Direktantrieb

Direktantriebe sind Antriebe, bei denen die elektrische Maschine und die Arbeitsmaschine direkt verbunden sind. Der Motor wird so ausgelegt, dass er direkt die Drehzahl der Arbeitsmaschine hat, auf ein Getriebe wird verzichtet.

Typische Beispiele für Direktantriebe sind stationäre Schleifmaschinen (Schleifbock), Lüfter oder Wasserpumpen, die meist mit Asynchronmotoren betrieben werden.

Auch bei vielen herkömmlichen Werkzeugmaschinen werden solche an der Netzwechselspannung betriebene Asynchronmotoren mit Drehzahlen von knapp 3000 oder 1500 min^-1 eingesetzt - sogenannte Normmotoren. Davon abweichende Drehzahlen erfordern ein Getriebe. Durch die zusätzlichen Getriebeverluste sinkt der Gesamtwirkungsgrad und es entsteht zusätzliches Spiel, was zum Beispiel bei Positionierantrieben problematisch ist. Der konstruktive Aufbau und der Drehzahlwechsel sind komplizierter. Direkte Kopplung der Werkzeugspindel ohne Getriebe (Direktantrieb) kann diese Probleme beseitigen.

Niedrigere oder hohe Drehzahlen können bei Normmotoren durch Frequenzumrichter (FU) oder durch spezielle Motoren mit höheren Polzahlen erreicht werden. Ein und derselbe Asynchronmotor kann mit einem FU über einen weiten Drehzahlbereich sein Nenn-Drehmoment liefern.

Ist die Drehzahl hoch, kann nicht nur das Getriebe eingespart werden, sondern auch die Masse des Motors wird geringer, da die abgegebene Leistung bei gleichem Drehmoment mit steigender Drehzahl steigt.

Ist dagegen eine niedrige Drehzahl erforderlich, ist ein geeigneter direkt antreibender Motor oft schwerer als ein Getriebemotor (Untersetzungsgetriebe + schnelllaufender Motor).

Vor- und Nachteile

Vorteile

• Getriebe und -kosten entfallen
• weniger Verschleiß und Geräusch
• bei schnelllaufenden Direktantrieben geringeres Volumen, geringere Masse, hohe Leistungsdichte
• höhere Systemsteifigkeit, kein Spiel
• kompaktere Bauweise
• hohe Dynamik

Nachteile

Zwecks Direktantrieb langsam laufende Motoren sind bei gleicher Leistung schwerer oder sie besitzen nur ein geringes Drehmoment.
Direktantriebe erfordern oft speziell konstruierte Motoren, die nicht nur spezielle Drehzahlen erzeugen, sondern oft auch robustere Lager besitzen müssen, um zusätzliche Lagerkräfte oder Unwuchten aufzunehmen. Daher können sie oft nur bei in hohen Stückzahlen gefertigten Produkten eingesetzt werden.

Beispiele

Beispiele für Direktantriebe sind Staubsaugergebläse (Universalmotor), Mixer, Zentrifugen (Laborzentrifugen, Fruchtsaftzentrifugen), Ventilatoren und Wäscheschleudern. Oft sind die Drehzahlen ein Unterteilungsmerkmal:

Langsamläufer

Durch eine hohe Polzahl wird bei bestehender Speisefrequenz die Drehzahl deutlich gesenkt. Während ein Normmotor meist 2- oder 4-polig ist und somit bei 50 Hz eine Drehzahl von 3000 bzw. 1500 min^-1 besitzt, hat eine 30-polige Maschine eine Nenndrehzahl von 200 min^-1.

Langsamläufer mit hoher Polzahl haben einen großen Durchmesser, der mehrere Meter betragen kann.

Eine klassische Anwendung von Langsamläufern sind zum Beispiel die Generatoren in Wasserkraftwerken: zum Beispiel mit der Drehzahl 65,2 min^-1 und einer Polzahl von 92.

Die Drehzahl von Synchrongeneratoren oder Asynchronmotoren kann variieren, wenn sie über einen Frequenzumrichter angeschlossen sind.

Langsamläufer sind häufig auch permanenterregte Gleichstrommotoren oder (teils elektronisch kommutierte) vielpolige Synchronmotoren.

Weitere Beispiele

• direkt gekoppelte Windgeneratoren: typische Daten: 3 MW, Frequenz ca. 15 Hz, Drehzahl ca. 17 min^-1, Polzahl ca. 100, Durchmesser ca. 5 m
• Seilbahn- oder Förderbandantrieb: Integration des Motors in die Umlenkrolle
• Propellergondel-Antrieb (Schiffe): direkt angetriebener Propeller
• ICE-Antrieb direkt ohne Getriebe auf die Achse montiert, FU-gespeist, Drehzahl 0 bis 1750 min^-1
• Plattenteller-Direktantrieb (höherwertige Plattenspieler)
• Bobbins oder Wickeldorne (höherwertige Tonbandgeräte)
• Direktantriebe bei Fahrzeugen
  • getriebelose Radnabenmotoren bei Fahrrädern, PKW und Versehrtenfahrzeugen
  • getriebelose Nabendynamos bei Fahrrädern
  • Dynastart, eine Anlasser/Generator-Kombination direkt auf der Motorwelle von PKW-Verbrennungsmotoren

Schnellläufer

Schnellläufer laufen deutlich schneller als Normmotoren. Es gibt Motoren, die über 100.000 min^-1 erreichen, zum Beispiel beim Einsatz in elektrischen Turboladern. Dies wird erzielt durch eine Speisung mit Frequenzumrichtern mit einer Speisefrequenz von mehreren Hundert Hz bis über 1000 Hz. Der Motor ist kleiner gegenüber einem Normmotor mit gleicher Leistung. Die umlaufenden Teile müssen teils erhebliche Radialbeschleunigungen (Fliehkraft) aushalten.

Weitere Beispiele

• Spindelantrieb für Textilmaschinen: direkt in die Spindel integriert, hochdynamisch
• Motorspindel bei Werkzeugmaschinen
• Turbomolekularpumpe (Vakuumpumpe), ca. bis 100.000 min^-1
• Elektrischer Turbolader: Drehzahl 130.000 min^-1

Direktantrieb bei Fahrzeugen

Der Direktantrieb wurde und wird auch beim Antrieb von Fahrzeugen genutzt. Elektromotoren oder Dampfmaschinen können ohne Getriebe die Räder von Fahrzeugen antreiben. Bei Verbrennungsmotoren ist, wenn ein Antrieb über die Räder erfolgen soll, ein Getriebe oder eine hydraulische- oder elektrische Kraftübertragung möglich. Ein Propeller kann von einem Verbrennungsmotor ohne Getriebe betrieben werden.

Siehe auch

Außenläufer - eine für Direktantriebe typische Motorbauform

Weblinks

• Hohlwellen-Direktantrieb
• Direktantriebe in Rundtischen