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Antriebssysteme

Überblick über moderne elektrische Antriebe

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Drehstrommotoren als Energiewandler

  • Zum Wandeln der elektrischen in mechanische Energie stehen verschiedene Drehstrommotoren zur Verfügung:
  • Asynchronmotoren mit Alu- oder Kupferwicklung im Läufer
  • Synchronmotoren mit Permanentmagneten im Läufer – auch als sogenannte „Torque“-Motoren - oder Linearmotoren und neuerdings wieder
  • Reluktanzmotoren ganz ohne Läuferwicklung

Alle diese Motoren (Bild 3) werden von Frequenzumrichtern gespeist und arbeiten so mit variabler Drehzahl oder Geschwindigkeit. Elektromotoren sind physikalisch im Drehmoment/Kraft – magnetisch durch die Sättigung des Eisens und thermisch durch die Wicklungserwärmung - begrenzt. Sind größere Drehmomente gefordert, muss ein Getriebe nachgeschaltet werden. Zum Einsatz kommen Spline-, Planeten- oder Stirnradgetriebe. In Sonderfällen weicht man auf die sogenannten Torquemotoren aus, die hohe Drehmomente getriebelos über ihren großen Durchmesser erzeugen. Linearbewegungen werden immer öfter statt über Spindeln direkt über elektrische Linearmotoren realisiert, wenn hohe Positioniergenauigkeit, kein Umkehrspiel oder/und hohe Verfahrgeschwindigkeiten gefordert werden.

Merke: Für Linearmotorantriebe muss die Maschine oft neu konstruiert werden. Sie können nicht einfach Spindelantriebe ersetzen.

Weitere Kriterien bei der Antriebsauswahl eine Rolle spielen

Moderne Umrichter erlauben auch eine einfache Realisierung von Sicherheitskonzepten durch Safety Integrated Funktionen wie beispielsweise “Sicherer Halt”, “Sicher begrenzte Geschwindigkeit” oder “Sichere Motor-Bremsenansteuerung“.

Wegen der wachsenden Zahl der Antriebe mit Umrichter wirken sich die Rückwirkungen auf das Netz – besonders in Wohngebieten – ungünstig aus. Netzdrosseln und Netzfilter sind deshalb Standard oder man setzt Umrichter mit Netz-Pulsstromrichter im Eingang ein. Dadurch erzielt man fast reine Sinusströme und hat die Möglichkeit der Energierückspeisung, wenn der Antrieb generatorisch wirkt.

Steigende Energiekosten und gesetzliche Regelungen „erzwingen“ den Einsatz oder den Ersatz von effizienten Hochwirkungsgradmotoren (Eff1) bei Bewegungsantrieben mit hohen Betriebsstundenzahlen. Dort liegen die Amortisationszeiten beim Ersatz oft weit unter einem Jahr. PM-Synchronmotoren oder Reluktanzmotoren sind bei langen Betriebszeiten wegen der höheren Wirkungsrade erste Wahl.

Mechatronische Antriebe sind eingeführte Systeme, auf die der Konstrukteur zugreifen kann. Für deren Bemessung steht Software führender Anbieter im Internet. Die Hardware wird nur noch in kleinen Schritten verbessert und verkleinert. Die Hauptentwicklungsschritte liegen bei der Software, denn Software-Werkzeuge erleichtern die Konstruktion sowie die Inbetriebnahme und senken so Kosten.

* Prof. Prof. h. c. mult. Dr.-Ing. Peter F. Brosch, FH Hannover

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