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Bedarf nach Kompaktheit, Gewichtsreduktion und Effizienz

Der anhaltende Trend zu immer kompakteren, leichteren und effizienteren Geräten und Anwendungen in industriellen Hightech-Anwendungen, Medizintechnik und Haushaltsgeräten wirkt sich auch auf die elektrische Antriebstechnik aus. So benötigen kleinste Turboverdichter für die Brennstoffzellenbelüftung, Kompressoren für dezentrale, kompakte und effiziente Wärmepumpen und Klimaanlagen, Bohrspindeln für die Materialbearbeitung oder Medizintechnik und schnelldrehende, optische Spiegel immer kleinere, effizientere elektrische Antriebe mit hohen Drehzahlen. Die Leistung eines Elektromotors ist ungefähr proportional zur Baugrösse, welche das Drehmoment definiert, und der Drehzahl. Entsprechend kann mit einer Drehzahlsteigerung die gleiche Leistung viel kompakter realisiert werden.

Drehzahlen bis eine Million U/min

Bisher waren typische elektrische Antriebe auf ein paar Zehntausend U/min begrenzt, spezielle elektrische Antriebselemente sind erhältlich bis maximal zirka 250 000 U/min. Durch neue Technologien können diese Limiten allerdings gesprengt und Drehzahlen von bis zu einer Million U/min erreicht werden. Dies erlaubt, Anwendungen um Faktoren kleiner zu bauen als bisher, noch kleinere Strukturen noch produktiver zu bearbeiten und bisherige Turbinenantriebe durch elektrische Antriebe zu ersetzen und damit die Effizienz zu steigern.

Die Herausforderungen in der Auslegung und dem Aufbau solcher hochdrehender Antriebssysteme sind vielfältig und vor allem interdisziplinär. Eine Abstimmung der Technologiebereiche Mechanik, Elektromagnetismus, Leistungs- und Signalelektronik, digitale Regelung und Software ist unabdingbar. Auch muss die Anwendung in der Auslegung eines hochdrehenden Antriebssystems mitberücksichtigt werden, da sie beispielsweise die Rotordynamik oder die thermische Auslegung stark beeinflusst.

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