Um eine Überhitzung des Motors zu vermeiden muss diese Wärme abgeführt werden. Dazu stehen verschiedene Möglichkeiten zur Auswahl. Ungekühlte Motoren geben die Wärme an das Maschinengehäuse, an dem sie befestigt sind, und durch Konvektion an die Umgebung ab. Luftgekühlte Motoren werden mit einem Lüfter ausgestattet, der Luft über das Motorgehäuse bläst und diesen so kühlt. Motoren mit Flüssigkeitskühlung werden durch Wasser oder Öl gekühlt, das durch Kühlkanäle im Motor fließt.
Funktionsweise Wasserkühlung
Die Flüssigkeitskühlung von Elektromotoren kann auf verschiedene Arten umgesetzt werden. Grundlegend sind immer im Stator des Motors Kanäle durch die meist Wasser geleitet wird, weil Wasser den besten Wärmeleitkoeffizient hat. Daher wird in der Regel und auch in diesem Text von wassergekühlten Elektromotoren gesprochen. Die Kühlleitungen können entweder in einem speziellen Mantel untergebracht sein oder, wie bei den neusten wassergekühlten Servomotoren von Baumüller, direkt im Motorgehäuse. Die Variante mit der Mantelkühlung führt dazu, dass der Motor mehr Bauraum benötigt, bei der Realisierung direkt im Gehäuse sind die Abmessungen der wassergekühlten Motoren identisch zu denen der ungekühlten Motoren. Im Prinzip wird dann einfach das Wasser durch den Motor gepumpt und von einem Kühlaggregat immer wieder heruntergekühlt. So wird der Motor nicht zu heiß und kann optimale Leistung liefern. Grundsätzlich gilt, je mehr Strom dem Motor zugeführt wird umso mehr heizt er sich auf und umso mehr muss die Kühlung leisten.
Die Wahl der richtigen Kühlart ist nicht einfach. Viele Faktoren beeinflussen die Entscheidung und der Grund für die Wahl wassergekühlter Elektromotoren kann vielfältig sein.
Dynamik
Dynamik bedeutet, dass der Prozess einen schnellen Start-Stopp-Betrieb bei wenig Pausen erfordert. Je höher die Dynamik, umso mehr Strom muss zugeführt werden, und der Antrieb erhitzt schneller. Wassergekühlte Elektromotoren führen diese Wärme besser ab, als luftgekühlte Motoren, es sind also dynamischere Prozesse möglich. Durch die bessere Kühlleistung ist außerdem die Motorleistung um bis zu 50% höher als bei ungekühlten Motoren. So können die Motoren in vielen Fällen kleiner dimensioniert werden. Kleinere Motoren weisen eine geringere Massenträgheit auf und ermöglichen damit zusätzlich eine hohe Dynamik. Diese guten Eigenschaften der wassergekühlten Motoren in Sachen Dynamik machen es möglich, dass Zykluszeiten reduziert und die Produktivität von Maschinen gesteigert werden können.
In der Regel muss ein Kompromiss gefunden werden zwischen den Anforderungen an die Dynamik und denen an das Moment. Kleinere Motoren bedeuten bessere Dynamik aber geringeres Moment. Größere Motoren liefern ein hohes Moment, erlauben aber geringere Dynamik. Beim Einsatz der Wasserkühlung können beide Anforderungen erfüllt werden: kleine Baugröße für hohe Dynamik plus hohes Moment dank optimaler Kühlung.
Hohe Umgebungstemperatur
Ist die Umgebungstemperatur am Produktionsstandort besonders hoch, dann können luftgekühlte und ungekühlte Elektromotoren nicht mehr die optimale Leistung bringen, weil die Luft die Hitze nicht mehr ausreichend aufnehmen kann. Es kommt zum Derating. Die Wirksamkeit der Wasserkühlung ist unabhängig von der Umgebungstemperatur, es muss kein Leistungsverlust in Kauf genommen werden.
Im Vergleich zu anderen Kühlarten ist die Leistung der Elektromotoren bei wassergekühlten Varianten um bis zu 50% höher. Damit können die Motoren in vielen Fällen kleiner dimensioniert werden, so wird Bauraum gespart. Wassergekühlte Elektromotoren können außerdem dicht nebeneinander verbaut werden, da keine Gefahr besteht, dass sie sich gegenseitig aufheizen. Zusätzlich kann der Bauraum für die Lüfter gespart werden.
