500 kW auf 30.000 Touren – und das Gehäuse bleibt kompakt
Prüfstandsmotoren für die Elektromobilitätsentwicklung müssen Lastspitzen fortwährend simulieren, die im realen Fahrbetrieb nur Sekunden dauern. Das erfordert hohe Leistung, hohe Drehzahlen und minimale Massenträgheit – in einem Gehäuse, das die entstehende Wärme beherrscht. Wie ATE gemeinsam mit der GTW GmbH einen Prüfstandsmotor entwickelte, der seit 2019 als bewährte Plattform im Einsatz ist.
Branche
Prüfstandstechnik / Antriebsstrangentwicklung
Anwendung
Hochdynamischer Prüfstandsmotor für E-Antriebe
Herausforderung
500 kW und 30.000 U/min bei minimaler Massenträgheit und kompakter Bauweise
Ergebnis
RigBe 30k-4 – seit 2019 etablierte Plattform für hochdynamische Prüfstandssysteme
Warum Prüfstandsmotoren schneller sein müssen als das, was sie testen
Wer einen elektrischen Antriebsstrang auf dem Prüfstand testet, braucht einen Motor, der jedes Lastszenario nachstellen kann – schneller und präziser als der Antrieb, den er prüft.
Beschleunigungsrampen, Lastspitzen, abrupte Drehrichtungswechsel: Der Prüfstandsmotor muss das alles abbilden, ohne selbst zum limitierenden Faktor zu werden.
Mit steigenden Drehzahlen und Leistungsdichten moderner E-Antriebe steigen die Anforderungen an die Prüftechnik mit. ATE und die GTW GmbH, Spezialist für Prüfstandssysteme, definierten zusammen das Konzept für einen neuen Prüfstandsmotor: einen permanenterregten Synchronmotor mit bis zu 30.000 U/min, 500 kW im Überlastbetrieb (S6), 400 kW im Dauerbetrieb (S1) – bei minimaler Massenträgheit und kompakter Bauweise.
Leistung und Trägheit gleichzeitig optimieren geht nicht – normalerweise
Mehr Leistung bedeutet in der Regel mehr aktives Material: längere Pakete, größere Magnete, mehr Kupfer. Mehr Material bedeutet mehr Masse. Und mehr Masse bedeutet höhere Trägheit – also genau das, was ein hochdynamischer Prüfstandsmotor nicht haben darf.
Gleichzeitig erzeugen 500 kW in einem kompakten Gehäuse erhebliche Verlustleistung. Bei 30.000 U/min kommen frequenzabhängige Eisenverluste und rotordynamische Belastungen hinzu, die mit der Drehzahl überproportional wachsen. Die Konstruktion musste also drei gegenläufige Anforderungen gleichzeitig lösen: maximale Leistungsdichte, minimale Trägheit, thermische Stabilität.
Ein Kühlkonzept, das die Leistungsdichte erst möglich macht
Der Schlüssel lag nicht in der elektromagnetischen Auslegung allein, sondern im thermischen Konzept. ATE und GTW entwickelten gemeinsam ein spezifisches Kühl- und Lagerungskonzept, das die thermische Stabilität auch unter dynamischen Prüfzyklen mit wechselnden Dauer- und Überlastphasen sicherstellt.
ATE lieferte die elektromagnetische Auslegung des Motors und stellte detaillierte Verlustdaten bereit – Kupferverluste, Eisenverluste und drehzahlabhängige Zusatzverluste als Funktion des Betriebspunkts. Diese Daten bildeten die Grundlage für die thermische Bewertung des Gesamtsystems.
Die rotorische Struktur wurde gezielt auf die bei 30.000 U/min auftretenden Fliehkräfte ausgelegt – mit dem Ziel, mechanische Integrität und Schwingungsarmut über das gesamte Drehzahlband sicherzustellen.
Dauerbetrieb und Überlast in einem Motor
Der RigBe 30k-4 deckt zwei klar definierte Betriebsbereiche ab: 400 kW und 500 Nm im Dauerbetrieb (S1), 500 kW und 625 Nm im periodischen Überlastbetrieb (S6). Diese Differenzierung ist kein theoretischer Wert, sondern bildet reale Prüfzyklen ab – von der stationären Kennfeldvermessung bis zur Simulation hochdynamischer Fahrprofile.
Vom Entwicklungsprojekt zur Standardplattform
Der RigBe 30k-4 ist seit 2019 im Einsatz und hat sich als Plattform für leistungsstarke Prüfstandssysteme etabliert.
Ausgehend von ursprünglich 25.000 U/min wurde die Plattform kontinuierlich weiterentwickelt. Heute sind Drehzahlen bis 30.000 U/min verfügbar.
Die kompakte Bauweise, geringe Massenträgheit und das definierte Leistungskennfeld bilden die Grundlage für reproduzierbare, hochdynamische Testanwendungen in der Antriebsstrangentwicklung.
Was dieses Projekt über Prüfstandsantriebe zeigt
Wenn Prüfstandsmotoren mit den steigenden Anforderungen moderner E-Antriebe mithalten sollen, reicht es nicht, bestehende Motoren hochzudrehen. Leistungsdichte, Trägheit und Thermik müssen als Gesamtsystem gedacht werden. Wer einen Prüfstandsmotor braucht, der nicht nur Leistung liefert, sondern Lastszenarien präzise abbildet, braucht einen Entwicklungspartner, der alle drei Dimensionen gleichzeitig auslegt.
