Antriebssystem für höchste Geschwindigkeiten - Bergische ...

2. Eigenschaften eines Hochgeschwindigkeitsantriebes 8
Gruppenantriebe werden gesteuert betrieben und haben eine sehr eingeschränkte
Dynamik. Aktives Bremsen ist nur beim Einzelantrieb möglich
[25]. Das Anhalten des Antriebskomplexes zum Werkzeugwechsel und
das anschließende Beschleunigen auf Produktionsdrehzahl dauern bis zu
25 Sekunden. Bei einem Bohrdurchmesser von 125 µm und einer Drehzahl
von 250.000 Umin -1 können pro Minute 300...400 Löcher gebohrt
werden. Der Bohrer hat dabei eine Lebensdauer von ca. 1500 Bohrungen.
Der Werkzeugwechsel ist daher im Idealfall nach 4 Minuten erforderlich
[28]. Bei Bohrerbruch verkürzt sich das Intervall entsprechend. Die
Wechselzeit von ca. 10% der Bohrzeit macht sich im Produktionsprozess
störend bemerkbar. Eine Verkürzung dieser Ausfallzeit ist wünschenswert.
2.2 Grenzen der Asynchronmaschine
Die zurzeit auf dem Markt befindlichen Bohrantriebe arbeiten mit einer
dreiphasigen Asynchronmaschine nach dem Prinzip des Käfigläufers. Die
Fertigung des Rotors erfolgt im Hinblick auf die auftretenden Kräfte weitestgehend
nach mechanischen Gesichtspunkten. Er besteht aus ungeblechtem
hochmagnetischem Stahl, in den die Nuten für die Aufnahme
des Kupferkäfigs der Rotorwicklung gefräst werden.
Der Kupferkäfig wird elektrogalvanisch in die Nuten eingebracht. Dieser
Prozess garantiert eine sehr hohe mechanische Festigkeit, dauert aber bis
zu einer Woche und ist entsprechend teuer [28]. Trotz verbesserter Herstellungsverfahren
kann die Belastbarkeit des Rotors nicht beliebig gesteigert
werden. Die durch den Käfig prinzipiell inhomogene Rotorkonstruktion
setzt hier fertigungstechnische Grenzen.
Ein weiteres Problem ergibt sich aus dem Funktionsprinzip der Drehfeldmaschine.
Bild 2.3 zeigt hierzu ein stark vereinfachtes, für die durchzuführende
Betrachtung jedoch hinreichendes Ersatzschaltbild eines
Stranges der Asynchronmaschine [26]. Der Eisenwiderstand wird entsprechend
der Bestimmung im Leerlaufversuch als lastunabhängig angenommen
und parallel zu den Eingangsklemmen geschaltet.
Eine charakteristische Größe der Asynchronmaschine ist die vom Stator
auf den Rotor übertragene Leistung. Diese Luftspaltleistung wird in der
Literatur auch als innere Leistung oder Drehfeldleistung bezeichnet. Sie
kann aus dem in Bild 2.3 dargestellten vereinfachten Ersatzschaltbild einer
Phase für die drei Phasen der Maschine zu