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.
