Alles in Bewegung
Oktober 2010
Elektrisch, hydraulisch, pneumatisch: Wie funktionieren eigentlich die unterschiedlichen Antriebsarten und wann setzt man welche am besten ein?
Elektrischer Antrieb
Ein feststehender (1) Magnet (Stator) erzeugt ein (2) Magnetfeld. Eine stromdurchflossene (3) Spule (Rotor) wird durch die Kraft dieses Feldes in Bewegung gesetzt.
Funktionsweise
Elektrische Energie wird in mechanische Bewegungsenergie umgewandelt. Zwei Magnetfelder wirken miteinander, ein Stator und ein Rotor. Da die Magnetfelder ständig versuchen, sich in die gleiche Lage zu ziehen, entsteht ein Drehmoment, der Rotor dreht sich im Stator und erzeugt so Bewegung.
Einsatzgebiet
„Elektrik hat präzise Hände“: hohe Geschwindigkeit und hohe Genauigkeit, Einsatz z. B. bei Werkzeug-, Verpackungs- und Druckmaschinen.
Gleichstrommotor
Eine Gleichstromwicklung oder ein Permanentmagnet erzeugt ein feststehendes Magnetfeld im Stator. Auf den Rotor sind Spulen gewickelt, die so geschaltet werden, dass das Rotorfeld quer zum Statorfeld steht und so das maximale Drehmoment liefert.
Dazu benötigt der Motor einen Kommutator, der mit Kohlebürsten den Strom umschaltet.
Vorteil: Geschwindigkeit und Kraft sind sehr gut regelbar.
Nachteil: Die Kohlebürsten des Kommutators sind Ver schleißteile, die die Lebensdauer negativ beeinflussen.
Synchronmotor
Der Stator besitzt eine im Kreis angeordnete Drehstromwicklung, in der drei phasenversetzte Ströme ein drehendes Magnetfeld erzeugen. Da der Rotor ein ortsfestes Magnetfeld hat, kann er nur bei synchroner Drehzahl ein effektives Drehmoment erzeugen. Durch moderne Stromrichter lässt er sich so gut regeln wie ein Gleichstrommotor – aber ohne Verschleißteil.
Vorteil: Ausgezeichnete Energieeffizienz und hoher Wirkungsgrad von weit über 90 Prozent.
Nachteil: Benötigt eine komplexe elektronische Regelung. Starke Permanentmagnete sind aus seltenen Materialien und deshalb teuer.
Asynchronmotor
Der Stator erzeugt ebenfalls ein Drehfeld. Im Rotor sitzt eine Kurzschlusswicklung (Käfigläufer). Wenn der Rotor nicht synchron mitläuft, wird ein Strom induziert, der der Änderung des Magnetfeldes entgegenwirkt. Dieser erzeugt mit dem Magnetfeld des Stators ein Drehmoment, das den Rotor mitzieht.
Vorteil: Lässt sich einfach und kostengünstig in hohen Stückzahlen fertigen.
Nachteil: Da durch den Läufer Strom fließt, der auch Wärme erzeugt, hat der Motor einen niedrigen Wirkungsgrad.