Ferrstrons 150-kW-Ferrit-Motor fordert E-Autos von VW heraus

Chinas verschärfte Exportkontrollen für schwere Seltene Erden setzen die Antriebsentwicklung von Volkswagen und BMW unter Zugzwang. Der Zulieferer Ferrstron schickt nun einen 150 kW starken Elektromotor auf die Straße, der teure Neodym-Magnete durch einfache Hartferrite ersetzt.

Eingepflanzt in ein 2,3 Tonnen schweres Testfahrzeug absolviert die Maschine ihre ersten Messfahrten auf echtem Asphalt. Die Rohstoffbilanz klingt nach einer echten Ansage, doch im Stator lauert eine thermische Kettenreaktion, die den Wirkungsgrad bei Autobahntempo empfindlich einbremsen kann.

• Modell & Plattform: Ferrstron 150-kW-Prototyp im 2,3-Tonnen-Versuchsträger
• Harter Technik-Fakt: Kompletter Verzicht auf Neodym und Dysprosium durch günstige Hartferrit-Magnete
• Die entscheidende Kehrseite: Warum das schwache Erregerfeld zu drastischen Anpassungen beim Statorvolumen zwingt

Flussdichte gegen Baugröße: Das physikalische Diktat der Ferritmagnete

Konventionelle Traktionsmotoren nutzen gesinterte Neodym-Eisen-Bor-Magnete mit einer Remanenzflussdichte von 1,30 Tesla. Gewöhnliche Strontiumferrite schaffen im Schnitt lediglich 0,40 Tesla, wodurch dem Magnetkreis auf einen Schlag 69,2 Prozent der magnetischen Flussdichte fehlen. Um dieselbe Leistung von 150 kW zu erreichen, muss Ferrstron das aktive Bauvolumen drastisch aufpumpen.

Elektromotoren erzeugen ihr Drehmoment über die Lorentzkraft im Luftspalt, die direkt vom magnetischen Fluss und dem Statorstrom abhängt. Verliert das Magnetmaterial über zwei Drittel seiner Feldstärke, muss entweder die stromdurchflossene Leiterfläche wachsen oder die aktive Polfläche der Magnete vergrößert werden.

Rechnen wir das Bauvolumen nüchtern durch. Soll der Luftspaltfluss ohne höhere Kupferverluste identisch bleiben, verlangt der Faktor 3,25 bei der Flussdichte nach einer exakt 3,25-fachen Vergrößerung der magnetischen Polfläche im Rotor.

Ein reines Verlängern des Motors stößt im Unterboden schnell an Grenzen. Strecken die Ingenieure die axiale Statorlänge von üblichen 160 Millimetern um 35 Prozent auf 216 Millimeter, muss der Rotordurchmesser zusätzlich um knapp 55 Prozent zulegen, um die erforderliche Fläche bereitzustellen.

Das wirksame Stator-Aktivvolumen, das sich näherungsweise aus V=(pi/4)^.D²^.L berechnet, schwillt dadurch von kompakten 8,0 Litern bei einem modernen PSM-Aggregat auf über 20,4 Liter an. Das entspricht einem saftigen Zuwachs von rund 155 Prozent an reinem Bauraum.

Dieser Volumenzuwachs schlägt direkt auf die Fahrzeugwaage durch. Strontiumferrit besitzt mit 4,9 g/cm³ zwar eine geringere Dichte als Neodym mit 7,6 g/cm³, das benötigte dreifache Magnetvolumen treibt das Magnetgewicht jedoch um 109 Prozent nach oben.

Zusammen mit den größeren Elektroblech-Paketen und dem zusätzlichen Wicklungskupfer legt der nackte Motor von gewohnten 75 Kilogramm auf rund 128 Kilogramm zu. Das erklärt trocken, warum Ferrstron als Versuchsträger ein fahrbereites 2,3-Tonnen-Schiff benötigt.

Dazu kommt die thermische Belastung in den Nuten. Werden die Statorströme angehoben, um Bauraum zu sparen, explodieren die ohmschen Wicklungsverluste quadratisch zur Stromstärke. Wie stark sich dieser Zielkonflikt auf unterschiedliche Konzepte auswirkt, beleuchtet unsere Übersicht über Konzepte magnetfreier E-Motoren im direkten Systemvergleich.

Die Motorkonzepte im harten Komponenten-Vergleich

Konstruktions-Parameter	VW APP550 (Serie)	BMW FSM (5. Generation)	Ferrstron Ferrit-Antrieb (Prototyp)
Rotor-Bestückung	NdFeB-Magnete (gesintert)	Rotorwicklungen (stromerregt)	Hartferrit-Magnete (Strontium)
Remanenzflussdichte	1,30 Tesla	Dynamisch regelbar	0,40 Tesla
Stator-Aktivvolumen	ca. 8,0 Liter	ca. 10,5 Liter	ca. 20,4 Liter (Einzelkartusche)
Materialkosten Magnete	ca. 120 Euro/kg	0 Euro (keine Permanentmagnete)	ca. 3,00 Euro/kg
Basisleistung & Drehmoment	210 kW / 550 Nm	250 kW / 400 Nm	150 kW / 400 Nm (pro Einheit)

Die Tabelle verdeutlicht die wirtschaftliche Tragweite des Ansatzes. Auf der Rohstoffseite sinken die Ausgaben für das Magnetmaterial beim Wechsel von Neodym auf Strontiumferrit um rechnerisch 97,5 Prozent, da Ferritkeramik für rund 3,00 Euro pro Kilogramm gehandelt wird.

VW holt aus seinem APP550-Aggregat mit Neodym-Bestückung beachtliche 210 kW Dauer- und Spitzenleistung bei schlankem Bauraum. Ferrstron benötigt für magere 150 kW fast die zweieinhalbfache Gehäusegröße, spart dafür aber im Einkauf pro Maschinensatz über 150 Euro an Rohstoffkosten ein.

BMW umgeht diese Abwägung bekanntlich völlig anders und bestückt den Rotor mit fremderregten Kupferwicklungen. Dass dieser Weg ohne Dauermagnete zwar mechanisch aufwendiger ist, im Fahralltag aber handfeste Vorteile bei hohen Drehzahlen bietet, zeigt die stromerregte Synchronmaschine von BMW im täglichen Praxiseinsatz.

Ferrstron muss dagegen zwingend auf eine mehrphasige Flussregelung setzen. Indem die Inverter-Software den Phasenwinkel des Statorstroms lastabhängig verschiebt, stützt das entstehende elektromagnetische Gegenfeld den empfindlichen Ferritmagneten vor einer Entmagnetisierung bei hoher Last.

Modulare Kartuschen und die Hitzefalle bei Autobahntempo

Ferrstron kompensiert das Drehmoment-Defizit über stapelbare Motorkartuschen, die jeweils 400 Nm Drehmoment bereitstellen. Während ein einzelnes Modul für leichte Stadtfahrzeuge ausreicht, koppelt der Hersteller für schwere Lkw bis zu fünf Einheiten auf eine gemeinsame Welle, um ein Drehmomentband von 1.100 bis 5.500 Nm abzudecken.

Was in der Werkshalle nach einem simplen Baukasten aussieht, entwickelt sich auf der Straße zu einer kniffligen Aufgabe für das Thermomanagement. Jedes hinzugefügte Modul vergrößert die innere Oberfläche und multipliziert die Anzahl der kritischen Dichtstellen im Hochvolt-Kühlkreislauf.

Bei moderatem City-Tempo mit häufigen Rekuperationsphasen arbeitet der Ferrit-Antrieb erstaunlich effizient. Die Statorströme bleiben niedrig, der Eisenkern bleibt kühl und das fehlende Schleppfeld der schwächeren Magnete senkt die Leerlaufverluste beim Segeln spürbar.

Sobald der 2,3-Tonnen-Träger jedoch dauerhaft mit 130 km/h über die Autobahn gescheucht wird, kippt die Balance. Um den Vortrieb gegen den Luftwiderstand aufrechtzuerhalten, muss die Leistungselektronik permanente Spitzenströme durch die Statornuten jagen.

Hier droht die thermische Drosselung. Steigt die Wicklungstemperatur über 160 Grad Celsius, muss das Motormanagement die Leistung zurücknehmen, um die Isolationsschichten des Kupfers vor dem Schmelzen zu bewahren.

Die Folge ist ein schleichender Leistungsabfall, den der Fahrer als zähe Beschleunigung an Steigungen registriert. Wie stark das Zusammenspiel aus Dauerlast und Akkutemperatur die Reichweite schrumpfen lässt, belegen unsere Messreihen an aktuellen Serienmodellen.

Welche gravierenden Reichweitenunterschiede schon kleine Verschiebungen des Systemwirkungsgrads bei Richtgeschwindigkeit nach sich ziehen, zeigt die Langstrecken-Effizienz des Hyundai Ioniq 5 auf anspruchsvollen Autobahnprofilen.

Cleverer Rohstoff-Schachzug mit klaren Alltagsgrenzen

Ferrstron liefert mit seinem Straßentest den handfesten Beweis, dass der Ausstieg aus Chinas Rohstoff-Monopol keine reine Utopie ist. Wer Neodym durch Strontiumferrit ersetzt, erkauft sich echte Versorgungssicherheit und senkt die Materialkosten drastisch.

Dieser Schritt ist jedoch kein technologischer Selbstläufer, sondern ein knallharter Kompromiss. Ein Mehrgewicht von über 50 Kilogramm beim Antrieb und ein mehr als verdoppeltes Statorvolumen lassen sich in kompakten Limousinen schlicht nicht wegzaubern.

Für urbane Lieferflotten, kommunale Nutzfahrzeuge und günstige Zweitwagen, die selten Autobahnetappen sehen, ist dieser Ferrit-Motor eine echte Option. Wer allerdings schwere Reise-SUVs auf der Langstrecke bewegen will, greift weiterhin besser zu PSM-Maschinen mit Neodym oder zu BMWs stromerregten Motoren.

Würdet ihr ein günstigeres Elektroauto kaufen, wenn der Motor dafür 50 Kilogramm mehr wiegt und bei Autobahntempo früher abregelt?

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