Fraunhofer IISB Clean Aviation: 1000 PS bei 94 kg für Wasserstoff-Brennstoffzellen

Fraunhofer IISB und Clean Aviation: Zielrichtung Luftfahrt und Hybrid-Elektrosysteme

Entwicklung von Fraunhofer IISB im Rahmen des Programms Clean Aviation zielt auf Luftfahrt und hybride Systeme mit Wasserstoff-Brennstoffzellen

Der vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB (Fraunhofer IISB) entwickelte Elektromotor erreicht 1000 PS bei lediglich 94 kg Gewicht – und das bei Abmessungen, die in etwa einem Gaszylinder mit 12,5 kg entsprechen. Damit kommt das Aggregat auf eine Leistungsdichte von 8 kW pro Kilogramm. Zum Vergleich: Übliche E‑Auto-Antriebe liegen bei 2–4 kW/kg, selbst moderne Luftfahrtmotoren typischerweise bei 5–6 kW/kg.

Konstruktion mit „Hairpin“-Wicklungen und direkter Öl-Sprühkühlung

Um diese Werte zu ermöglichen, setzt das Team auf eine neuartige Auslegung mit vier dreiphasigen Wicklungen vom Typ „Hairpin“. Statt flexiblem Runddraht werden starre Kupferschienen (Stäbe) verwendet, die U‑förmig zur „Haarnadel“ gebogen sind. So lässt sich im gleichen Bauraum mehr Kupfer unterbringen, was höhere Ströme und damit mehr Leistung erlaubt; gleichzeitig verbessern sich Kühlung und mechanische Stabilität.

Die Wärmeabfuhr erfolgt über eine direkte Öl-Sprühkühlung, die Hitze wirksam aus dem Motor abführt. Dadurch kann der Antrieb mit höherer Leistung betrieben werden, ohne zu überhitzen. Die kompakte Bauform ist besonders für die Luftfahrt interessant, weil dort Bauraum und Gewicht entscheidende Randbedingungen sind.

Einordnung der Leistung: Vergleich mit Tesla Model S Plaid

Als Orientierung: Ein Tesla Model S Plaid nutzt drei Motoren, um auf rund 1020 PS zu kommen. Der Motor von Fraunhofer IISB erreicht einen nahezu vergleichbaren Wert alleine.

Dünnblech NO15, hohe Drehzahl und Redundanz durch vier Sektionen

Eine weitere zentrale Neuerung ist der Einsatz von NO15-Stahl mit nur 0,15 mm Dicke – etwa halb so dick wie das Blech, das in den meisten Elektromotoren verwendet wird. Das dünnere Material reduziert Wirbelströme, senkt damit die Erwärmung und steigert die Effizienz, besonders bei hohen Drehzahlen. Der neue Motor ist für etwa 21 000 U/min ausgelegt.

Zudem ist der Antrieb in vier voneinander getrennte Sektionen aufgeteilt. Jede Sektion besitzt eine eigene Wicklung, einen eigenen Inverter sowie eine eigene Regelung. Diese Architektur erhöht die Betriebssicherheit: Fällt eine Sektion aus, arbeiten die übrigen weiter – ein Aspekt, der in der Luftfahrt besonders relevant ist.

Projekt AMBER: Hybridantriebe mit Wasserstoff-Brennstoffzellen für Regionalflugzeuge

Die Motorentwicklung entstand im Projekt AMBER innerhalb des EU-Programms Clean Aviation. Dort geht es um hybride elektrische Systeme mit Wasserstoff-Brennstoffzellen für Regionalflugzeuge. Das Projektziel ist, die CO₂-Emissionen in der Luftfahrt im Vergleich zu den Niveaus von 2020 um mindestens 30% zu senken. Neben Fraunhofer IISB sind auch Avio Aero mit dem Turboprop-Triebwerk Catalyst sowie GE Aerospace beteiligt; den Elektromotor selbst hat Fraunhofer IISB jedoch vollständig – von der Konzeptphase bis zur Validierung nach Luftfahrtstandards – entwickelt.

Trotz der eindrucksvollen Eckdaten von 94 kg und 1000 PS bleibt der Schritt vom Laborprototypen hin zu zertifizierter Luftfahrtausrüstung eine anspruchsvolle Hürde. Zusätzlich ist offen, ob Wasserstoff-Brennstoffzellen auf Regionalstrecken einen zuverlässig robusten Betrieb sicherstellen können.

Für eine Branche, in der Fortschritt häufig in Jahrzehnten gemessen wird, ist dieser Motor dennoch ein bemerkenswerter ingenieurtechnischer Meilenstein.