Ferrofluid im E-Scooter-Motor: Kühlung durch den Luftspalt, Vorteile und Grenzen
Ferrofluid ist eine magnetische Flüssigkeit, die in den Luftspalt eines Radnabenmotors eingebracht wird – den schmalen Raum zwischen den Magneten und dem Stator. Da sie von den Magneten an Ort und Stelle gehalten wird, ersetzt sie dort die Luft und leitet die Wärme der Wicklungen wesentlich besser an das Motorgehäuse ab als diese. Es ist eine Möglichkeit, einen Motor zu kühlen, ohne ihn aufbohren zu müssen. Sie hat jedoch ihre Grenzen und ist nicht für alle Maschinen geeignet. Hier erfahren Sie, wie sie funktioniert und wann man sie in Betracht ziehen sollte.
Das Wichtigste in Kürze
- Ferrofluid ist ein Öl, das mit sehr feinen magnetischen Partikeln versetzt ist.
- Die Motormagnete halten es im Luftspalt: Es läuft nicht in den Boden des Gehäuses.
- Es leitet Wärme besser als Luft, was den Wicklungen hilft, sich über das Gehäuse abzukühlen.
- Es bremst den Motor bei hohen Geschwindigkeiten leicht ab, altert mit der Zeit und verschmutzt das Motorinnere.
- Im Gegensatz zu einer Belüftung bleibt der Motor gegen Wasser und Staub abgedichtet.
Das Problem: eine Luftschicht zwischen zwei heißen Bauteilen
In einem Radnabenmotor entsteht die Wärme hauptsächlich in den Statorwicklungen in der Mitte. Um nach außen zu gelangen, muss sie den Luftspalt, dann das Gehäuse und die Felge durchqueren, bevor sie die Außenluft erreicht. Da Luft jedoch ein schlechter Wärmeleiter ist, wirkt diese dünne Schicht – selbst wenn sie sehr schmal ist – wie ein Isolator. Die Wärme staut sich also im Stator, und der Motor erhitzt sich bei wiederholter Belastung.
Die Ursachen dieser Wärme, Verluste im Kupfer und im Eisen, werden in unserem Leitfaden Warum ein Elektromotor heiß wird detailliert beschrieben. Hier konzentrieren wir uns auf den Weg, den die Wärme nach außen nimmt.
Was ist ein Ferrofluid?
Ein Ferrofluid ist eine Flüssigkeit, meist ein Öl, in der extrem feine magnetische Partikel im Nanometerbereich schweben. Sie sind beschichtet, damit sie nicht verklumpen, und bleiben in Schwebe. Im Ruhezustand wirkt die Flüssigkeit schwarz und ölig; in der Nähe eines Magneten wird sie angezogen und konzentriert sich dort, wo das Magnetfeld am stärksten ist.
Diese Flüssigkeiten wurden ursprünglich in der Industrie eingesetzt, beispielsweise zur Herstellung von Dichtungen um rotierende Wellen oder zur Kühlung bestimmter Lautsprecher. Die Welt der Elektrofahrräder und E-Scooter hat sie für Radnabenmotoren übernommen.
Wie es den Motor kühlt
In einem Radnabenmotor ist der Bereich, in dem das Magnetfeld am stärksten ist, genau der Luftspalt zwischen den Magneten und den Statorzähnen. Eine kleine Menge Ferrofluid, die in den Motor gegeben wird, verteilt sich dort von selbst und bleibt dort, auch wenn sich das Rad dreht.
Die Flüssigkeit bildet dann eine Brücke zwischen dem Stator und den auf das Gehäuse geklebten Magneten. Die Wärme der Wicklungen durchquert diese Brücke viel leichter als die ursprüngliche Luftschicht und gelangt dann in das Gehäuse, das mit der Außenluft und der Felge in Kontakt steht. Der Motor erzeugt zwar nicht weniger Wärme, führt sie aber besser ab: Seine Temperatur steigt bei Belastung langsamer an, und Temperaturspitzen werden reduziert.
Wichtiger Punkt: Das Ferrofluid transportiert die Wärme lediglich zum Gehäuse. Wenn das Gehäuse selbst bereits heiß ist, zum Beispiel nach einer langen Belastung ohne Fahrtwind oder in einer geschlossenen Verkleidung, nimmt der Gewinn ab.
Grenzen und Nachteile
Leichte Reibung bei hoher Geschwindigkeit
Die Flüssigkeit befindet sich zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Teil. Sie erzeugt daher eine viskose Reibung, wie ein dickflüssiges Öl. Diese Reibung nimmt mit der Drehzahl zu: Bei niedriger Geschwindigkeit ist sie vernachlässigbar, bei hoher Geschwindigkeit wird sie spürbarer, wo sie einen kleinen Teil der Leistung verbraucht.
Eine Flüssigkeit, die altert
Durch Hitze und Zeit kann das Trägeröl verdampfen oder sich zersetzen, wodurch die Flüssigkeit ihre Eigenschaften verliert. Dann muss sie nachgefüllt oder gereinigt und neu befüllt werden. Die Lebensdauer hängt vom Produkt und der Nutzung ab; nur der Hersteller kann dies angeben.
Die Sauberkeit
Das Öffnen eines Motors, der Ferrofluid enthält, ist eine schmutzige Angelegenheit: Die schwarze Flüssigkeit verteilt sich auf den Magneten, dem Stator und den Händen. Metallpartikel oder Staub, die in den Motor gelangen, werden in der Flüssigkeit gefangen. Das sollte man berücksichtigen, wenn man häufig an seinen Motoren arbeitet.
Die richtige Menge
Zu wenig Flüssigkeit lässt Luftbereiche im Luftspalt; zu viel Flüssigkeit erhöht die Reibung und kann dazu führen, dass sie aus dem Luftspalt austritt. Die Menge hängt vom Motor und dem Produkt ab: Man muss die Anweisungen des Flüssigkeitsherstellers für die Größe des betreffenden Motors befolgen. Und der Motor muss vor dem Befüllen sauber und trocken sein.
Ferrofluid oder Belüftung?
Beide Lösungen verfolgen das gleiche Ziel auf unterschiedlichen Wegen. Die Belüftung, wie unsere Motorbelüftung aus PETG mit sechs Flügeln, öffnet den Motor, um die Luft direkt über die Wicklungen zu leiten. Das Ferrofluid hält den Motor geschlossen und verbessert die Wärmeleitung zum Gehäuse.
| Ferrofluid | Belüftung | |
|---|---|---|
| Prinzip | Wärme vom Stator zum Gehäuse leiten | Frische Luft durch den Motor leiten |
| Dichtigkeit | Der Motor bleibt geschlossen | Der Motor ist nicht mehr dicht |
| Empfohlene Nutzung | Vielseitige Nutzung, auch bei feuchtem Wetter | Trocken und Rennstrecke, oder mit Gitter |
| Wartung | Flüssigkeit muss überwacht und erneuert werden | Reinigung von Staub |
| Eingriff | Öffnen des Motors | Bohren und Gewindeschneiden des Flansches |
Wir verkaufen kein Ferrofluid. Bei unseren MHS-, MHT-, XHS- und XHT-Motoren ist die Lösung, die wir anbieten, die Belüftung für den Einsatz auf trockener Strecke und im Rennbetrieb. Für den täglichen Gebrauch bei jedem Wetter ist ein größerer Motor, der bei gleicher Belastung weniger heiß wird, oft einfacher: Siehe unseren Leitfaden zu Motorgrößen und den zur Belüftung. Alle unsere Motoren finden Sie in der Kategorie E-Scooter-Motoren.
Tipp aus der Werkstatt
Keine Kühllösung ersetzt einen Temperatursensor, der mit dem Controller verbunden ist und vorsichtig eingestellte Grenzwerte hat. Messen Sie zuerst die tatsächliche Temperatur auf Ihren Strecken; dann wissen Sie, ob das Problem ernst genug ist, um den Motor zu öffnen.
Häufig gestellte Fragen
Macht Ferrofluid den Motor leistungsstärker?
Nicht direkt. Es verändert weder die Magnete noch die Wicklung. Es hilft dem Motor lediglich, kühler zu bleiben, sodass er eine Belastung länger aushält, bevor der thermische Schutz die Leistung reduziert.
Kann man Ferrofluid in einen belüfteten Motor geben?
Ein belüfteter Motor lässt Staub und Wasser eindringen, die in der Flüssigkeit gefangen würden. Das ist keine Kombination, die wir empfehlen; es ist besser, je nach Nutzung eine der beiden Lösungen zu wählen.
Kann Ferrofluid den Motor beschädigen?
Bei Verwendung der richtigen Menge und eines für diesen Zweck vorgesehenen Produkts ist nicht bekannt, dass es den Motor beschädigt. Man muss es jedoch überwachen, da eine zersetzte oder mit Verunreinigungen belastete Flüssigkeit ihren Nutzen verliert.
Läuft das Ferrofluid aus, wenn der Motor stillsteht?
Nein, solange die Menge angemessen ist: Die Magnete halten es im Luftspalt, egal ob sich das Rad dreht oder nicht.