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07.10.2020 | Motorentechnik | Kompakt erklärt | Onlineartikel

Was ist ein Medienspaltmotor?

Autor:
Christiane Köllner
2:30 Min. Lesedauer

Mit Medienspaltmotoren lassen sich Turbolader elektrifizieren und der Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle optimieren. Was ein Medienspaltmotor ist und wie er funktioniert, haben wir kompakt erklärt. 

Ein Medienspaltmotor ist ein permanenterregter Synchronmotor (PMSM). Hierbei ist der "Innendurchmesser des Stators [...] um ein Vielfaches größer als der Außendurchmesser des Rotors. Durch diese Eigenschaft ist es möglich, einen Medienstrom durch diesen hermetisch abgedichteten Spalt zu befördern", erklären die Springer-Autoren des Entwicklungs- und Engineering-Dienstleisters G+L innotec und des Zulieferers AVL List im Kapitel Potential of air gap motors to realize electrically assisted turbocharging, Cross-Charger – turbo by wire des Buches Internationaler Motorenkongress 2016

Dieser große Luftspalt soll den Transport unterschiedlicher Medien zwischen Rotor und Stator in axialer Richtung ermöglichen. Der Rotormagnet kann hierbei direkt an die Fördereinrichtung integriert werden. So kann ein Strömungsdurchfluss beziehungsweise Transport von Gasen, Aerosolen, Flüssigkeiten, Feststoffsuspensionen und Pasten direkt durch den Medienspalt erfolgen. 

Empfehlung der Redaktion

2016 | OriginalPaper | Buchkapitel

Potential of air gap motors to realize electrically assisted turbocharging, Cross-Charger® – turbo by wire

Wie dargestellt wurde, ist auf Grund der hohen Leistungsdichte das Potenzial der Medienspaltmotoren zur Realisierung einer elektrisch unterstützten Aufladung sehr groß. Die erzielten motorischen Wirkungsgrade der elektrischen Komponenten sind absolut wettbewerbsfähig. Es konnte in diversen Kundenprojekten der Nachweis erbracht werden, dass der MSM auch im Cross-Charger® das entsprechende Leistungspotenzial besitzt, nahezu saugmotorische Agilität mit einem hoch aufgeladenen Verbrennungsmotor zu erzielen.

Medienspaltmotor für die Elektrifizierung eines Turboladers

Der Entwicklungsdienstleister G+L innotec hat den Medienspaltmotor als elektrische Unterstützung von Turboladern für Verbrennungsmotoren entwickelt. Die sogenannte Cross-Charger-Aktuatorik soll es ermöglichen, ohne gravierende bauliche Veränderungen einen herkömmlichen Abgasturbolader zu elektrifizieren, wie es im Buchkapitel Elektrifizierung eines Standardturboladers und ihre Auswirkung auf den Verbrennungsmotor, Cross-Charger – turbo by wire der Springer-Autoren Gödeke und Löffler heißt. Herzstück dieser Aktuatorik ist der Medienspaltmotor. MTU hat das Prinzip des Cross-Chargers für Offhighway-Verbrennungsmotoren aufgegriffen. 

Was sind die Vorteile eines Medienspaltmotors? Das Kernproblem "aller turboaufgeladenen Verbrennungsmotoren besteht im verzögerten Mitteldruckaufbau bei niedrigen Drehzahlen", erklären die Springer-Autoren Gödeke und Prevedel von G+L innotec und AVL List im Artikel Hybridturbolader mit neuer Elektromotorentechnik aus der MTZ 4-2014. Das wirksamste Mittel, positiven Einfluss auf das dynamische Verhalten von turboaufgeladenen Motoren zu nehmen, sei laut den Autoren, im benötigten Zeitpunkt zeitlich befristet Hilfsenergie einzuspeisen. Der Medienspaltmotor der Unternehmen ist ein integraler Bestandteil des Verdichters. Diese kurzfristige elektromotorische Unterstützung soll beim Cross-Charger zu einer wesentlichen Verbesserung des Mitteldruckaufbaus führen.

Für die "Realisierung eines elektrisch unterstützten Abgasturboladers sind die spezifischen Eigenschaften des eingesetzten E-Motors maßgeblich für dessen Erfolg", erklären G+L innotec und AVL List. Mit der Entwicklung des Medienspaltmotors sei es erstmalig gelungen, "E-Motoren zu realisieren, die über ein hohes Drehmoment verfügen und gleichzeitig das rotatorische Massenträgheitsmoment der Turboladerläuferanordnung nur marginal erhöhen", so die Autoren. Mittlerweile seien Medienspaltmotoren mit spezifischen Drehmomenten von über 0,5 Nm/kgmm² realisiert worden, die das Transientverhalten von konventionellen Abgasturboladern erheblich verbessern. Damit könnten aufgeladene Verbrennungsmotoren ein saugmotorisches Verhalten erzielen. Neueste 48-V-Medienspaltmotoren sollen mittlerweile im Nennleistungsbereich einen Wirkungsgrad von über 95 Prozent erreichen.

Nächster Schritt: Brennstoffzellen-Medienspaltmotor

Nach Angaben von G+L innotec und AVL List ist es für nahezu alle gängigen Turboladergrößen möglich, entsprechende Medienspaltmotoren zu konfigurieren. So lässt sich ein Verbesserungspotenzial erschließen, das in vielen Anwendungsbereichen wie im Zweirad, Pkw, Lkw oder auch Land- und Baumaschinen von Nutzen sei. In einem weiteren Schritt will G+L innotec mit Partnern bis 2022 einen Brennstoffzellen-Medienspaltmotor entwickeln. Der Motor soll den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle optimieren und dessen Lebensdauer verlängern.

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