antriebstechnik 5/2026

ELEKTROMOTOREN

ELEKTROMOTOREN Hohlleiter ermöglichen kontrollierten Kühlmittelfluss ohne Hotspots HOHLLEITERKÜHLUNG MEHR DREHMOMENT PRO BAURAUM Nicht die Elektromagnetik begrenzt in umrichtergespeisten Elektromotoren die Leistungsdichte, sondern die Wärmeabfuhr aus der Wicklung. Die Hohldrahttechnik von Dynamic E Flow führt das Kühlmedium direkt durch feine Kühlkanäle und senkt so den thermischen Widerstand. Mit dieser Technologie ermöglichen höhere Stromdichten mehr Drehmoment pro Bauraum und kompaktere Direktantriebe. In umrichtergespeisten elektrischen Maschinen wird die erreichbare Leistungsdichte heute oft weniger durch die Elektromagnetik als durch die thermische Beherrschbarkeit der Wicklung begrenzt. Verlustwärme entsteht zum größten Teil direkt im stromführenden Leiter. Die Isolation der Wicklung, die in direktem Kontakt zur Hauptwärmequelle - dem Kupferleiter - steht, bestimmt über die Verlustwärmeabfuhr, welche Stromdichte dauerhaft zulässig ist - und damit unmittelbar, welches Drehmoment dauerhaft bereitgestellt werden kann. Für die Auslegung bedeutet das: Viele Maschinen werden nicht nach ihrem elektromagnetischen Potenzial dimensioniert, sondern nach ihren thermischen Reserven. Hohe Drehmomente sind zwar kurzzeitig möglich, müssen aber mit Sicherheitszuschlägen, größeren Bauformen, konservativen Betriebsgrenzen oder umfangreicher Sensorik abgesichert werden. Die Folge sind überdimensionierte Elektromotoren, zusätzliche Masse und ein Betriebsverhalten, das stark vom Lastprofil abhängt. Gerade in modernen Maschinen mit drehzahlvariablen Antrieben, häufigen Lastwechseln oder langem Betrieb nahe der Leistungsgrenze wird die Kühlung damit zum eigentlichen begrenzenden Faktor. Das gilt besonders dort, wo hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen gefordert sind, der Bauraum knapp ist oder der Wärmeeintrag in die Maschine selbst zum Problem wird. KÜHLUNG IM LEITER STATT AM GEHÄUSE Ein alternativer Ansatz zur derzeit weit verbreiteten Wassermantelkühlung besteht darin, die Wärme nicht erst über Isolation, Blechpaket und Gehäuse nach außen zu transportieren, sondern direkt aus dem Leiter abzuführen. Bei der Capillaries Cooling Technology (Capcooltech) wird der stromführende Leiter selbst mit Kühlmedium durchflutet, sodass der thermische Widerstand zwischen Wärmequelle und Kühlmedium drastisch sinkt. Auf diese Weise kann bei kleineren Temperaturdifferenzen zwischen den heißesten Stellen der Maschine - den Wärmequellen - und dem Kühlmedium eine größere Wärmeleistung übertragen werden. Der Effekt ist doppelt relevant: Zum einen sinkt die absolute Wicklungstemperatur, zum anderen bleibt sie unter wechselnden Lasten deutlich stabiler. Für die Auslegung ist genau diese Stabilität entscheidend. Denn eine Maschine, deren Wicklung auch unter dynamischem Betrieb in einem engen Temperaturfenster bleibt, kann deutlich näher an ihrem elektromagnetischen Leistungsmaximum betrieben werden. Höhere beherrschbare Stromdichten bedeuten unmittelbar höhere elektromagnetische Kräfte und damit mehr Drehmoment pro Bauraum. Aus thermisch begrenzten Maschinen werden dadurch thermisch kontrollierte Maschinen. Das verändert nicht nur den Motor selbst, sondern die gesamte Konstruktionslogik rund um den Antrieb. 20 antriebstechnik 2026/05 www.antriebstechnik.de

ELEKTROMOTOREN AUSWIRKUNGEN AUF KONSTRUKTION UND DIMENSIONIERUNG Für Konstrukteure ist nicht nur die reine Motorleistung interessant, sondern die Frage, was sich am Gesamtsystem ändert. Die Capcooltech schafft durch höhere Stromdichten und stabilere Temperaturen hier mehrere Freiheitsgrade zugleich. Erstens kann bei gleicher Leistung die Baugröße sinken. Das erleichtert die Integration in enge Maschinenräume und reduziert Masse, Strukturaufwand und oft auch den Bedarf an zusätzlicher Kühlung im Umfeld. Zweitens steigt bei gleicher Baugröße die dauerhaft nutzbare Leistung. Damit lässt sich vermeiden, thermische Reserven durch Übergröße einzukaufen. Der Unterschied zwischen theoretisch möglicher und tatsächlich nutzbarer Leistung wird kleiner. Drittens sinkt der Wärmeeintrag in benachbarte Komponenten. Das betrifft Lager, Dichtungen, Kupplungen, Schutzverkleidungen und oft auch das Produktumfeld beziehungsweise das Maschinenbett. Gerade bei kompakten Maschinen ist das ein erheblicher Vorteil, weil dort jede zusätzliche Wärmequelle Folgewirkungen erzeugt. Viertens bleibt das Verhalten der Maschine über die Zeit konstanter. Verluste, Temperaturfelder und thermisch bedingte Einflüsse auf Regelung und DIE THERMISCHE GRENZE IST DIE EIGENTLICHE LEISTUNGSGRENZE DES ELEKTROMOTORS Mechanik verändern sich weniger stark. Das verbessert die Vorhersagbarkeit des Gesamtsystems, reduziert Drift und macht Maschinen über die gesamte Schicht hinweg berechenbarer. Vorteile zeigen sich besonders deutlich bei Direktantrieben. Dort wirken sich die hohe Drehmomentdichte im Dauerbetrieb und die höhere mechanische und thermische Stabilität unmittelbar auf Maschinenlayout, Verfügbarkeit und Prozessqualität aus. Weiterhin erzielt der Einsatz von Capcooltech auch im Bereich besonders hoher Drehzahlen signifikante Vorteile. Die Baugröße der elektromagnetisch aktiven Teile kann bei gleichen Drehmomentanforderungen kleiner werden, somit können die Lagerabstände des Rotors reduziert und die Steifigkeit der Wellen verstärkt werden. Die gute Statorkühlung begrenzt parallel den Wärmeeintrag in die Lagerung des Rotors, sodass zusammenfassend die Steifigkeit der drehenden Teile signifikant zunimmt. Die erhöhte Steifigkeit schafft die Möglichkeit, Capcooltech-gekühlte Maschinen bis in höhere Drehzahlbereiche zu verwenden, ohne das Risiko einzugehen, die Eigenfrequenz einzelner Baugruppen anzuregen. Besonders deutlich wird dieser Effekt in den DEF- Prüfstandsmaschinen ausgenutzt, welche bis 30.000 U/min beziehungsweise 25.000 U/min belastet werden können, gleichzeitig allerdings Drehmomente bis 800 Nm beziehungsweise 1.000 Nm bei kleinerer Drehzahl bereitstellen. EXTRUDER UND SPRITZGIESSMASCHINEN Der Schneckenantrieb im Extruder ist eine der klarsten Anwendungen für kompakte, drehmomentstarke Direktantriebe. Gefordert werden hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen, meist über lange Zeiträume und häufig unter hoher thermischer Umgebungsbelastung. Genau hier wird sichtbar, warum elektrische Maschinen oft größer sind als nötig: nicht, weil das Drehmoment elektromagnetisch nicht erreichbar wäre, sondern weil die thermische Belastbarkeit der Wicklung die Dauerlastfähigkeit begrenzt. Ein kompakter Permanentmagnet-Direktantrieb (PM) mit hoher Stromdichte verändert diese Randbedingungen deutlich. Das hohe Drehmoment kann getriebelos bereitgestellt werden. Dadurch entfallen Getriebe, zusätzliche Lagerstellen, Schmierung, mechanische Verluste und Wartungsaufwand. Gleichzeitig 01 Der DEF S-One ist modular aufgebaut und lässt sich nahtlos an verschiedene Anforderungen anpassen - vom Einzelstück bis zur Systemlösung mit Inverter und Hydraulikeinheit wird die Antriebseinheit kürzer, steifer und einfacher integrierbar. Noch wichtiger ist jedoch der thermische Effekt der Capcooltech: Weniger Verluste im Antriebsstrang und niedrigere, stabilere Wicklungstemperaturen bedeuten weniger Wärmeeintrag in die Komponenten in direkter Umgebung der Maschine. Dadurch können thermische Hotspots an angrenzenden Komponenten vermieden und ein kompaktes Systemlayout ermöglicht werden. In Extrudern, in denen oft jede zusätzliche Wärmequelle unerwünscht ist, ist das ein erheblicher konstruktiver Vorteil. Hinzu kommt der Prozessaspekt: Die thermische Stabilität des Antriebs verbessert die Reproduzierbarkeit im Dauerbetrieb. Das ist in Extrusionsprozessen wertvoll, weil dort nicht die kurze Spitzenleistung zählt, sondern das konstante Verhalten über viele Stunden. WICKLER, KALANDER UND PAPIERMASCHINEN In Wicklern, Abwicklern, Kalandern und Papiermaschinen steht - wie auch bei Extrudern - vor allem ein stabiler Prozess im Vordergrund. Bahnzug, Gleichlauf und Geschwindigkeitskonstanz entscheiden direkt über Produktqualität, Ausschuss und Verfügbarkeit. Direktangetriebene Walzen profitieren hier gleich mehrfach von kompakten PM-Maschinen. Durch das hohe Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen lassen sich Getriebe vermeiden oder deutlich vereinfachen. Das reduziert Spiel, mechanische Verluste und Verschleißstellen. Gleichzeitig steigt die Regelgüte, weil der Kraftfluss direkter und das System mechanisch einfacher wird. Der zweite große Hebel ist die Temperaturstabilität. In Bahnprozessen führen thermische Veränderungen im Antrieb oft indirekt zu Regelabweichungen, Drift oder veränderten Zugverhältnissen. Bleibt die Maschine thermisch stabil, wird auch der Prozess ruhiger. Für den Konstrukteur bedeutet das: präzisere Prozessführung, geringere Drift über die Schicht und weniger Aufwand, thermische Einflüsse konstruktiv oder regelungstechnisch zu kompensieren. Gerade in Papier- und Converting-Anlagen, in denen hohe Verfügbarkeit und gleichmäßige Qualität zählen, ist das ein handfester Vorteil. Ein kompakter Direktantrieb spart hier nicht nur Bauraum, sondern reduziert auch die Zahl der Komponenten, die über lange Laufzeiten Verschleiß, Spiel oder Wartung verursachen. WALZENANTRIEBE UND LANGSAM LAUFENDE PROZESSMASCHINEN Auch in Walzenmühlen, Mischern oder anderen langsam laufenden Prozessmaschinen sind kompakte Direktantriebe besonders attraktiv. Diese Maschinen arbeiten oft mit hohen Momenten, aber relativ niedrigen Drehzahlen. Klassische Lösungen benötigen dafür häufig Getriebe oder große Motoren mit entsprechendem Bauraum. Hohe Stromdichten ermöglichen hier mehr Drehmoment pro Bauraum. Das erlaubt entweder kleinere Maschinen www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2026/05 21