Elektromotoren sind tagtäglich extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Allerdings sind nur wenige mit Bedingungen wie dem Einsatz in der Tiefsee konfrontiert, wo der Umgebungsdruck ein erdrückendes Niveau erreichen kann. In solchen Umgebungen ist Zuverlässigkeit kein Luxus, sondern eine Notwendigkeit. Für diese Anwendungen sind spezielle Motorlösungen erforderlich, die so ausgelegt sind, dass sie bei längeren Einsätzen ohne Wartung oder Zugang zu den Anlagen einwandfrei funktionieren.
IKM Subsea Motor Solutions AS zählt zu den etablierten Spezialisten auf diesem Gebiet. Das Unternehmen entwickelt seit über 25 Jahren Motoren speziell für Unterwasseranwendungen. Durch praktische Erfahrung und die enge Zusammenarbeit mit Kunden wird jede neue Motorgeneration kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert. Mit dem Wandel der Architekturen von Unterwassersystemen benötigte IKM einen neuen Ansatz, der die bewährte Zuverlässigkeit seiner Lösungen beibehält und gleichzeitig neuen Anforderungen gerecht wird.
Aufgabe
Herkömmliche Unterwassermotoren werden über lange Versorgungskabel von Oberflächenschiffen aus mit Strom versorgt. Die gängige Lösung sind bisher Hochspannungs-Asynchronmotoren. Neue Systemarchitekturen erfordern jedoch einen anderen Ansatz.
Da immer mehr Plattformen batteriebetrieben werden, ist die Effizienz von Niederspannungs-Permanentmagnetmotoren von entscheidender Bedeutung. Doch dieser Wandel erfolgt nicht ohne Einschränkungen. Der Motor muss kompakt und effizient sein. Er muss die Kostenvorgaben einhalten und die Produktion bei relativ hohen Jahresmengen unterstützen. Vor allem aber muss er bei längeren Einsätzen in Tiefen von fast 4.000 Metern, wo der Außendruck etwa 400 bar erreicht, zuverlässig funktionieren.
Zwar verfügt IKM über eine eigene Abteilung für die Konstruktion und Fertigung von Wicklungen für Hochspannungsmotoren, doch suchte das Unternehmen nach einem Partner, der seine Motorarchitektur für kleinere, leistungsstarke Niederspannungsmotoren in Unterwasseranwendungen ergänzen konnte.
Lösung
Die Ingenieure von IKM und Kollmorgen bewerteten in enger Zusammenarbeit die verfügbaren Motorplattformen. Letztendlich wurden die gehäuselosen Direktantriebsmotoren der KBM-Baureihe so angepasst, dass sie als Grundlage für eine neue Baureihe von Unterwassermotoren mit Permanentmagneten dienen konnten.
Die gehäuselose Bauweise ermöglichte eine direkte Integration in die mechanische Struktur, ohne dass Getriebe, Riemen oder Kupplungen Spiel oder zusätzliche Ausfallstellen verursachten. Zudem verbesserte der direkte Lastanschluss das Ansprechverhalten und vereinfachte den mechanischen Aufbau.
Die Hochleistungsstatoren und -rotoren von Kollmorgen lieferten über alle Produktionsvolumen hinweg eine gleichbleibend zuverlässige elektromagnetische Leistung und Wiederholgenauigkeit. Die KBM-Plattform ermöglichte zudem gezielte Anpassungen, ohne dass eine vollständig maßgeschneiderte Konstruktion erforderlich war. IKM integriert den elektromagnetischen Kern und ein hochauflösendes Feedbacksystem in sein praxiserprobtes Unterwassergehäuse. Jeder Motor wird anschließend gemäß strenger Qualitätsstandards für den Unterwassereinsatz montiert, getestet und freigegeben, wodurch eine kompromisslose Zuverlässigkeit gewährleistet wird. Das Ergebnis dieser Zusammenarbeit ist ein Unterwasser-Servomotor aus Edelstahl, der für Unterwasserbewegungen und andere Tiefseeanwendungen geeignet ist.
Ergebnisse
Der neue Motoransatz ergänzt das klassische Hochspannungsportfolio von IKM und ermöglicht einen effizienten Niederspannungsbetrieb für batteriebetriebene Unterwassersysteme, die in Tiefen bis zu 4.000 Metern bei einem Umgebungsdruck von 400 bar eingesetzt werden.
Da das Team auf einen bewährten Motorsatz mit gemeinsam entwickelten Anpassungen aufbaute, konnten die Unsicherheiten und die Vorlaufzeit einer vollständig maßgeschneiderten Permanentmagnetkonstruktion vermieden werden. Dieser Ansatz führte zu einer kompakten Bauweise für beengte Einbauräume, Zuverlässigkeit unter extremem Druck und ermöglichte eine Kostenstruktur für die Serienfertigung. Darüber hinaus trägt die Architektur zu einem geringeren Energieverbrauch bei und senkt so die Betriebskosten über den gesamten Lebenszyklus des Systems hinweg.
Angesichts der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Unterwassersystemen bietet dieser Ansatz eine klare Lösung für die Bereitstellung zuverlässiger Antriebslösungen, die speziell für große Tiefen entwickelt wurden.
„Uns war klar, dass die neue Generation von Tiefseemotoren kompakt, effizient und absolut zuverlässig sein musste. Mit Kollmorgen haben wir einen Partner gefunden, der unsere Anforderungen versteht und diese mit seiner Technologie perfekt erfüllen kann.“
—Tore Aarsland, Technischer Leiter
