Elektrischer Antrieb

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Ein Elektroantrieb ist ein Antrieb mit einem Elektromotor.

Gleichstrommotor Rotor

Häufig gehören zu einem Elektroantrieb auch noch die Komponenten für eine Drehzahl- oder Drehmomentregelung des Elektromotors, das Ein- und Ausschalten des Antriebes sowie die entsprechenden Sicherungs- und Überwachungseinrichtungen für den Antrieb, sowie eine Energiequelle, in Form eines Netzanschlusses, Generators (auch Brennstoffzelle) oder Akkumulators (auch Doppelschichtkondensator (Ultra- oder Supercaps)).

Funktion

Beim Elektroantrieb wird elektrische Energie in mechanische Bewegungsenergie umgewandelt. Dabei kann diese sowohl in eine Drehbewegung, als auch in eine lineare Bewegung verwandelt werden (Linearmotor).

Im Vergleich zu anderen Antriebsarten (z. B. Verbrennungsmotor) weisen Elektroantriebe einen sehr guten Wirkungsgrad auf. Wirkungsgrade bis 99 % sind bei großen Maschinen keine Seltenheit. Man unterscheidet zwischen Antrieben mit geringerer Leistung (elektrische Kleinantriebe) und jenen höherer Leistung. Im Leistungsbereich von ca. 900–1.100 Watt haben Elektroantriebe einen Wirkungsgrad von typisch 70–90 %. Der Wirkungsgrad kann sich allerdings mit steigender Leistung bis etwa 99 % steigern (Wachstumsgesetze der elektrischen Maschinen). Im Gegensatz zum Benzin-, oder Dieselantrieb haben Elektroantriebe mit höheren Drehzahlen und Spannungen ein niedriges Eigengewicht und sind zudem umweltfreundlicher und zuverlässiger als ihre Kontrahenten. Darüber hinaus können sie durch Abschaltung des elektrischen Netzes in Notfällen sofort gestoppt werden (vorbehaltlich des Auslaufens der rotierenden Massen aufgrund des Trägheitsmomentes).

Elektrischer Antrieb der Kohlemühle eines Kraftwerkes. Maschinenleistung: 3 MW. Links: elektrische Asynchronmaschine, 12-phasig, Speisung über Gleichstromzwischenkreis-Umrichter. Rechts: Kohlemühle

Einsatzgebiete

Die Einsatzgebiete reichen von Kleinstantrieben mit wenigen Milliwatt Leistung (z. B. Antriebsmotoren für CD-Player) über Mittelleistungsanwendungen (Staubsauger, Küchengeräte) bis hin zu höchsten Leistungen in der Industrie und im Verkehrswesen (Antriebe von Kohlemühlen, Antriebe von elektrischen Zügen, U-Bahnen etc.). Die größten Elektromotoren werden bis rund 700 MW gebaut.

Auch die Möglichkeit beim Elektroantrieb Solarenergie nutzen zu können, macht den Antrieb vermutlich für die Zukunft unverzichtbar. Elektroantriebe im Transportbereich sind in Bezug auf die Erfolgsaussichten von der Energiebereitstellung zu trennen. Während Batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) außerhalb von lokal operierenden Fahrzeugen (Betrieb im Innenraum oder auf Höfen) bisher kein Erfolg beschieden ist Quelle findet der elektrische Antrieb bei Oberleitungs-gespeisten Systemen (Oberleitungsbus, Elektrolok), in Dieselelektrischer Antrieben, Hybrid-elektrischen Fahrzeugen (Hybridantrieb) aber auch Brennstoffzellenfahrzeugen eine weitere Verbreitung. Neue Leistungssprünge in der Akkumulatortechnik, z. B. der Lithium-Ionen-Akku oder der Lithium-Titanat-Akku mit Nano-Technologie eröffnen neue Marktchancen für Elektrofahrzeuge.

Geschichtliches

In der frühen Industrialisierung hat der Elektromotor sehr bald die Dampfmaschine sowie die Wind- und Wassermühlen abgelöst. Dies geschah sobald die Verteilung der elektrischen Energie zur Verfügung stand. Von Anfang an waren E-Motore zuverlässiger als die konkurrierenden Antriebe.

Im Anfang war ein Zentralmotor pro Fabrikhalle installiert. Mit langen Transmissionswellen wurde die Drehenergie auf die einzelnen Maschinen verteilt. Der (manchmal mehrere Meter lange) Transmissionsriemen wurde in der Regel bei laufender Welle abgeworfen oder aufgelegt. Hier kam es zu Unfällen. Die weitere Entwicklung machte es möglich, dass jede Maschine ihren eigenen E-Motor bekam. Die Transmissionen verschwanden in kurzer Zeit. Rasch folgte eine Spezialisierung für Sondermaschinen (z. B. Walzwerke) oder explosionsgefährdete Bereiche. Die Anzahl der E-Motore pro Maschine oder Anlage wuchs stetig. Die Massenproduktion machte den E-Motor kostengünstig.

Derzeit kann man beobachten, dass dem E-Motor nicht nur die Antriebsaufgabe zugewiesen wird, sondern auch die zuverlässige Positionierung von (meist linearen) Maschinenbewegungen. Hierfür werden Servomotoren mit den zugehörigen Steuereinheiten eingesetzt. Zusammen mit den neuen Konzepten zur Steuerung und Automatisierung einer Maschine (z. B. SPS) kann man hier eine zumindest stürmische technische Entwicklung beobachten.

Siehe auch

• Elektroauto
• Alternative Antriebstechnik
• Pedelec