Geschichte der Branche

Seit mehr als einem Jahrhundert bilden die Bereiche Spulenwicklung, Transformatoren, Motoren und E-Mobilität das Rückgrat der weltweiten Elektrifizierung – und heute schreitet ihre Entwicklung in beispiellosem Tempo voran. Auf dieser Seite werden die wichtigsten Meilensteine, Durchbrüche und technischen Errungenschaften beleuchtet, die unsere Branche dorthin gebracht haben, wo sie heute steht, sowie die Innovationen, die die Zukunft prägen werden.

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1975–1989

Durchbrüche in der Materialforschung und die Entstehung moderner Antriebe

Es kommen amorphe Metallkerne auf den Markt (Metglas/Allied Signal), die die Leerlaufverluste von Transformatoren senken und den langen Weg hin zu hocheffizienten Verteiltransformatoren einleiten.
Ein großer Durchbruch bei Seltenerdmagneten: NdFeB (Neodym-Eisen-Bor) wird erfunden und auf den Markt gebracht (GM/Sumitomo), was kompakte, leistungsstarke Motoren und unzählige Aktuatoren ermöglicht.
In den 1980er Jahren kamen IGBTs auf den Markt, die die einfache Gate-Steuerung von MOSFETs mit der Strombelastbarkeit bipolarer Halbleiter verbanden – und damit den Weg für zuverlässige Frequenzumrichter ebneten.
Isolationssysteme: Aramidpapiere (z. B. Nomex) fanden in den 1980er Jahren in Trockentransformatoren und Motoren breite Anwendung, um höhere Wärmeklassen und mehr Sicherheit zu gewährleisten.

Einrichtung des Frequenzumrichters und des Motors in der Anfangsphase

Frühe amorphe Kerne, Seltenerdmagnete und Frequenzumrichter haben die Konstruktion von Transformatoren und Motoren grundlegend verändert.

Fertigungshalle mit frühen Frequenzumrichtern

Nanokristalline Kerne und die frühzeitige Einführung von VFD in Fabriken und Versorgungsunternehmen.

1990–1999

Nanokristalline Kerne und der Einsatz von Frequenzumrichtern in der Industrie

Elektromotorenbau: Im Jahr 1992 wurden mit dem US-Energiepolitikgesetz (EPAct) erstmals landesweite Mindestanforderungen an den Wirkungsgrad neuer Industriemotoren eingeführt.
Nanokristalline Weichmagnetmaterialien (z. B. FINEMET®) finden zunehmend Anwendung in der Industrie – zunächst im Labor, nun auch in der Industrie – für Hochfrequenztransformatoren, Drosseln und EMI-Bauteile und zeichnen sich dabei durch geringe Verluste und Temperaturstabilität aus.
Der Einsatz von Frequenzumrichtern in Fabriken nimmt zu und verbessert die Prozesssteuerung sowie die Energienutzung; die Konstruktion von Motoren für den „Frequenzumrichterbetrieb“ beginnt sich von der von Motoren mit Standardwirkungsgrad zu unterscheiden.
E-Mobilität & Antriebe im Automobilbereich: Toyota brachte den Prius auf den Markt, das erste serienmäßig hergestellte Hybridauto, und bewies damit, dass hybridelektrische Antriebe praktikabel sind, was weltweit neue Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten auslöste.

2000–2009

Effizienz wird zum Mainstream

Energieversorger und Erstausrüster setzen zunehmend auf hocheffiziente Transformatoren; Verteilereinheiten mit amorphem Kern gewinnen aufgrund ihres verlustarmen Betriebs rund um die Uhr an Bedeutung.
Meilenstein bei den Lithium-Ionen-Batterien: Der Tesla Roadster (2008) und der Nissan Leaf (2010) gelten als die ersten praxistauglichen Elektrofahrzeuge bzw. Serienfahrzeuge, die mit Lithium-Ionen-Batterien angetrieben werden.
Der coronabeständige Lackdraht ist ausgereift und hält den hohen dv/dt-Werten sowie den Teilentladungsbelastungen von PWM-Antrieben stand.
Die regulatorischen Rahmenbedingungen gewinnen an Fahrt (Grundlagen der EU-Ökodesign-Richtlinie in der Verordnung (EG) Nr. 640/2009 aus dem Jahr 2009; später abgelöst), wodurch die globale IE-Klassifizierungssprache für Motoren etabliert wurde.

Frühe Fahrzeuge mit Lithium-Ionen-Antrieb

Hocheffiziente Transformatoren und die ersten Elektrofahrzeuge mit Lithium-Ionen-Batterien rücken die Effizienz in den Vordergrund.

Hocheffiziente Motoren in der Produktion

Standardisierte IE-Klassen und der Vormarsch der Elektrofahrzeuge verändern die Konstruktion von Motoren und Antrieben.

2010–2019

IE-Klassen, Elektrofahrzeuge und „Wechselrichterisierung“

Weltweite Harmonisierung der Motoreffizienz: Die Norm IEC 60034-30-1 (2014) legt die Klassen IE1 bis IE4 fest und erweitert den Anwendungsbereich (z. B. auf 8-polige Motoren).
Einsatz von GaN (Galliumnitrid) mit großer Bandlücke: GaN-Leistungsbauelemente ermöglichen höhere Schaltfrequenzen und eine höhere Leistungsdichte, wodurch Entwickler deutlich kleinere und leichtere Bordladegeräte (OBCs), DC/DC-Wandler und Hochleistungs-Schnellladegeräte konstruieren können.
Die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen treibt die Forschung und Entwicklung im Bereich kompakter, leistungsstarker Antriebsmotoren und Leistungselektronik voran. Mitte der 2010er Jahre setzt bei den Verkaufszahlen von Elektrofahrzeugen ein anhaltendes Wachstum ein.
Die EU-Verordnung 548/2014 führt verbindliche Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von Leistungs- und Verteilungstransformatoren ein (Stufe 1: 2015; Stufe 2: 2021) und fördert damit den Einsatz von amorphen Kernen sowie verbesserte Isolations- und Wärmeableitungskonzepte.

2020–2025

Haarnadelstatoren, SiC-Wechselrichter und strengere Normen

Haarnadel- und Flachdraht-Statoren werden für viele E-Achsen zur bevorzugten Wahl (höhere Schlitzausfüllung, bessere Wärmeableitung); durchgehende Haarnadelkonzepte und segmentierte Statoren setzen sich zunehmend durch.
Automatisierung und Rückverfolgbarkeit: Komplette Haarnadelkurven-Fertigungslinien (Laserschneiden/Schweißen, Endumformung, 100-prozentige Inline-Prüfung) sowie die Datenerfassung im Sinne von Industrie 4.0 sind in den Motorenfertigungsbetrieben allgegenwärtig.
SiC-MOSFET-Antriebswechselrichter verdrängen zunehmend Si-IGBTs und ermöglichen dadurch höhere Batteriespannungen (z. B. 800 V) sowie messbare Effizienzsteigerungen im Antriebsstrang.
Das Wachstum bei Elektrofahrzeugen ist mittlerweile der wichtigste Nachfragetreiber der Branche (weltweiter Absatzrekord und ein Marktanteil von über 20 % im Jahr 2024, mit weiteren Rekorden bis einschließlich 2025 laut IEA).
Verschärfung der Vorschriften:
EU: Die Ökodesign-Richtlinie 2019/1781 sieht ab 2021 bzw. 2023 schrittweise höhere Wirkungsgrade für Motoren und Antriebe vor.
USA: Die endgültige Verordnung des DOE (2024) erhöht den Wirkungsgrad von Verteilungstransformatoren, lockert gleichzeitig einige Anforderungen an den Stahl und verlängert die Fristen für die Einhaltung der Vorschriften.

Haarnadelstatoren, SiC-Wechselrichter und moderne Fertigungslinien prägen die heutige Zeit.

Was hat sich in der Fabrik eigentlich verändert?

Spulen und Wicklungen: von Zufalls-/Flyer-Spulen über Nadel-Spulen bis hin zu Haarnadel-/Flachdraht-Spulen mit robotergestütztem Einfügen, Laser-Lackentfernung, Verdrehen/Aufweiten und automatisiertem Hartlöten/Schweißen – sowie Varianten mit durchgehenden Haarnadeln.
Magnetdraht: bessere Wärmeklassen, dünnere Isolierfolien bei gleicher Durchschlagfestigkeit sowie koronabeständige Ausführungen für den Einsatz in Wechselrichtern.
Kerne und Stähle: GOES spielt weiterhin eine grundlegende Rolle; bei Verteilungstransformatoren mit extrem geringen Verlusten dominieren amorphe Werkstoffe; nanokristalline Werkstoffe werden häufig in HF-Drosseln/-Transformatoren und bei EMI-Anwendungen eingesetzt.
Leistungselektronik: von analogen IGBT-Frequenzumrichtern bis hin zu SiC-basierten Hochgeschwindigkeits-Wechselrichtern, immer kleineren Magnetkomponenten und sich verändernden Isolationsbelastungsprofilen.
Digitalisierung: Durch maschinelles Lernen unterstützte Überwachung der Wickelqualität und lückenlose Rückverfolgbarkeit über alle Produktionslinien hinweg.

Ein genauerer Blick auf einige grundlegende Veränderungen

NdFeB-Magnete (1984) → kompakte Motoren mit hohem Drehmoment; weniger Kupfer und Eisen bei gleicher Leistung.
Amorphe Transformatorkerne (1970er Jahre→) → zweistellige prozentuale Senkung der Leerlaufverluste in großtechnischem Maßstab für Stromnetze.
IEC-IE-Klassen (ab 2014) → eine weltweit einheitliche Sprache (IE2/IE3/IE4, wobei IE5 als angestrebtes Niveau gilt), die die Beschaffungs- und OEM-Roadmaps neu geprägt hat.
Haarnadelstatoren (seit den 2010er Jahren) → höhere Schlitzausfüllungsgrade und thermische Leistung für den Antrieb von Elektrofahrzeugen; mittlerweile Mainstream.
SiC-Antriebswechselrichter (2020er Jahre) → 800-V-Architekturen sowie Effizienz- und Dichtegewinne auf Systemebene.

Aufstrebende und kommende Technologien (2025–2030)

Kontinuierliche Haarnadel- und Aluminiumleiter zur Erzielung von Kosten- und Gewichtsvorteilen (laufende Forschung; erste Prototypen/Produktionslinien in Europa).
Weitere Innovationen im Bereich der Nanokristalle für kompakte, verlustarme Kerne in der Leistungselektronik; die Forschung und Entwicklung im Bereich der aktiven Materialien wird fortgesetzt.
Strengere Vorschriften für die umweltgerechte Gestaltung und den Wirkungsgrad auf der Verbraucherseite werden dazu führen, dass Transformatoren und Motoren auf der Wirkungsgradkurve weiter nach oben klettern.

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