Dezentrale Antriebe

Große Drehmomente für mobile Anwendungsvielfalt

| Autor / Redakteur: Andreas Zeiff / Karin Pfeiffer

Einbaufertige Radnabenmotoren mit integriertem Getriebe eignen sich auch für den Feldeinsatz, beispielsweise bei der Apfelernte.
Einbaufertige Radnabenmotoren mit integriertem Getriebe eignen sich auch für den Feldeinsatz, beispielsweise bei der Apfelernte. (Bild: Samatec)

Flurförderzeug, Kanaldektor oder Arbeitsgeräte: Scheibenläufer-Synchronmotoren bringen heute große Drehmomente in die mobile Anwendungsvielfalt - bei hohen Leistungsdichten und guten Wirkungsgraden.

Arbeitsgeräte für den mobilen Einsatz fordern dem Antrieb bekanntlich Verschiedenes ab. Gezielte Motoren-Konzepte bieten dabei gute Voraussetzungen für einen zuverlässigen Betrieb und lange Batterielaufzeiten. Mit Beispielen für den heutigen Stand der mobilen Antriebstechnik positioniert sich Heinzmann. Der Hersteller setzt für die Elektromobilität auf Radnabenantriebe. Je nach Kundenwunsch werden dazu neben Motor auch Umrichter, Encoder, Bremse sowie bei Bedarf auch notwendige Getriebe anwendungsspezifisch ausgewählt und möglichst einbaufertig bereitgestellt. Der Anwender soll sich so ganz seiner Hauptkompetenz widmen können, ohne auf maßgeschneiderte Antriebe verzichten zu müssen. Um praxisgerecht Lösungen für viele Anwendungen zu liefern, umfasst die Bandbreite der Motoren von 250 W bis 25 kW. Je nach Anforderung sind sie luft- oder flüssigkeitsgekühlt und als DC-Bürstenmotor oder elektronisch kommutierter Synchronmotor ausgelegt.

Motoren-Konzepte für den mobilen Einsatz

Gerade bei Antrieben für die Elektromobilität kommt es auf möglichst kompakte Abmessungen bei hohem Wirkungsgrad und gutem dynamischen Laufverhalten an. Hier eignen sich etwa doppelwirkende Scheibenläufermotoren besonders gut. Durch die beidseitige Spulenanordnung weisen sie eine sehr hohe Leistungsdichte auf. Aus dem konstruktionsbedingt großen Rotordurchmesser folgt ein hohes Drehmoment. Der patentierte Aufbau, unter anderem mit freitragenden Permanent-Magneten, reduziert Trägheits- und Rastmoment. Das macht die Motoren zur ersten Wahl für dynamische Antriebslösungen.

Die Motoren bieten dem Hersteller zufolge als Synchronmaschinen aufgebaut einen breiten, gut regelbaren Drehzahl- und Leistungsbereich. Bei mobilem Betrieb mit Akkus soll der hohe Wirkungsgrad eine lange Laufzeit garantieren. Je nach eingesetztem Umrichter ist auch ein Vier-Quadrantenbetrieb mit Rückspeisung möglich, was die Reichweite bzw. Einsatzdauer weiter begünstigt.

Wie dieses Scheibenläufer-Konzept in der Praxis aufgeht, zeigt der Geräteträger Mattro Bock. Die fahrbare, als Kettenfahrzeug konzipierte Geräteplattform wird über zwei Motoren PMS 120 angetrieben und kann eine anwenderspezifische Nutzlast von bis zu 500 kg durch unwegsames Gelände transportieren. Jeder Motor hat einen Durchmesser von 230 mm, ist inklusive 42 mm Wellenstummel nur 160 mm lang und leistet je nach Ausführung 2,2 bis 7,7 kW bei bis zu 45 Nm Spitzendrehmoment und 96 VDC Versorgungsspannung. Die feinfühlige Leistungsabgabe erlaubt es, jede Kette einzeln so anzusteuern, dass die Plattform auch im unwegsamen Gelände wendig unterwegs ist.

Kompaktmotoren sind in der Elektromobilität auch für den Antrieb von Zusatz- bzw. Hilfsaggregaten in konventionellen Fahrzeugen gefragt. Wer schon einmal in den Motorraum eines Lkw oder einer Baumaschine gesehen hat, kennt die verdichtete, wartungsunfreundliche Zusammenballung mechanisch gekoppelter Hilfsaggregate an Verbrennungsmotoren.

Kompakte E-Motoren ersetzen zunehmend Hydraulik

Auch hier sollen die Kompaktantriebe von Heinzmann neue Möglichkeiten eröffnen, etwa für dieselelektrische Konzepte. Statt Zahnriemen mit Antriebs- und Umlenkrollen oder Hydraulikpumpe mit Tank, Filter & Co. erzeugt dabei eine große Lichtmaschine elektrische Energie. Diese kann sehr flexibel zu Elektromotoren an den Hilfsaggregaten verteilt werden. Die Motoren rücken auf diese Weise näher an den Einsatzort und sind dort obendrein meist leichter zugänglich. Beispiele dafür findet man etwa bei Traktoren und deren Anbaugeräten, für die statt auf Hydraulik zunehmend auf kompakte E-Motoren gesetzt wird. Das spart Wartungskosten und vermeidet Ölverluste. Auch bei manchen Bussen kommt schon ein elektrisch betriebener Kompressor für die Bremsanlage zum Einsatz. Andere Konzepte sehen elektrohydraulische Aggregate vor, bei denen komplett auf die Verbrennungsmaschine verzichtet wird. Dadurch ist völlig emissionsfreies und geräuschloses Arbeiten möglich. Solche Antriebe sind Heinzmann zufolge ideal für Innenstädte oder in geschlossenen Räumen.

Die modernen Antriebe sind als flach bauender Scheibenläuferantrieb oder in Form einbaufertiger Radnabenmotoren mit integriertem Getriebe erhältlich. Sie lassen sich inklusive der jeweiligen Umrichter in viele anlagenspezifische Steuerungen integrieren. So sind dezentrale, wartungsfreie Antriebe vor Ort, etwa in Stellgeräten, Kompaktzentrifugen oder Krankenbetten, heute leicht zu vernetzen. Gleiches gilt für eher einzeln eingesetzte Geräte. Sie lassen sich an Akkumanagementsysteme oder Fernsteuersysteme anbinden, etwa in Flurfördergeräte, Kanaldetektoren oder mobile Arbeitsbühnen. Moderne Elektromotorenkonzepte sichern so gleich mehrfach Marktvorteile: Sie verringern dank hohem Wirkungsgrad den CO2-Fußabdruck, verlängern im Akkubetrieb, eventuell zusätzlich über eine Rückspeisung, die Betriebszeit und reduzieren im Fahrbetrieb gegenüber bisherigen Motoren das Gewicht bzw. die ungefederten Massen beim Einsatz direkt am Rad. Die lange Lebensdauer der wartungsfreien Synchron- oder sehr wartungsfreundlichen DC-Motoren mindert zudem die Lebensdauerkosten für den Endanwender.

* *Dipl. Chem. Andreas Zeiff, Redaktionsbüro Stutensee

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