen würden. Der Rotor würde stehen.

Kommutator
Der Strom für den Rotor (zur Erzeugung des Elektromagneten) kommt über den Kommutator. Der besteht aus zwei unabhängig voneinander isolierten Hälften eines sogenannten Schleifrings mit zwei Schleifkontakten. Über sie wird der Strom aus einer Quelle – im Fall des Elektromotors aus einem Akku – zugeführt. Der Akku arbeitet dabei übrigens mit Gleichstrom, der Motor aber mit beidem. Der Gleichstrom aus dem Akku wird dafür durch einen sogenannten Inverter in die vom Motor für den Rotor benötigte Wechselspannung umgewandelt. Das Magnetfeld des Stators wird hingegen mit dem Gleichstrom erzeugt.

So tankt man richtig
Zuerst identifiziert man sich an der Ladestation – zuhause oder unterwegs über Chip, App oder per SMS. Wurde man freigeschaltet, verbindet man Auto und Ladestation mittels Ladekabel. Das hängt entweder an der Station oder befindet sich im Kofferraum. Dann wird geladen. Während dieser Zeit ist das Kabel verriegelt, Auto und Station können also nicht getrennt werden. Erst nach Ende des Ladens wird das Kabel wieder entriegelt. Wichtig: Dann zuerst den Stecker am Auto ziehen.

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