Munro lobt 210-kW-Motor von VW: Deutsche Ingenieurskunst

Ingenieurinnen und Ingenieure kriegen selten die Aufmerksamkeit ab, die sie eigentlich verdienen. Und wenn sie mal im Fokus stehen, dann weil sie Mist gebaut haben: So die Fachleute von Munro Associates in ihrem neuesten Video. Doch der 210-kW-Elektromotor von VW gibt Anlass zu Lob: Das Aggregat liefere ein schönes Beispiel für deutsche Ingenieurskunst, so die US-Fachleute, nachdem sie die Maschine auseinandergenommen haben.

Der intern als APP550 bezeichnete Motor debütierte im VW ID.7. Das Kürzel bedeutet AchsParallele Permanentmagnetmaschine mit (rund) 550 Nm Drehmoment. Paul Turnbull und Sandy Munro gefällt, dass der Motor die gleichen Abmessungen hat wie der alte APP310, obwohl er mit 545 statt 310 Nm fast das doppelte Drehmoment und mit 210 statt 150 kW deutlich mehr Leistung bietet.

APP550: Der neue 210-kW-Motor liegt nicht auf der Antriebsachse (hier rot markiert), sondern parallel dazu (Bild: InsideEVs)

Zu den weiteren Besonderheiten des Aggregats gehört, dass es besonders effizient arbeitet: Obwohl viel stärker als die Vorgängermaschine, verbraucht sie nicht mehr, sondern weniger Strom. Der VW ID.3 zum Beispiel benötigt mit dem alten 150-kW-Motor 15,3 kWh/100 km, mit der 210-kW-Maschine aber nur 14,5 kWh, und das bei höherem Fahrzeuggewicht (weil die 210-kW-Version eine größere Batterie erhält).

Für Sandy Munro gehört der Elektromotor von VW zu den besten der Welt. Die Nummer eins seiner Favoritenliste ist die Maschine im Lucid Air, die eine extrem hohe Leistungsdichte biete. Der VW-Motor habe ähnliche Abmessungen, Leistung und Drehmoment wie die Maschine im Ford F-150 Lightning. Damit gehörten auch diese beiden Motoren zu den Top Ten bei der Leistungs- und Drehmomentdichte.

Aber ein kleiner Motor habe auch Nachteile. Deshalb habe sich VW bewusst dafür entschieden, die Maschine nicht noch kleiner zu machen. So drehe der Motor etwas langsamer und klinge "nicht wie ein Zahnarztbohrer". VW entschied sich also für ein kleineres Untersetzungsverhältnis von etwa 10 statt 13:1. Um die gleiche Leistung zu erreichen, muss der Motor etwas größer sein, was mehr Materialeinsatz bedeutet und damit auch höhere Kosten. Doch dafür erhalte man mehr Effizienz auf Systemebene, so Elektromotor-Experte Paul Turnbull.

Beeindruckt ist er auch von der Präzision der Wicklungs-Abstände, die zu hoher Haltbarkeit führe. Außerdem ist der Widerstand der drei Phasen mit 10,0 Milliohm absolut gleich. Normal seien Unterschiede von bis zu 10 Prozent. Die 10 Milliohm waren offenbar das Ziel bei der Entwicklung gewesen und man habe den Wert so gehalten, bis der untersuchte Motor Jahre später vom Band lief.

Das sei eine Teamleistung, vom Einkauf bis zum Arbeiter am Band. Wichtig dafür sei eine gute Qualität des Kupfers in den Windungen des Stators. Es gebe immer einen Einkäufer, der für günstigeres Kupfer plädiere, aber das verderbe alles.

Der APP550 ist ein Permanentmagnet-Motor mit Hairpin-Wicklungen und Wasser-Öl-Kühlung (Bild: InsideEVs)

Den beiden Ingenieuren gefällt auch die Hybrid-Kühlung: Der Stator wird von außen mit Wasser gekühlt, von innen aber mit gesprühtem Öl. Dabei wird für die Ölkühlung keine Pumpe benötigt: Es reicht die Drehung der Zahnräder, um das Öl in ein schwarzes Plastikteil zu bringen, von wo aus es über verschiedene Kanäle an die richtigen Stellen gelangt – auch in die Rotorwelle, um den Rotor von innen zu kühlen.

Das Wasser wird durch Rippen außen auf dem Stator geführt. Diese müssen offenbar sehr exakt gearbeitet sein, damit nichts ausläuft. Denn der Stator wird zum Einsetzen ins Gehäuse offenbar tiefgekühlt ("freeze fit"). Während er auf Raumtemperatur kommt, dehnt er sich aus, und dann muss er perfekt im Gehäuse sitzen. Eine runde Form so exakt zu produzieren, ist nicht einfach, weiß Werkzeugmacher Munro. 

Generell gebe es einen Unterbietungswettlauf: Man baue den billigsten, gerade noch akzeptablen Elektromotor ein. VW sei ein Gegenbeispiel. Das zahle sich letztendlich durch den niedrigen Verbrauch auf Systemebene aus.

VWs neuer Elektromotor APP550 (Bild: VW)

Turnbull gefallt, dass die Zahnräder und die Lager fast keine Reibung haben: Wenn man die Eingangswelle (die normalerweise vom Motor gedreht wird) mit der Hand in Rotation versetzt, dreht sich die Ausgangswelle (auf der normalerweise das Rad sitzt) weiter – was man nur ganz selten sieht.

Der Rotor mit 48 Polen und 8Polen sei an sich nichts Besonderes. Doch ein Faktor zur Erhöhung des Fahrspaßes und der Effizienz ist die Verwendung stärkerer Permanentmagnete darin: Durch (teurere) Neodym-Magnete bekomme man mehr Drehmoment pro Ampere – und das bedeute Effizienz. Denn höhere Stromstärke bedeutet mehr Wärmeverluste. Ein weiterer Vorteil des Rotors sei, dass man ihn leicht auf 800 Volt umbauen kann: Man macht aus vier parallelen Pfaden zwei, und schon kann man den Stator für eine 800-Volt-Maschine verwenden.

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Unter dem Strich

Die Ingenieure von Munro Associates sind begeistert von VWs 210-kW-Motor. Der deutsche Hersteller habe mit hoher Präzision einen haltbaren und leisen Motor gebaut, der hohes Drehmoment und viel Leistung bei geringer Größe biete – und vor allem sehr sparsam sei. Damit setze VW auf Qualität und widersetze sich dem Trend zu immer billigeren (aber auch schlechteren) Elektromotoren.