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Antriebstechnik

Die Entwicklung des Menschen ist unmittelbar mit der Erfindung von Antriebstechniken verbunden. Ohne die Entdeckung des Rades vor etwa 3.500 Jahren würde die Erde heute wohl ganz anders aussehen und die Menschen würden wahrscheinlich wesentlich anders leben und vermutlich auch noch auf einer niedrigeren Entwicklungsstufe stehen. Heutzutage erregen Erfindungen in der Antriebstechnik zwar kein so großes Aufsehen mehr, sie sind aber deshalb nicht minder spektakulär.

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Windmühlen sind heute eine beliebte Touristen-Attraktion. Vor vielen Jahren wurden sie vor allem gebaut, um den Menschen das Leben zu erleichtern.

Die Entwicklung der Antriebstechnik
Das Themengebiet der Antriebstechnik umfasst einfach formuliert alle technischen Systeme, die für den Antrieb einer Maschine oder eines Fahrzeuges entwickelt wurden. Die Erfindung des Rades ist bis heute der entscheidende Meilenstein und bildet die Grundlage für die Entwicklung aller weiteren Maschinen.

Bis vor wenigen Jahrhunderten war die Antriebstechnik der Menschen auf drei unterschiedliche Bereiche beschränkt. Die Basis dafür war entweder Wind, Wasser oder die Muskelkraft von Menschen und Tieren.

Zu den ersten Erfindungen gehören beispielsweise Mahlwerke, die mit einem Hebelarm verstärkt wurden und somit von Tieren und menschlichen Sklaven einfacher in Bewegung gesetzt und gehalten werden konnten. Vor allem auf Baustellen und Häfen wurden bis vor wenigen Jahrzehnten windenbetriebene Krananlagen zum Be- und Entladen von Schiffen sowie zum Befördern von Baumaterialien verwendet.

Erste Aufzeichnungen von Wasserrädern, die auf die nicht ermüdende Kraft des Wassers beim Antrieb setzten, wurden vor etwa 5.000 Jahren in Mesopotamien gefunden. Die Römer entwickelten sie schließlich zu ausgefeilten Schiffsmühlen weiter.

Die ersten Windmühlen wurden vor etwa 2.000 Jahren im asiatischen und arabischen Raum betrieben. Besonders populär wurden sie später in den Niederlanden und im Norden Deutschlands, wo mehr als 10.000 solcher Mühlen das gesamte Landschaftsbild prägten, von denen auch noch heute einige davon eine beliebte Touristenattraktion sind, die an die gute alte Zeit erinnern.

Die Techniken wurden dabei zwar im Detail im Laufe der Jahre weiterentwickelt, doch im Grunde genommen blieb die Erfindung in ihren Grundzügen immer erhalten.

Erst gegen Ende des 18. Jahrhunderts kam mit der von James Watt erfundenen doppeltwirkenden Dampfmaschine eine revolutionäre Antriebstechnik zum Einsatz, die den Grundstein für die Massenproduktion von Industriegütern und Textilien sowie den Massentransport von Personen und Gütern gelegt hat. Deshalb kommt ihr bei der Globalisierung eine ähnliche Bedeutung zu wie in jüngeren Zeiten die Erfindung des Internets. Die erste Eisenbahn in Deutschland fuhr im Jahr 1835 von Nürnberg nach Fürth.

Kurze Zeit später kamen die ersten fossilen Energieträger in der Antriebstechnik zum Einsatz. Für kleinere Gewerbetriebe und Handwerker waren die großen Dampfmaschinen in Anschaffung und Betrieb zu teuer. Mit dem Viertaktmotor entwickelte Nicolaus August Otto im Jahr 1876 eine praktikable Lösung für die kleinen Betriebe.

Nur zehn Jahre später legte der Patent-Motorwagen von Benz den Grundstein für alles, was seitdem auf dem Sektor der Elektro- und Verbrennungsmotoren entwickelt wurde.

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Die von James Watt erfundene Dampfmaschine sorgte für eine industrielle Revolution und hat die Lebensgewohnheiten der Menschen entscheidend verändert.

Antriebstechnik heute: Ein spannendes Betätigungsfeld
Unternehmen wie beispielsweise die in Grafing bei München ansässige ghv beschäftigen sich aktuell mit dem Thema Antriebstechnik. Die Entwicklung umfasst dabei sowohl mechanische als auch elektrische Antriebsarten.

Zu den mechanischen Antriebselementen gehören beispielsweise Spannsätze, Wellenkupplungen und Zahnscheiben. Auch die Lineartechnik zählt zum Aufgabenumfeld der Antriebstechnik. Hier gilt es, für sehr hohe Geschwindigkeiten oder bei beschränkten Platzgegebenheiten eine entsprechende Lösung zu entwickeln. In vielfältigen Antriebslösungen zahlreicher Branchen wie beispielsweise der Automation und Robotik, dem Maschinenbau, der Lebensmittelindustrie oder der Medizintechnik kommen aufgrund ihrer vielen vorteilhaften Eigenschaften sogenannte Planetengetriebe zum Einsatz.

Elektrische Antriebe stellen für uns heutzutage eine Selbstverständlichkeit dar und nehmen eine Schlüsselrolle im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der industriellen Produktion ein. Sie erleichtern uns das Alltagsleben erheblich und kommen zum Beispiel in der Hebetechnik, der Fördertechnik oder in Abfüllanlagen zum Einsatz. Vor allem folgende Komponenten sind dabei in Verwendung:

  • Kleingetriebemotoren in verschiedenen Ausführungen zeichnen sich vor allem durch ihre Langlebigkeit aus.
  • Brushless Systeme sparen durch ihre kompakte Bauweise Platz und helfen durch die unkomplizierte Einrichtung und Wartung langfristig dabei, Kosten zu sparen.
  • Servomotoren werden vor allem bei High-End-Anwendungen verwendet, denn sie zeichnen sich primär durch ihre enorm präzise Positionierung und die optimale Motorregelung aus.
  • Schrittmotoren kommen überall dort zum Einsatz, wo zuverlässige Sicherheit und Energieeffizienz gefragt sind.
  • Asynchronmotoren haben den großen Vorteil, dass sie beinahe wartungsfrei sind und deshalb nur niedrige Lebenszykluskosten verursachen.
  • Frequenzumrichter verbessern die Prozesseffizienz, reduzieren den Energieverbrauch und steigern die Produktivität.

Die Zukunft der Antriebstechnik
Ein Teil der Zukunft der Antriebstechnik ist bereits in der Gegenwart angekommen. Das ist vor allem am Automobilsektor klar zu erkennen, wo Elektroautos auf dem Vormarsch sind und langsam, aber sicher dem guten alten Verbrennungsmotor den Rang ablaufen. Der Podcast „Die Zwei von der Ladesäule“ berichtet regemäßig von der aktuellen Entwicklung in Deutschland.

Viele Menschen sind jedoch der Meinung, dass hier das Ende der Fahnenstange noch lange nicht erreicht ist und der Elektroantrieb in eine Sackgasse führt. Sie geben alternativen Antriebsarten wie beispielsweise dem Wasserstoffantrieb langfristig erheblich bessere Chancen.

Das Problem dabei ist jedoch aus heutiger Sicht, dass der zum Antrieb dieser Maschinen erforderliche Wasserstoff keine Primärenergie ist, sondern aus Primärenergie hergestellt werden muss. Derzeit ist dieses Verfahren noch zu aufwendig und zu teuer, um Wasserstoffmotoren wirtschaftlich sinnvoll einsetzen zu können.

Auch von nuklearen Antrieben ist in letzter Zeit immer öfter die Rede, obwohl die Radioaktivität seit den bekannten Reaktor-Unfällen in Tschernobyl oder Harrisburg immer noch mit einem gewaltigen Image-Problem zu kämpfen hat. Neben allen anderen Herausforderungen ist das größte Problem dabei, dass jedoch auch hier Wasserstoff zum Antrieb benötigt wird.

Eventuell ist die Technik der Zukunft aber auch der Elektromagnetismus, so wie es bereits zahlreiche Science-Fiction-Serien wie Star Wars oder Raumschiff Enterprise vorgezeigt haben. Dabei wird elektrische Energie mittels Mikrowellen in Schubkraft umgewandelt, wodurch kein Treibstoff im herkömmlichen Sinn mehr benötigt werden würde. Zukunftsmusik? Nicht unbedingt, denn die NASA hat zumindest bereits erste Tests durchgeführt.

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