Warum E-Maschinen von E-Autos leitfähige Wellendichtringe benötigen

Elektrisch leitfähige Wellendichtringe an E-Motoren sind zwar unscheinbar, haben jedocheine hohe Wirkung – nicht nurin Hinblick auf frühzeitigen Verschleiß. Bild: Freudenberg

Um Ladezeiten zu verkürzen und höhere Leistungen zu ermöglichen, gibt es vor allem im Sport- und Premiumsegment immer mehr Elektroautos, deren Antriebssystem mit 800 statt wie üblich 400 Volt arbeitet. Damit steigen die Anforderungen an die Leistungselektronik (Power Control Unit = PCU).

Gerne wird sie auch als Einspritzanlage für den Elektromotor bezeichnet, weil sie mit ihrer Inverterfunktion den im Akku gespeicherten Gleichstrom während der Fahrt in den vom Elektromotor benötigten Wechselstrom umwandelt.

Damit PCUs leistungsfähiger werden, kommt bei 800-V-Systemen, aber auch in anderen Elektroantrieben zunehmend eine neue Halbleitergeneration auf Basis von Siliziumkarbid zum Einsatz. Diese sind in der Lage, hohe Ströme bis 20.000 mal pro Sekunde zu schalten. Leider entstehen dabei auch kleine Spannungsschwankungen.

Unerwünschte Nebenwirkungen

Diese sogenannten Überschwinger liegen im Bereich von ein bis zwei Megahertz, so die Experten von Freudenberg. Das sind Frequenzen, die ohne zusätzliche Maßnahmen zur Rotorwelle vordringen und zwei unerwünschte Nebenwirkungen nach sich ziehen können: Einerseits wirkt die Rotorwelle dann als Stabantenne und strahlt elektromagnetische Störungen aus, andererseits baut sich an der normalerweise elektrisch isolierten Rotorwelle ein elektrisches Potenzial auf, das sich entladen will. Wird dabei ein bestimmter Schwellwert überschritten, erfolgt eine Entladung über die Wellenlager. Es kommt zur sogenannten Elektrokorrosion und letztlich zu einem Lagerschaden.

Das lässt sich jedoch mit einem speziellen leitfähigen Wellendichtring verhindern. Die daraus resultierende elektrische Verbindung zwischen Rotorwelle und Motorgehäuse beugt der beschriebenen Entladung und somit der Elektrokorrosion vor. Doch wie kann ein Bauteil leitfähig sein, dessen Außenhaut gewöhnlich aus speziellen Gummi- oder PTFE-Mischungen besteht? Bei Freudenberg kommt dafür ein dünnes leitfähiges Vlies zum Einsatz. Es befindet sich außen auf dem Radialwellen-Dichtring und stellt einen direkten elektrischen Kontakt zwischen Rotorwelle und Motorgehäuse her.

Spezielles Vliesspart Abschirmung

Mit der neuen, noch nicht in Serienanwendungen zu findenden leitfähigen eCONevo-Dichtung verspricht Freudenberg, neben der Elektrokorrosion auch elektromagnetische Störungen zu unterbinden. Im Vergleich zur seit 2015 in Serie verbauten Vorgängervariante findet dafür ein weiterentwickeltes Vlies mit einem sehr geringen Wechselstrom-Widerstand von etwa einem Ohm Verwendung.

Diese hohe elektrische Leitfähigkeit verhindert eine Abstrahlung elektromagnetischer Wellen direkt am Motor. Das hat dem Zulieferer zufolge den Vorteil, dass aufwendige Abschirmungen an anderen Stellen, etwa den Antriebswellen, entfallen können.