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Elektromotoren stecken in Kühlschränken, Wärmepumpen, Elektroautos und in nahezu jeder Fabrik, und zusammen verbrauchen sie mehr Strom als jede andere Anwendung. Nach einer Auswertung im Rahmen eines Programms der Internationalen Energieagentur entfiel 2023 mehr als die Hälfte des weltweiten Stromverbrauchs auf elektrische Antriebe, insgesamt 13.462 Terawattstunden. Viele dieser Motoren laufen konstant mit voller Drehzahl, obwohl die Arbeit, die sie verrichten, ständig schwankt. Forscher in Deutschland haben berechnet, welche Mengen Energie sich allein in Europa mit einer bedarfsgerechten Drehzahl einsparen ließen.
Im Keller pumpt die Umwälzpumpe warmes Wasser durch die Heizungsrohre, in der Küche springt der Kompressor des Kühlschranks an, und auf dem Acker dosiert eine Sämaschine das Saatgut. Hinter all diesen Vorgängen stehen Elektromotoren, die elektrische Energie über ein Magnetfeld in eine Drehbewegung verwandeln. Die Drehzahl, also die Zahl der Umdrehungen pro Minute, bestimmt dabei, wie viel Wasser eine Pumpe fördert, wie stark ein Lüfter bläst oder wie schnell ein Förderband läuft. In vielen Anlagen ist diese Drehzahl fest vorgegeben, und die tatsächlich benötigte Leistung wird über Drosselklappen, Ventile oder einfaches Ein- und Ausschalten angepasst. Ingenieure unterscheiden dabei zwischen Steuern und Regeln: Ein Steller gibt dem Motor einen festen Wert vor, ein Regler misst dagegen fortlaufend, was der Motor tatsächlich tut, und korrigiert Abweichungen selbsttätig. Dieser Unterschied klingt nach einem Detail der Elektrotechnik, entscheidet aber über Präzision und Energiebedarf ganzer Anlagen.
Gerade bei kleinen Gleichstrommotoren, wie sie in Landmaschinen, Schienenfahrzeugen, Labor- und Medizingeräten oder Verpackungsanlagen arbeiten, hängt die Qualität eines Prozesses oft unmittelbar an einer stabilen Drehzahl. Läuft eine Dosierpumpe unter wechselnder Last nur wenige Prozent langsamer, gelangt entsprechend weniger Flüssigkeit an ihr Ziel, und eine Verpackungsmaschine gerät aus dem Takt. Um solche Schwankungen auszugleichen, überwachen Drehzahlregler von EPH Elektronik und vergleichbare Geräte den Motor laufend und passen seine Versorgung an. Dahinter steht dieselbe physikalische Logik, die auch bei großen Industrieantrieben über den Energieverbrauch entscheidet: Ein Motor, der genau so schnell läuft, wie die Aufgabe es verlangt, arbeitet präziser und verschwendet weniger Energie als einer, dessen Leistung erst nachträglich abgebremst wird. Welche Rolle das für die weltweite Stromversorgung spielt, zeigen die aktuellen Zahlen zu elektrischen Antrieben.
Eine Antwort liefert die Plattform für elektrische Motorsysteme im Technologieprogramm für energieeffiziente Endgeräte der Internationalen Energieagentur. In einem im Dezember 2025 veröffentlichten Kurzbericht haben die Experten Energiestatistiken der Agentur mit nationalen Marktstudien zusammengeführt. Demnach verbrauchten Elektromotoren und die von ihnen angetriebenen Systeme im Jahr 2023 rund 13.462 Terawattstunden und damit 53 Prozent des gesamten Stroms, der weltweit genutzt wurde. In der Industrie liegt ihr Anteil bei 72 Prozent, in der Landwirtschaft bei 87 Prozent und im Verkehr bei 86 Prozent, in Gebäuden immerhin bei 36 Prozent. Zwischen 2015 und 2023 stieg der Strombedarf der Motorsysteme um 26 Prozent und damit etwas stärker als der gesamte Verbrauch, der um 24 Prozent zunahm. Allein dieser Zuwachs von 2.756 Terawattstunden entspricht ungefähr dem jährlichen Stromverbrauch der gesamten Europäischen Union.
Für Europa kommt eine Untersuchung des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT in Pfinztal bei Karlsruhe zu einem ähnlichen Bild: Elektromotoren verbrauchten dort im Jahr 2021 rund 46 Prozent des gesamten Stroms. Etwa 70 Prozent davon entfallen auf Pumpen, Ventilatoren und Kompressoren, die Wasser fördern, Gebäude belüften, kühlen und heizen oder Druckluft für die Produktion erzeugen. Im Verkehr wächst der Anteil der Antriebe mit jedem zusätzlichen Elektroauto, und in Wohnhäusern kommen Wärmepumpen, Klimageräte, Kühlschränke und Waschmaschinen hinzu. Der Stromverbrauch der Antriebe ist deshalb kein Randthema der Schwerindustrie, sondern betrifft nahezu jeden Haushalt, jedes Krankenhaus und jeden landwirtschaftlichen Betrieb. Dass er im Alltag kaum wahrgenommen wird, liegt vor allem daran, dass die meisten Motoren unsichtbar in Gehäusen, Kellern und Maschinenräumen arbeiten und ihr Verbrauch auf keiner Rechnung gesondert auftaucht.
Der Schlüssel liegt in einem physikalischen Zusammenhang, den Ingenieure als Affinitätsgesetze kennen. Bei Elektromotoren, die Kreiselpumpen und Ventilatoren antreiben, steigt der geförderte Volumenstrom proportional zur Drehzahl, der erzeugte Druck mit ihrem Quadrat und die benötigte Leistung sogar mit der dritten Potenz. Halbiert sich die Drehzahl, sinkt der Leistungsbedarf daher theoretisch auf ein Achtel. Schon eine Verringerung um 20 Prozent reduziert ihn rechnerisch auf rund die Hälfte, weil 0,8 hoch drei etwa 0,51 ergibt. Wird ein Motor dagegen mit voller Drehzahl betrieben und der Durchfluss über ein Ventil oder eine Klappe gedrosselt, geht ein großer Teil der aufgenommenen Energie als Strömungsverlust und Wärme verloren. In der Praxis fallen die Einsparungen wegen weiterer Verluste in Motor, Elektronik und Rohrsystem geringer aus als in der idealen Rechnung. Das Prinzip erklärt dennoch, warum eine angepasste Drehzahl als zentraler Ansatzpunkt für mehr Energieeffizienz in Gebäuden und Fabriken gilt.
Bei Gleichstrommotoren hängt die Drehzahl in erster Näherung von der angelegten Spannung ab. Ein einfacher Drehzahlsteller verändert diese Spannung, meist durch schnelles Ein- und Ausschalten mit Transistoren, und legt so eine bestimmte Geschwindigkeit fest. Steigt jedoch die Last, etwa weil eine Pumpe gegen höheren Druck arbeiten muss, fließt mehr Strom durch die Wicklung, am Innenwiderstand des Motors fällt mehr Spannung ab, und der Motor wird langsamer. Ein Drehzahlregler gleicht diesen Effekt aus. Er wertet die Gegenspannung aus, die der Motor beim Drehen selbst erzeugt und die proportional zu seiner Drehzahl ist, und er kompensiert den lastabhängigen Spannungsabfall, den Fachleute nach dem Produkt aus Strom und Widerstand als IxR-Kompensation bezeichnen. So bleibt die Drehzahl auch unter wechselnder Last weitgehend konstant, ohne dass zwingend ein eigener Drehzahlsensor nötig ist. Sogenannte Vierquadrantenregler können den Motor zudem in beide Richtungen antreiben und aktiv abbremsen, wobei die beim Bremsen zurückgespeiste Energie sicher abgeführt werden muss.
Wie groß das Potenzial in der Breite ist, hat das Fraunhofer ICT in zwei Studien für Elektromotoren in Pumpen, Ventilatoren und Kompressoren mit Leistungen zwischen 0,37 und 1.300 Kilowatt abgeschätzt, etwa in Wasser- und Abwasserpumpen, Heizungs- und Klimaanlagen und in der Gebäudelüftung. Nach den Ergebnissen, die das Institut in einer Pressemitteilung zusammengefasst hat, arbeiten rund 50 Prozent der Pumpen und 40 Prozent der Ventilatoren in der EU mit konstanter Drehzahl. Würde man ihre Drehzahl mit Frequenzumrichtern bedarfsgerecht anpassen, ließen sich in der Europäischen Union jährlich rund 140 Terawattstunden Strom einsparen, etwa fünf Prozent des gesamten Stromverbrauchs der EU. Je nach Gerät und Lastprofil liegt die Einsparung zwischen 10 und 70 Prozent, bei Frischwasserpumpen zwischen 18 und 24 Prozent. Das entspräche jährlich rund 38 Millionen Tonnen Kohlendioxid weniger, so viel, wie beim Verbrennen von 14,2 Milliarden Litern Diesel frei wird.
Die Studien entstanden im Auftrag des europäischen Verbands der Hersteller elektrischer Maschinen und Leistungselektronik, also einer Branche, die solche Antriebe selbst verkauft. Die Forscher benennen auch die Grenzen des Ansatzes: Pumpen, die ohnehin unter gleichbleibender Last laufen, etwa in Schwimmbädern oder bei der Abwasserförderung, profitieren nicht unmittelbar von einer Drehzahlregelung. Selbst dort zeigte die zweite Studie jedoch einen Vorteil, denn kleinere Wasserpumpen mit variabler Drehzahl arbeiteten um fünf bis zehn Prozent effizienter als größere Pumpen mit fester Drehzahl, weil die kleineren Geräte höhere Lasten durch eine höhere Drehzahl abdecken können. Weitere Einsparungen halten die Forscher dort für denkbar, wo das geförderte Medium selbst Wärme transportiert, etwa bei der Versorgung von Gebäuden mit Warmluft, denn ein bedarfsgerechter Durchsatz senkt dann auch den Heizbedarf. Diese zusätzlichen Effekte haben die Studien allerdings nicht beziffert.
Auch der Gesetzgeber setzt auf effizientere Antriebe. Seit dem 1. Juli 2021 gilt in der EU die Verordnung 2019/1781 zum Ökodesign von Elektromotoren und Drehzahlregelungen. Dreiphasige Motoren mit einer Nennleistung von 0,75 bis 1.000 Kilowatt müssen seitdem mindestens die Effizienzklasse IE3 erreichen, kleinere Dreiphasenmotoren ab 0,12 Kilowatt die Klasse IE2. Erstmals wurden auch Mindestanforderungen an Frequenzumrichter festgelegt, die seither die Klasse IE2 erfüllen müssen. Seit dem 1. Juli 2023 gilt für Motoren zwischen 75 und 200 Kilowatt mit zwei, vier oder sechs Polen sogar die Klasse IE4. Die Internationale Energieagentur hatte bereits 2011 in einer ersten weltweiten Analyse geschätzt, dass sich rund 25 Prozent des Stroms für elektrische Antriebssysteme wirtschaftlich einsparen ließen, was den gesamten weltweiten Strombedarf um etwa zehn Prozent senken würde. Bessere Motoren allein bringen nach dieser Analyse typischerweise nur vier bis fünf Prozent, der größere Teil des Potenzials liegt im Zusammenspiel von Motor, Regelung und angetriebener Maschine.
Die großen Einsparzahlen beziehen sich vor allem auf Pumpen, Lüfter und Kompressoren am Stromnetz. Bei kleinen Gleichstromantrieben steht ein anderer Nutzen im Vordergrund, nämlich eine gleichbleibende, genau einstellbare Bewegung. In der Landtechnik bestimmt die Drehzahl eines Dosiermotors, wie gleichmäßig Saatgut oder Dünger ausgebracht wird, in Labor- und Medizingeräten hängt die geförderte Menge einer Pumpe direkt von ihrer Drehzahl ab, und in Verpackungslinien müssen Förderbänder und Zuführungen exakt im Takt laufen. Viele dieser Geräte werden aus Batterien oder Bordnetzen mit Spannungen von 12, 24 oder 48 Volt versorgt, etwa in Sonderfahrzeugen oder Schienenfahrzeugen. Ein geregelter Antrieb hält dort die Drehzahl auch dann, wenn die Versorgungsspannung schwankt oder sich die Last ändert, und vermeidet, dass ein Motor unnötig schnell läuft, was zugleich Mechanik und Getriebe schont. Auch Roboter sind auf solche Regelungen angewiesen, weil jedes Gelenk seine Bewegung präzise dosieren muss.
Mit der Elektrifizierung von Verkehr, Wärme und Industrie wird die Bedeutung der Antriebe weiter wachsen. Nach dem Bericht der Motorenplattform stieg der weltweite Strombedarf im Jahr 2024 um 4,3 Prozent, und die Internationale Energieagentur erwartet bis 2027 ein jährliches Wachstum von knapp vier Prozent. Treiber des Zuwachses bei den Motorsystemen waren zuletzt vor allem elektrifizierte Industrieprozesse, Wärmepumpen und Klimageräte sowie Elektrofahrzeuge. Jeder zusätzliche Motor, der seine Drehzahl am tatsächlichen Bedarf ausrichtet, dämpft diesen Anstieg ein Stück weit. Auch in Deutschland entwickeln und fertigen Unternehmen Motoren, Getriebe und Regelelektronik, und mit dem Fraunhofer ICT stammt eine aktuelle europäische Potenzialabschätzung aus einem deutschen Institut. Die Zahlen zeigen, wie viel Strom sich einsparen lässt, wenn Elektromotoren nur so schnell laufen, wie es ihre Aufgabe tatsächlich verlangt, und wie sehr sich Präzision und Energieeffizienz dabei gegenseitig stützen.
IEA Energy Papers, Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems; doi:10.1787/5kgg52gb9gjd-en