Effizienz im Stator

Technik Konkret

Antriebstechnik – Neuartige Synchron-Kleinmotoren mit einem sehr hohen Wirkungsgrad senken die Betriebskosten spürbar. Der geringe Materialeinsatz in der Fertigung verringert zudem den Rohstoffbedarf.

28. Juni 2012

Elektromotoren in unterschiedlichsten Bauformen und Prinzipien finden sich in vielen Anwendungsfeldern in gewerblichen Bereich und in der Industrie. Am weitesten verbreitet bei Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf sind Drehstrommotoren. Vor allem aus Kostengründen kommen sie hauptsächlich als Asynchronmaschinen zum Einsatz. Bei diesen Motoren induziert das elektromagnetische Wechselfeld des Stators im Rotor einen elektrischen Strom und damit ein Magnetfeld, worauf der Rotor dem magnetischen Drehfeld des Stators folgt.

Synchronmotoren dagegen besitzen einen mit Permanentmagneten besetzten Rotor. Dieser befindet sich im Inneren eines Stators mit mindestens drei Wicklungen, an die von außen je eine Phase des Stromnetzes angeschlossen wird. Aufgrund des phasenverschobenen, sinusförmigen Spannungsverlaufs der drei Phasen beim Drehstrom entsteht in den Statorwicklungen ein Magnetfeld, dessen Polarität sich mit der Netzfrequenz im Stator dreht.

Der magnetische Rotor folgt diesem Magnetfeld. Synchronmotoren liefern deshalb eine konstante Drehzahl, die ausschließlich von der Netzfrequenz abhängt. Beim Einsatz an einphasigem Wechselstrom erzeugt ein Kondensator die notwendige Phasenverschiebung für das umlaufende Drehfeld. Der Einsatz von leistungsfähigen Permanentmagneten ermöglicht sehr kurze Start-/Stoppzeiten, so dass sich Synchronmotoren optimal für den Reversierbetrieb eignen.

Die entscheidenden Vorteile von Synchronmotoren sind jedoch ihr sehr hoher elektrischer Wirkungsgrad, auch im Teillastbetrieb, sowie ihre hohe Leistungsdichte, also das Verhältnis von Leistung zu Volumen. Der vermehrte Einsatz von Synchronmotoren lohnt sich deshalb gerade in Zeiten steigender Energie- und Rohstoffpreise. Dies gilt auch für Kleinmotoren, die schließlich einen Großteil aller in Maschinen, Anlagen und Geräten verbauten Antriebe repräsentieren.

Der Bremerhavener Kleinmotorenspezialist Rotek hat deshalb für seine Motorenbaureihe Rosync eine neuartige, patentierte Statorgeometrie entwickelt, die den prinzipbedingten hohen Wirkungsgrad von Synchronmotoren in Verbindung mit modernen Magnetwerkstoffen noch weiter steigert. So bieten die Einphasenmotoren mit einer Dauerleistung von 20 bis 40 Watt einen Wirkungsgrad von mehr als 70 Prozent, während Asynchronmotoren mit gleicher Leistung hier lediglich rund 50 Prozent erreichen.

Noch effizienter sind die optimierten Dreiphasenmotoren, die im Dauerbetrieb 50 bis 85 Watt leisten und sich an einem Frequenzumrichter mit Drehzahlen von 30 bis 2.100 Upm betreiben lassen: Sie erreichen einen Wirkungsgrad von über 90 Prozent, der sich mit Normmotoren erst im Kilowatt-Bereich erreichen lässt. Bei einer Abgabeleistung von 50 Watt, einer Einschaltdauer von 8.000 Stunden pro Jahr, einer Lebensdauer von 12 Jahren und einem angenommenen Strompreis von 0,23 Euro/kWh liegen die Lebenszykluskosten eines Rosync-Motors um mehr als ein Drittel niedriger als bei einem Asynchronmotor vergleichbarer Leistung.

Hocheffizient sind die Rosync-Motoren auch beim Materialeinsatz: So erlaubt die neue Technik eine deutlich geringere Baugröße und damit einen geringeren Verbrauch an Rohstoffen wie Kupfer, Aluminium und Stahl. Zudem ermöglicht der geringe Rohstoffbedarf eine kostengünstige Fertigung, so dass ein Rosync-Motor trotz seiner innovativen Technologie nicht teurer ist als ein herkömmlicher europäischer Synchronmotor.

Rolf Treusch, Geschäftsführer

Erschienen in Ausgabe: 05/2012