Dreh­mo­ment­star­ke Scheibenläufer-Synchronmotoren

Kom­pak­te Elek­tro­an­trie­be bie­ten heu­te gro­ße Dreh­mo­men­te und hohe Wir­kungs­gra­de bei gerin­gem Gewicht. Bis vor eini­gen Jah­ren konn­te man von sol­chen Wer­ten nur träu­men. Ein gutes Bei­spiel dafür sind Syn­chron-Schei­ben­läu­fer­mo­to­ren, die neben hohen Leis­tungs­dich­ten auch mit sehr guten Wir­kungs­gra­den über­zeu­gen. Dies eröff­net ganz beson­ders in mobi­len Anwen­dun­gen neue Mög­lich­kei­ten. Aber auch im sta­tio­nä­ren Ein­satz pro­fi­tie­ren Anwen­der vom gerin­ge­ren Ener­gie­ver­brauch und redu­zier­ten Platzbedarf.

Arbeits­ge­rä­te für den mobi­len Ein­satz stel­len viel­fäl­ti­ge Anfor­de­run­gen an den Antrieb. Maß­ge­schnei­der­te Moto­ren­kon­zep­te bie­ten dabei bes­te Vor­aus­set­zun­gen für zuver­läs­si­gen Betrieb und lan­ge Bat­te­rie­lauf­zei­ten. Ein gutes Bei­spiel für den heu­ti­gen Stand der mobi­len Antriebs­tech­nik zeigt Heinz­mann auf der SPS IPC Dri­ves. Der Her­stel­ler setzt für die Elek­tro­mo­bi­li­tät auf Rad­na­ben­an­trie­be. Je nach Kun­den­wunsch wer­den dazu neben Motor auch Umrich­ter, Encoder, Brem­se und bei Bedarf auch not­wen­di­ge Getrie­be anwen­dungs­spe­zi­fisch aus­ge­wählt und mög­lichst ein­bau­fer­tig bereit­ge­stellt. Der Anwen­der kann sich so ganz sei­ner Haupt­kom­pe­tenz wid­men ohne auf maß­ge­schnei­der­te Antrie­be ver­zich­ten zu müs­sen. Um pra­xis­ge­recht Lösun­gen für vie­le Anwen­dun­gen zu lie­fern, reicht 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 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 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, u.a. mit frei­tra­gen­den Per­ma­nent-Magne­ten, redu­ziert Träg­heits- und Rast­mo­ment. Das macht die Moto­ren zur ers­ten Wahl für dyna­mi­sche Antriebs­lö­sun­gen. Die Moto­ren bie­ten, als Syn­chron­ma­schi­nen auf­ge­baut, einen brei­ten, sehr gut regel­ba­ren Dreh­zahl- und Leis­tungs­be­reich. Bei mobi­lem Betrieb mit Akkus garan­tiert der hohe Wir­kungs­grad eine lan­ge Lauf­zeit. Je nach ein­ge­setz­tem Umrich­ter ist auch ein 4‑Quadrantenbetrieb mit Rück­spei­sung mög­lich, was die Reich­wei­te bzw. Ein­satz­dau­er wei­ter begünstigt.

Wie gut die­ses Schei­ben­läu­fer-Kon­zept in der Pra­xis auf­geht, zeigt ein auf der SPS IPC Dri­ves aus­ge­stell­tes Kun­den­fahr­zeug, der Gerä­te­trä­ger Mat­tro Bock. Die fahr­ba­re, als Ket­ten­fahr­zeug kon­zi­pier­te Gerä­te­platt­form wird über zwei PMS 120 Moto­ren ange­trie­ben und kann eine anwen­der­spe­zi­fi­sche Nutz­last von bis zu 500 kg durch unweg­sa­mes Gelän­de trans­por­tie­ren. Jeder Motor hat einen Durch­mes­ser von nur 230 mm, ist inkl. 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 höchst wen­dig unter­wegs ist.

Elek­tro­mo­tor statt Zahn­rie­men, Hydrau­lik oder Verbrennungsmotor

Nicht nur für die Fort­be­we­gung sind in der Elek­tro­mo­bi­li­tät Kom­pakt­mo­to­ren gefragt, son­dern auch für den Antrieb von Zusatz- bzw. Hilfs­ag­gre­ga­ten in kon­ven­tio­nel­len Fahr­zeu­gen. Wer schon ein­mal in den Motor­raum z. B. eines LKWs oder  einer  Bau­ma­schi­ne gese­hen hat, kennt die ver­dich­te­te, war­tungs­un­freund­li­che Zusam­men­bal­lung mecha­nisch gekop­pel­ter Hilfs­ag­gre­ga­te an Ver­bren­nungs­mo­to­ren. Auch hier eröff­nen die Kom­pakt­an­trie­be von Heinz­mann neue Mög­lich­kei­ten bspw. für die­sel­elek­tri­sche Kon­zep­te. Statt Zahn­rie­men mit Antriebs–  und Umlenk­rol­len oder Hydrau­lik­pum­pe mit Tank, Fil­ter etc. erzeugt dabei eine gro­ße Licht­ma­schi­ne elek­tri­sche Ener­gie. Die­se kann dann sehr fle­xi­bel zu Elek­tro­mo­to­ren an den Hilfs­ag­gre­ga­ten ver­teilt wer­den. Die Moto­ren rücken dadurch näher an den Ein­satz­ort und sind dort oben­drein meist leich­ter zugäng­lich. Bei­spie­le dafür fin­det man z. B. bei Trak­to­ren und deren Anbau­ge­rä­ten, bei denen 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 elek­tro-hydrau­li­sche Aggre­ga­te vor, bei denen kom­plett auf die Ver­bren­nungs­ma­schi­ne ver­zich­tet wird. Dadurch ist völ­lig emis­si­ons­frei­es und geräusch­lo­ses Arbei­ten mög­lich. Sol­che Antrie­be sind ide­al z. B. für Innen­städ­te oder in geschlos­se­nen Räumen.

Brei­tes Anwendungsspektrum

Die moder­nen Antrie­be sind als flach bau­en­der Schei­ben­läu­feran­trieb oder in Form ein­bau­fer­ti­ger Rad­na­ben­mo­to­ren mit inte­grier­tem Getrie­be erhält­lich. Sie las­sen sich inklu­si­ve der jewei­li­gen Umrich­ter, leicht in vie­le anla­gen­spe­zi­fi­sche Steue­run­gen inte­grie­ren. So sind dezen­tra­le, war­tungs­freie Antrie­be vor Ort, z. B. in Stell­ge­rä­ten, Kom­pakt­zen­tri­fu­gen oder Kran­ken­bet­ten heu­te leicht zu ver­net­zen. Glei­ches gilt für Gerä­te, die eher ein­zeln ein­ge­setzt wer­den. Sie las­sen sich ein­fach an Akku­ma­nage­ment­sys­te­me oder Fern­steu­er­sys­te­me anbin­den, z. B. Flur­för­der­ge­rä­te, Kanal­de­tek­to­ren, mobi­le Arbeits­büh­nen etc.

Moder­ne Elek­tro­mo­to­ren­kon­zep­te sichern so gleich mehr­fach einen Markt­vor­teil: 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- bzw. der sehr war­tungs­freund­li­chen DC-Moto­ren  ver­rin­gert zudem die Lebens­dau­er­kos­ten für den Endanwender.