antriebstechnik 10/2015

ELEKTROMOTOREN Bis 200

ELEKTROMOTOREN Bis 200 000 min -1 bei 2 MW Rotierende Frequenzumformer lassen sich flexibel zur Leistungsgröße kombinieren Bei reinen Spindelmotoren – selbst magnetgelagerten oder als Synchrongeneratoren ausgeführten – sind nur max. Leistungen von z. B. 350 kW bei 16 000 min -1 oder 100 kW bei ca. 40 000 min -1 zu erreichen. Durch den Einbau von Turbowellen lassen sich Sonder- und Spindelmotoren realisieren, die bei gleicher Leistung ein Vielfaches der Ausgangsdrehzahl erreichen können – etwa bei 40 kW bis über 400 000 min -1 . So kann auch die Leistung hochdrehender Turbinen in Strom umgewandelt und ins Netz eingespeist werden. „Der Name ‚Turbowelle’ kommt daher, dass meist Turbinen die Motoren als Generatoren antreiben“, erklärt Karl-Heinz Kemmerich, Geschäftsführer des Motoren- und Umrichterspezialisten Kemmerich Elektromotoren GmbH & Co. KG. Während bei herkömmlichen Konstruktionen der Rotor bei hohen Umdrehungen an seine Belastungsgrenze kommt, dreht sich bei dieser Lösung lediglich die im Prinzip glatte Ab- bzw. Antriebsvollwelle mit sehr hoher Geschwindigkeit. Das Motor-/Generatorinnenteil, der eigentliche Rotor, der mit Magnetblechen, gegossenen Kurzschlussstäben oder Permanentmagneten bestückt ist, läuft mit geringerer Drehzahl. Als Verbindung zwischen beiden Komponenten dient ein spezieller Planetensatz beispielsweise mit spezieller Sonderverzahnung. Die Kombination ermöglicht hohe Drehzahlen ohne Gefährdung des Rotors und damit letztlich einen drehzahloptimier- ten Betrieb. Darüber hinaus kann bei der Übersetzung ins Schnelle aufgrund der geringen Drehmomente die Abmessungen und das Gewicht des Motors sowie der angesetzten Turbowelle sehr klein gehalten werden, was Bauraum spart und eine größere Flexibilität bei der Platzierung erlaubt. Hohe Lebensdauer und Betriebssicherheit Da die Welle eigens für diese Aufgabe berechnet, mit einer extremen Genauigkeit gefertigt, gehärtet sowie geschliffen wird, arbeitet sie sehr laufruhig und praktisch verschleißfrei. Zudem läuft sie komplett in Öl, das von einer integrierten Pumpe zugeführt wird. Auf diese Weise wird selbst bei hohen Leistungen und Drehzahlen von bis zu 200 000 min -1 bei 2 MW eine lange Standzeit erreicht: Je nach Ausführung kann bei 8 h Betrieb pro Tag von einer mehrjährigen Lebensdauer ausgegangen werden. Die Turbowellen sind wie die Spindelmotoren bzw. -generatoren für Dauerbetrieb bei hohem Wirkungsgrad ausgelegt und können je nach Bedarf in Leichtbauweise aus Aluminium oder mit Stahlgehäuse auch voll gekapselt gefertigt werden. Um eine möglichst hohe Betriebssicherheit, Verfügbarkeit und Effizienz zu gewährleisten, kontrollieren Lagersensoren, Schmierüberwachungssysteme, Temperaturfühler und Schwing ungssensoren ständig die Motoren, Lager und Turbowellen. Die dabei erfassten Werte, wie etwa der Stand der Betriebszeiten, die Temperaturen oder die erzeugte Energiemenge, werden auf einem Display angezeigt, so dass der Bediener jederzeit über die Betriebsparameter informiert ist. Zusätzlich lassen sich Grenzwerte für Alarme oder eine automatisierte Notabschaltung, etwa bei Überstrom, festlegen. 50 antriebstechnik 10/2015

ELEKTROMOTOREN 02 01 03 01 Zur bequemen Steuerung der Umformer wurde eine WLAN-Fernsteuerung geschaffen, mit der sich Spannung und Frequenz stufenlos regulieren lassen 02 Kemmerich entwickelt und fertigt auch rotierende Umformer für bis zu ca. 4 MW 03 Die Motoren werden mit Frequenzumrichter in einem kompletten Schaltschrank sowie mit weiterem Zubehör geliefert Fertigung nach Kundenanforderungen Die Turbowellen-Hochleistungsmotoren werden entsprechend den Ansprüchen des Kunden und den Anwendungsbedingungen individuell bei Kemmerich im Werk in Gummersbach entwickelt und gefertigt, was je nach Aufwand für die spezielle Ausführung sechs bis acht Monate dauert. Die Lieferung erfolgt komplett mit den dazugehörigen – auch rückspeisefähigen – Frequenzumrichtern und Schaltschränken einschließlich Touchscreen-Bedienung. Daneben bietet Kemmerich auch ein umfassendes Paket mit Umrichtern, Schmiergeräten, Rückspeisungen, EMV- und Sinusfiltern sowie weiterem Zubehör an. Für Fahrzeugteile-Teststände, zum Beispiel solche mit 5 bis 20 kW bei 400 000 min -1 für Formel 1-Turboverdichterräder, sowie für Getriebe, Gasveredelung, Schleuderanwendungen, ORC-Anlagen, Verdichter und ähnliches integriert der Motorenexperte auf Wunsch auch Drehmomentmesswellen, Drehgeber, Spannungs-, Frequenz- und Leistungsanzeigen. Unabhängig von der konkreten Konfiguration werden alle Motoren, Generatoren und Umformer von Kemmerich vorab im Werk in Testläufen geprüft und von erfahrenen Mitarbeitern des Unternehmens vor Ort aufgebaut, um die optimale Funktionalität sicherzustellen. Rotierende Umformer kombinieren Darüber hinaus fertigt das Unternehmen für eine zuverlässige Energieversorgung in der benötigten Spannung und Frequenz auch rotierende Umformer in sehr großen Leistungsdimensionen bis ca. 4 MW. Ab gewissen Größen empfiehlt der Experte aber, statt eines einzelnen Gerätes mit der Gesamtleistung mehrere kleinere in Parallelschaltung zu nutzen. Auf diese Weise lässt sich die Leistung leicht vervielfachen. „Dies hat auch den Vorteil, dass bei geringerem Bedarf nur eine der Anlagen gefahren werden kann, was Strom spart. Zudem arbeiten bei einem möglichen Defekt eines Geräts die anderen noch weiter“, so Kemmerich. Zur bequemeren Kontrolle der Umformer wurde eine Funkfernsteuerung entwickelt: Über ein Touchpanel mit WLAN lassen sich damit die Spannungen und Frequenzen von überall im Betrieb aus stufenlos regulieren. www.kemmerich-elektromotoren.de antriebstechnik 10/2015 51