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Antriebstechnik von A-Z

Antriebstechnik

Als Antriebstechnik wird in der Elektrotechnik die Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie mittels elektrischer Maschinen verstanden. Dazu gehört auch die Versorgung der elektrischen Maschine mit Energie, sowie deren Ansteuerung und Regelung. Antriebe sind meist nicht isoliert aufgebaut, sondern Teil komplexer Anlagen und somit ist auch die Antriebstechnik ein wichtiger Bereich, auf den die Automatisierungstechnik zurückgreift. Durch neue Entwicklungen in der Leistunselektronik werden heute zunehmend Frequenzumrichter zur Ansteuerung der Maschinen eingesetzt.

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Direktantriebe

Eine sich rasch entwickelnde Sonderform sind die Direktantriebe. Direktantriebe zeichnen sich durch eine möglichst weitgehende Vermeidung von mechanischen Übertragungselementen zwischen Motor und Arbeitsmaschine aus. Verschleiß, Geräusch, Wartungsaufwand und der Einfluss mechanischer Lose wird deutlich verringert. Die erhöhte Systemsteifigkeit ermöglicht den Einsatz hoch dynamischer Regelungen für sehr genaue Positionieraufgaben, hohe Beschleunigung und dadurch verkürzte Taktzeiten.

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Elektrische Antriebe

Elektrische Antriebe basieren auf dem Prinzip der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Bewegungsenergie. Dabei werden Im Vergleich zu anderen Antriebsarten wie Verbrennungsmotoren sehr gute Wirkungsgrade von bis zu 99 % erreicht. Unterschieden wird bei elektrischen Antrieben zwischen solchen mit geringerer Leistung (elektrische Kleinantriebe) und jenen mit höherer Leistung.

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Frequenzumrichter

Aufgrund der Möglichkeiten zur Energieeinsparung und Prozessoptimierung werden in Produktion und Anlagentechnik mehr und mehr Drehstrommotoren mit Frequenzumrichtern betrieben. Obwohl sich heutige Umrichter durch leistungsfähige Elektronik und kompaktere Bauweisen vom ehemals reinen Stellglied in ein intelligentes Antriebssystem gewandelt hat, wird es weiterhin oft als "Black Box" betrachtet. Um das Potential der Geräte zu nutzen und um Probleme im Betrieb zu vermeiden, ist ein Wissen um die Besonderheiten dieser Technik immer wichtiger.

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Kleinantriebe

Neben der klassischen Antriebstechnik, die sich mit Antrieben im KW- bis MW-Bereich beschäftigt, haben in den letzten Jahren Kleinantriebe und Positionierantriebe ebenfalls eine rasante Weiterentwicklung erlebt. Grund sind große Fortschritte bei der Werkstoffentwicklung z.B. bei den Magnetwerkstoffen. Die Magnettechnik ist damit neben der Leistungselektronik zu einer Schlüsseltechnologie für die Antriebstechnik geworden.

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Leistungshalbleiter

Moderne Leistungshalbleiter wie IGBT und MOSFET werden in der Leistungselektronik für Antriebe und Stromversorgungen eingesetzt. Bedingt durch die Entwicklungen der Hybridfahrzeuge steigt die Nachfrage fü:r den Einsatz auch im Bereich Powertrain. Ihr Einsatz erfolgt häufig unter den Gesichtspunkten der Zuverlässigkeit und der Wirtschaftlichkeit. Dafür ist eine genaue Kenntnis des Bauelements, seiner Eigenschaften und der erforderlichen Nahumgebung wie Ansteuerung und Schutz erforderlich.

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Magnetwerkstoffe

Auf dem Gebiet der Hochleistungsmagnetwerkstoffe sind in den letzten Jahren wesentliche Weiter- und Neuentwicklungen entstanden, die in Form neuer weich- und hartmagnetischer Bauteile sowie in Induktivitäten und Magnetsystemen als Kernmaterialien oder Schichtsysteme am Markt wirksam werden. Die Haupteinsatzgebiete der neue Werkstoffe finden sich in der Antriebstechnik (Direktantriebe, Kleinmotoren, Kleinantriebe, Mikroantriebe, Positionierantriebe, Präzisionsantriebe) der Sensortechnik (RFID) und der Speichertechnik (Speicherung von Daten).

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Sensoren in der Antriebstechnik

Elektrische Antriebe mit digitaler Regelung benötigen Stromsensoren sowie Drehzahl-/Positionssensoren. Eine technische Schwachstelle sind die Positions-/Drehzahlgeber.

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Sensorlose Regelung / Synchronmotor

Bei einer gewissen Klasse von Antrieben bietet die Sensorlose Regelung von Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSMs) überzeugende Vorteile im Vergleich zu sensorbehafteten Systemen, da keine mechanischen Sensoren einschließlich der nötigen Stecker, Kabel und Signalverarbeitung nötig sind, eine reduzierte Anzahl von Hardwarekomponenten die MTBF ("mean time between failures") erhöht, die Kosten des Antriebs reduziert werden und durch Wegfall des Gebersystems ein geringerer Platzbedarf entsteht.

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