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Hochtemperatur-Motortechnologie für Bohrlöcher

22 Aug 2014
Tom S Wood

Bei Kollmorgen stecken wir eine Menge Energie in die Entwicklung der Hochtemperatur-Motortechnologie der nächsten Generation für Bohrlöcher.
Seit der Erfindung des bürstenlosen Motors für Bohrlöcher im Jahr 1986 durch Kollmorgen ist die auf dem Markt verfügbare Motortechnologie im Wesentlichen gleich geblieben. Es gab natürlich Fortschritte bei der Magnettechnik. Die leistungsstärkeren Samarium-Cobalt-Magneten zeichnen sich durch eine hervorragende Beständigkeit gegenüber den extremen Bohrlochtemperaturen aus. Allerdings haben sich die grundlegenden Isolationssysteme und Materialien der Motoren nicht sehr verändert.

Werfen wir anhand der unten stehenden Abbildung einen Blick auf die grundlegenden Temperaturbeschränkungen der bürstenlosen Motortechnologie.
Die Windungen typischer bürstenloser Gleichstrommotoren (BLDC) für industrielle und gewerbliche Zwecke halten Temperaturen bis 155 °C aus. Diese Motoren werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen Umgebungstemperaturen von 25 °C bis 40 °C herrschen. Die Temperaturreserve von 115 bis 130 Grad genügt für die Wärme, die bei der Erzeugung brauchbarer Drehmomente und Drehzahlen für die jeweiligen Anwendungen durch Energieverluste freigesetzt wird.


Herkömmlicherweise zeichnen sich die Umgebungsbedingungen von in Bohrlöchern eingesetzten bürstenlosen Motoren durch Temperaturen bis zu 170 °C aus.


Für konventionelle bürstenlose Motoren besteht damit in Bohrloch-Umgebungen ein Temperaturreserve-Defizit. Um bei einer Umgebungstemperatur von 170 °C ein brauchbares Drehmoment zu erzeugen, müssen die Motorwindungen weit darüber liegenden Temperaturen standhalten können.

TemperatureDeltaChart

Bei einer Umgebungstemperatur von 170 °C verblieb so bei bürstenlosen Motoren noch eine Temperaturreserve von 50 °C bis 70 °C vor dem Erreichen des Ausfallpunktes und dem Verlust der zuverlässigen Motorleistung. Beachten Sie, dass bei einer Windungstemperatur von 240 °C viele der herkömmlichen Materialien für „Hochtemperaturmotoren“ bereits den Fehlerpunkt erreicht haben.

Dies würde kein besonderes Problem darstellen, gäbe es nicht den Trend zu immer tieferen Bohrlöchern mit immer höheren Betriebstemperaturen. Zusammen mit den permanent steigenden Anforderungen an die mittlere Ausfallzeit machte dies die Entwicklung neuer Motorkonstruktionen für hohe Temperaturen durch Kollmorgen erforderlich. Durch hochmoderne Isolationsmaterialien, neue Produktionsprozesse und innovative Konstruktionsmerkmale sind diese neuen Motorkonstruktionen in der Lage, Windungstemperaturen von 260 °C und höher zu widerstehen.

Gegenüber der herkömmlichen Temperaturbeständigkeit von 170 °C ermöglicht dies eine deutliche Erhöhung des Drehmoments und der Drehzahl dieser bürstenlosen Motoren sowie eine weitere Verbesserung der mittleren Ausfallzeiten bei allen Umgebungstemperaturen.

Höhere Umgebungstemperaturleistung und/oder deutlich verbesserte Zuverlässigkeit...

Das wäre doch mal ein Grund, sich die bürstenlosen Hochtemperaturmotoren der nächsten Generation für Bohrlöcher und andere heiße Umgebungen näher anzusehen.

Lesen Sie auch meinen folgenden Artikel über den Einfluß hoher Temperaturen und Druck für die Auswahl der Motorrückführung...
 

Über den Autor

Tom S Wood

Tom S Wood - Author
Tom arbeitet seit 1984 bei Kollmorgen im Bereich der Integration von Antriebstechnologien. Er war Machine Designer, Servo Customer, Manufacturers Rep, High-Tech Distributor und ist seit drei Jahren Motion Control Product Specialist. Wenn er sich nicht gerade mit Sonderanfertigungen von Servomotoren beschäftigt, verbringt er seine Zeit mit der Geschichte von Münzen aus der Bibelzeit sowie Drechselarbeiten und Sportspielen mit seinen beiden Enkeln. Sie können Tom unter folgender Adresse kontaktieren: tom.s.wood@kollmorgen.com

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