Forscher nehmen Teslas Plaid-Antrieb unter die Lupe - So fällt das Urteil der Experten aus

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"Aufgrund des begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraums in Fahrzeugen sind Traktionsantriebe mit hohen Drehmomentdichten ein wesentliches Ziel der Maschinenauslegung im Automobilsektor. Um auf ein Mehrganggetriebe verzichten zu können und dennoch hohe Fahrzeugendgeschwindigkeiten zu erzielen, besteht zudem das Auslegungsziel einer hohen Motordrehzahl", erläuterten Maximilian Clauer und Andreas Binder von der Technischen Universität Darmstadt in einem kürzlich veröffentlichten Fachbeitrag.

Plaid-Antrieb

In seinem Model S und Model X setzt der E-Auto-Pionier Tesla deshalb inzwischen auf den Plaid-Antrieb. Statt über zwei Motoren verfügen diese Fahrzeuge jetzt über drei mit nach Unternehmensangaben zusammen 1.020 PS. Zudem wurde die Antriebseinheiten neu entwickelt und setzt auf im Rotor "vergrabene" Permanentmagnete. Zur mechanischen Stabilisierung bei hohen Drehzahlen sind dafür üblicherweise Eisen-Stege im Rotor erforderlich, doch bei Tesla erhalten die Rotoren eine Kohlefaser-Hülle damit sie sich bei hohen Drehzahlen nicht zu sehr ausdehnen. Die Rotoren werden dazu unter extremer Vorspannung mit Kohlefasern eingewickelt. Dazu hat Tesla extra eine neuartige Maschine entwickeln lassen, die aus Deutschland stammt, wie Tesla-CEO Elon Musk in einem Tweet verraten hat.

Tesla Automation (Deutschland) built a specialized machine to wrap the rotor with carbon fiber at precise tension.

If too low, it would come loose at low temp, due to CTE differences. If too high, it would snap at high temp & rpm.

- Elon Musk (@elonmusk) August 6, 2021

Analyse der deutschen Forscher

Diese Technik erregte grosse Aufmerksamkeit, weshalb der wissenschaftliche Mitarbeiter Clauer und sein Institutsleiter Binder sie nun näher unter die Lupe nahmen. Dabei untersuchten sie "ein Rotorkonzept als Kombination aus vergrabenen Rotormagneten und Kohlefaserbandage […], um so die radialen sowie tangentialen Rotoreisenstege zu eliminieren". Wie Clauer gegenüber "Teslamag" erklärte, haben die beiden Forscher dazu jedoch keinen eigenen Tesla-Motor physisch gebaut, sondern arbeiteten stattdessen mit Simulationen auf der Grundlage eines vom Prinzip her gleichen Elektromotors.

Die durch dieses Konzept "erzielte Reduktion des Magnetstreuflusses in Kombination mit einer hohen mechanischen Festigkeit führt zu einer erhöhten Magnetausnutzung für das Luftspaltfeld und erlaubt somit eine hohe Drehmomentdichte bei gleichzeitig hoher Maximaldrehzahl", hiess es in der Zusammenfassung des Fachbeitrags. Im Vergleich zu einem konventionellen Motor zeichnete sich der simulierte Tesla-Antrieb durch eine 50 Prozent höhere Maximaldrehzahl, 8 Prozent mehr Leistung und ungefähr das gleiche maximale Drehmoment aus.

So erreichten Clauer und sein Professor mit ihrer Motor-Simulation 270 Newtonmeter Drehmoment und eine maximale Drehzahl von 15.000 Umdrehungen pro Minute. Doch die echte Plaid-Einheit von Tesla sei grösser und deshalb auch leistungsfähiger. Die Aussage von Elon Musk, dass der Model S Plaid 20.000 Umdrehungen pro Minute "und womöglich ein bisschen mehr" schaffe, hält Clauer daher für korrekt. Zum Vergleich: Konventionelle derzeit auf dem Markt erhältliche Elektro-Motoren würden lediglich auf 16.000 bis 18.000 Umdrehungen pro Minute kommen.

"Innovative" Technik

Als einen Nachteil machte die Analyse jedoch den erhöhten "Fertigungsaufwand für die Herstellung und Montage der Kohlefaserbandage" aus. Dennoch sei Teslas Plaid-Antrieb "sehr innovativ" und Clauer rechnet laut Teslamag damit, dass die Konkurrenz zumindest im oberen Leistungsbereich mit Plaid-Motoren wie bei dem E-Auto-Pionier nachziehen werden. Nach seinem Wissen sei Tesla derzeit der einzige Hersteller, der diese Technik in Serie produziert.

Redaktion finanzen.ch