Im Tesla Model 3 kommt ein geschalteter Reluktanzmotor (Englisch: switched reluctance motor (SRM)) zum Einsatz. Warum entscheidet sich Tesla für einen neuen Motor und baut nicht einfach weiterhin normale Synchron- und Asynchronmotoren in ihre Autos? Dies hat vor allem einen Grund, man möchte bei der Produktion weniger Seltene Erden verbrauchen. 

In der neuen Serie technischer Fortschritt möchte ich aufzeigen, wie innovative Fortschritte in Wissenschaft und Technik dazu beitragen das Klima zu schützen und unseren Wohlstand wie auch unsere Wohlfahrt zu erhöhen. 

Ich möchte damit aufzeigen, dass es für einen wirksamen Klimaschutz keine generellen Verbote braucht, sondern Investitionen in neue, saubere Technologie. 
Den grundsätzlich gilt: Alles was wenig Ressourcen verschwendet, ist effizient und alles, was effizient ist, ist auch wirtschaftlich sinnvoll. In meinen Augen gibt es somit keinen Grund unsere liberalen Werte über Bord zu werfen. 

Die Bezeichnung Seltene Erden ist eigentlich missverständlich, denn sie stammt noch aus der Zeit der Entdeckung dieser Elemente. Sie beruht auf der Tatsache, dass sie zuerst in seltenen Mineralien gefunden und aus diesen in Form ihrer Oxide (früher "Erden") isoliert wurden.

Einige (Cerium, Yttrium und Neodym) kommen in der Erdkruste häufiger vor als Blei, Molybdän oder Arsen. 

Thulium, das seltenste Element der Seltenen Erden, ist immer noch nicht so selten wie Gold oder Platin. Es folgt eine Liste aller Seltener Erden:

• Scandium (Sc, Ordnungszahl 21)
• Yttrium (Y, Ordnungszahl 39)
• Lanthan (La, Ordnungszahl 57) sowie die 14 auf das Lanthan folgenden Elemente, die Lanthanoide
• Cerium (Ce, Ordnungszahl 58)
• Dysprosium (Dy, Ordnungszahl 66)
• Europium (Eu, Ordnungszahl 63)
• Erbium (Er, Ordnungszahl )
• Gadolinium (Gd, Ordnungszahl 64)
• Holmium (Ho, Ordnungszahl 67)
• Lutetium (Lu, Ordnungszahl 71)
• Neodym (Nd, Ordnungszahl 60)
• Praseodym (Pr, Ordnungszahl 59)
• Promethium (Pm, Ordnungszahl 61)
• Samarium (Sm, Ordnungszahl 62)
• Terbium (Tb, Ordnungszahl 65)
• Thulium (Tm, Ordnungszahl 69)
• Ytterbium (Yb, Ordnungszahl 70)

Für die Prodution von Elektromotoren ist vor allem das Element Neodym von Bedeutung. Es hat einen Schemlzpunkt von 1297K (1024°C) und eine Dichte von 7.003 g/cm3. Mit der Neodym-Eisen-Bor Legierung können starke Permanentmagneten hergestellt werden, welche zuhauf in Elektromotoren verbaut werden. 

Doch 2011 kam es bei den Seltenen Erden (inkl. Neodym) zu einer beispiellosen Kostenexplosion. 

Wirklich selten sind die Seltenerdmetalle nicht, eigentlich kommen sie überall vor, allerdings in sehr kleinen Mengen. Grössere, wirtschaftlich rentable Lagerstätten sind spärlich gesät. Bis zu 97 Prozent der geförderten Seltenerdmetalle kommen aus China. 97% Marktanteil? Das riecht verdächtig nach einem Monopol! (Wirtschaft, 1. Semester). 

Tatsächlich erhöhte China 2011 die Preise, laut Angaben der chinesischen Regierung um Umweltschäden zu reduzieren. Ob dies tatsächlich so war, lässt sich nur schwer sagen. Es scheint als wollte China hier künstlich die Preise nach oben zu drücken. Dies schien auch zu gelingen, der Preis für das Element Neodym schoss kurzzeitig bis um das zehnfache in die Höhe. Dies blieb natürlich nicht lange ohne Reaktion... 

Grundsätzlich gibt es drei Varianten wie man dieser Monopolstellung von China begegnen kann: 

Der Motor kommt ohne Permanentmagnete aus (Neodym). Die Reluktanzkraft sorgt für die Bewegung des Rotors, der aus Materialien wie Elektroblech aufgebaut ist.

Die Bewegung kommt dadurch zustande, dass das System nach minimalem magnetischem Widerstand (Reluktanz) strebt. 

Reluktanzmotoren haben unterschiedliche Anzahl ausgeprägter Zähne an Rotor und Stator. Die Statorzähne sind mit Spulen bewickelt, die abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden. 

Die Zähne mit den bestromten Wicklungen ziehen jeweils die nächstgelegenen Zähne des Rotors wie ein Elektromagnet an.

Dann werden sie abgeschaltet, wenn (oder kurz bevor) die Zähne des Rotors den sie anziehenden Statorzähnen gegenüberstehen. 

In dieser Position wird die nächste Phase auf anderen Statorzähnen eingeschaltet, die andere Rotorzähne anzieht. 

Normalerweise werden drei oder mehr Phasen verbaut. Es gibt aber auch Sonderbauformen mit nur zwei oder einer Phase. Sowohl als Motor als auch als Generator (Switched Reluctance Generators (SRG)) erhältlich.  

• Einfacher Aufbau.
• • Niedrige Herstellungskosten. 
  • Niedriger Wartungsaufwand.
  • Keine Rotorwicklung = Geringes Trägheitsmoment = Dynamische Drehzahländerungen.
• Motor lässt sich gut kühlen, da die meiste Wärme am Stator entsteht. 
• • Gut geeignet in warmen Umgebungen.
• Keine temperaturempfindlichen Werkstoffe (Permanentmagnete).
• • Kurzzeitige Überlastbarkeit ist möglich.
  • • z.B. während des Beschleunigungsvorgangs eines E-Autos.
• Unabhängigkeit von Seltenen Erden und weniger Kupferverbrauch.
• Hoher Wirkungsgrad.
• Keine Bürsten.
• • Weniger Verschleiss.

• Geringe Drehmomentdichte.
• Pulsierendes Drehmoment.
• Höhere Geräusche-Entwicklung.
• Rotorlagegeber nötig.

Tesla Model 3

• Hinterradachse
• In Zukunft auch bei Model S und Model X.

Industrie

• Nur vereinzelte Anwendungen.

Momentan nur wenige Anwendungsgebiete, aber ein grosses Zukunftspotential.