Mit einem neuen Kühlungssystem hat Bernd Pfannschmidt den Traktionsmotor für Mining-Trucks so verbessert, dass die Maschine 45 Prozent mehr Leistung bringt. Die Luft strömt durch gegenüber angeordneten Röhren (Bild) und kühlt dabei auf beiden Seiten des scheibenförmigen Motors die Wickelköpfe und Kurzschlussringe. Pfannschmidt arbeitet bei Siemens Industry in Nürnberg.
Einen Motor so zu verbessern, dass er 45 Prozent mehr Leistung bringt, das ist auch für einen Konstruktionsexperten wie Bernd Pfannschmidt ein Höhepunkt seiner Erfinderlaufbahn. Gelungen ist ihm dies beim Antrieb von riesigen Tagebau-Muldenkippern – und zwar einzig durch ein neues Kühlungssystem.
Neben den Rädern eines dieser Mining-Trucks wirkt ein Mensch wie ein Zwerg. Diese Laster befördern 24 Stunden am Tag an 365 Tagen im Jahr Erze, Kohle, Ölsand und Abraum von Halden und werden vor allem in Australien, Kanada, den USA, Südamerika und Südafrika eingesetzt. In jedem der beiden Hinterräder treibt ein Motor das Gefährt an. Trotz der robusten Traktionsmotoren mussten die Trucks, die voll beladen bis zu 630 Tonnen wiegen, vor allem bei Steigungen mitunter anhalten, um den Motor nicht zu überhitzen. Damit war der US-Hersteller Komatsu unzufrieden. Er fragte bei Siemens an, ob man nicht eine bessere Lösung erfinden könne und stieß hier auf großes Interesse. Die Expertise für die Entwicklung von Bergbaumaschinen hat sich bei Industry Large Drives in den letzten 25 Jahren aus dem Know-how für Zug- und Lokomotivenmotoren entwickelt. Für deren mechanische Konstruktion ist Pfannschmidt als Gruppenleiter verantwortlich. Dieses Gebiet hat ihn bereits während seines Maschinenbaustudiums an der Fachhochschule in seiner Heimatstadt Koblenz fasziniert. Auch mit Siemens nahm er früh Kontakt auf und ließ sich von erfahrenen Kollegen bei seiner Diplomarbeit über Wälzlager betreuen. Nach Abschluss seines Studiums startete Pfannschmidt 1986 seine berufliche Laufbahn in der Entwicklungsabteilung für Bahnmotoren.
Als er begann, sich mit dem Motor für Mining-Trucks zu beschäftigen, war ihm schnell klar, dass der Motor an sich nicht verändert werden konnte. „Um mehr Leistung über den Motor zu bekommen, hätten wir ihn vergrößern müssen. Dafür ist aber in dem Radkasten der Trucks kein Platz“, erklärt Pfannschmidt. Blieb nur die Kühlung, um die Leistung des Motors zu verbessern. Traktionsmotoren sind luftgekühlt: Die kalte Luft tritt auf einer Seite des Motors ein, kühlt dort den Wickelkopf und den Kurzschlussring und strömt dann durch die Luftlöcher im Ständer und Läufer zur anderen Seite des Motors. Dort kühlt sie zwar ebenfalls noch den zweiten Wickelkopf und Kurzschlussring, aber in weit geringerem Maße als auf der Einlassseite, da sie bereits vom Motor erwärmt ist.
Ein neues Kühlungssystem verbessert den Traktionsmotor für Mining-Trucks – damit bringt die Maschine 45 Prozent mehr Leistung. Die Luft strömt durch gegenüber angeordneten Röhren (Bild) und kühlt dabei auf beiden Seiten des scheibenförmigen Motors die Wickelköpfe und Kurzschlussringe. Die riesigen Tagebau-Muldenkipper, die voll beladen bis zu 630 Tonnen wiegen, können jetzt auch Steigungen bewältigen, ohne den Motor zu überhitzen.
„Erst überlegten wir, den Motor in der Mitte zu teilen, um beide Hälften besser kühlen zu können“, berichtet Pfannschmidt. Die Versuche zeigten aber, dass der Motor dadurch zu instabil geworden wäre, um den Belastungen standzuhalten. Pfannschmidt wälzte das Problem eine Weile sozusagen im Hinterkopf hin und her und kam dann auf die Lösung: Die Luft tritt von beiden Seiten in das Gehäuse ein. Dafür bohrte er auf jeder Seite des Motorgehäuses, das in etwa die Gestalt einer dicken Scheibe hat, je 27 Löcher und zwar auf jeder Seite gegeneinander versetzt. Die Luft strömt durch den Lüftungsschacht oben am scheibenförmigen Motorgehäuse ein und verteilt sich auf beide Hälften des Motors. Dort kühlt sie Wickelköpfe und Kurzschlussringe, strömt durch Löcher im Ständer und Läufer und tritt auf der jeweils anderen Seite des Motors durch Rohre hindurch über die 27 Löcher aus. Durch diese Luftströme verteilt sich die Abwärme des Motors gleichmäßiger und die Gefahr der Überhitzung ist wesentlich geringer. Dies bewirkt, dass die Leistung der Motoren bis zu 45 Prozent höher ist als bei der konventionellen Luftkühlung.
„Wenn die Grundidee erst einmal da ist, geht der Rest eigentlich von selbst“, erklärt Pfannschmidt. Der einjährigen Erprobungsphase der zwei Prototypen sah er deshalb ganz gelassen entgegen: „Ich war mir absolut sicher, dass die Motoren so viel besser laufen.“ Der Großteil seiner Erfindungen sei sozusagen aus der Not geborgen und nicht aus dem Nichts entstanden. „Ich sehe mir an, was bei einem System nicht optimal ist und überlege mir, wie ich das verbessern könnte“, erklärt Pfannschmidt. Um Kosten für die Produktion von U-Bahnen zu senken, hat er beispielsweise einen Gitterschutz konstruiert, der direkt vor den Motoren angebracht ist und sie vor Verschmutzungen schützt. Zuvor mussten diese Gitter zugekauft werden. In den mehr als 20 Jahren bei Siemens hat Pfannschmidt 53 Erfindungen gemeldet, die in 49 erteilten Einzelpatenten und 51 Schutzrechtsfamilien mündeten.
Auch in seiner Freizeit beschäftigt sich Pfannschmidt gerne mit Motoren: In seiner Garage stehen zwei Motorräder mit Seitenwagen. Er lebt mit seiner Frau und den drei Kindern in der Nähe von Nürnberg