Auswahl von Getriebemotoren nach Last, Drehzahl und Betriebsdauer

Auswahl von Getriebemotoren nach Last, Drehzahl und Betriebszeit

Die korrekte Auswahl eines Getriebemotors kann nicht allein auf der auf dem Motor angegebenen Leistung basieren. Ein geeigneter Antrieb muss gleichzeitig die tatsächliche Last, das Anlaufmoment, die Ausgangsdrehzahl, das Übersetzungsverhältnis, die Betriebszeit und die Einbauart an der Maschine berücksichtigen.

Eine zu geringe Leistungs- oder Momentauslegung führt zu Überhitzung, Überlastung und einer verkürzten Lebensdauer des Getriebes. Umgekehrt führen überdimensionierte Antriebe zu höheren Kosten, größeren Abmessungen und einem unnötig hohen Energieverbrauch. Das folgende Verfahren unterstützt Ingenieure und Maschinenbauer bei der Bestimmung der kritischen Parameter vor der Auswahl eines Getriebemotors.

1. Bestimmung der Lastart der Maschine

Die Last ist der erste zu prüfende Faktor, da sie das Drehmoment, die Leistung und den Betriebsfaktor des Getriebes bestimmt.

Gleichmäßige Last

Eine gleichmäßige Last ändert sich während des Betriebs nur geringfügig, weist keine starken Stöße auf und läuft in der Regel sanft an.

Typische Anwendungen:

• Leichte Förderbänder.

• Rollenbahnen.

• Verpackungsmaschinen.

• Rührwerke für Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität.

• Kontinuierlich arbeitende Drehvorrichtungen.

Veränderliche oder schwere Last

Veränderliche Lasten treten häufig bei schwankenden Materialmengen, Widerständen oder instabilen Arbeitsbedingungen auf.

Beispiele:

• Förderschnecken für Schüttgut.

• Mischmaschinen.

• Rührwerke für hochviskose Medien.

• Steigförderer.

• Becherwerke.

• Hebezeuge.

Bei diesen Anwendungen müssen das Betriebsmoment und das Anlaufmoment überprüft werden; die Leistung des aktuell verwendeten Motors sollte nicht als alleinige Grundlage dienen.

Stoßartige Last

Brecher, Pressen, Reversierantriebe oder häufig anlaufende Mechanismen können Stoßbelastungen auf Wellen, Lager und Zahnräder ausüben.

In diesem Fall ist ein Getriebe mit entsprechender Lastaufnahmekapazität zu wählen und der Betriebsfaktor gemäß dem Originalkatalog abzugleichen.

Anlauf unter Volllast

Förderbänder, Förderschnecken oder Becherwerke müssen unter Umständen anlaufen, während sich noch Material auf der Maschine befindet. Das Anlaufmoment ist in diesem Fall oft deutlich höher als im stabilen Betriebszustand.

Dies ist eine wichtige Information bei der Auswahl der Getriebemotorleistung und der Anlaufmethode.

2. Bestimmung der Ausgangsdrehzahl und des Übersetzungsverhältnisses

Die Ausgangsdrehzahl ist die Anzahl der Umdrehungen der Getriebewelle pro Minute, üblicherweise in rpm angegeben.

Das Übersetzungsverhältnis wird vorläufig nach folgender Formel bestimmt:

i = n₁ / n₂

Dabei gilt:

• i: Übersetzungsverhältnis.

• n₁: Eingangsdrehzahl des Motors.

• n₂: Erforderliche Ausgangsdrehzahl.

Beispiel: Ein Motor hat eine Drehzahl von ca. 1.450 rpm und die Maschine benötigt eine Ausgangsdrehzahl von 48 rpm:

i = 1.450 / 48 ≈ 30

Es kann ein Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von etwa 1/30 in Betracht gezogen werden. Die tatsächliche Drehzahl muss jedoch im Katalog überprüft werden, da sie von der Nenndrehzahl des Motors und der Auslegung der einzelnen Getriebestufen abhängt.

Es sollte nicht nur die Anforderung „Getriebe mit Übersetzung 1/30“ gestellt werden. Bei der Auswahl müssen sowohl die Motordrehzahl als auch die gewünschte Ausgangsdrehzahl präzise angegeben werden.

3. Berechnung des Ausgangsdrehmoments

Das Drehmoment beschreibt die Fähigkeit des Getriebemotors, eine Last zu ziehen, zu heben oder zu drehen.

Eine vorläufige Berechnung kann nach folgender Formel erfolgen:

T = 9.550 × P × η / n

Dabei gilt:

• T: Ausgangsdrehmoment in Nm.

• P: Motorleistung in kW.

• η: Gesamtwirkungsgrad des Getriebes.

• n: Ausgangsdrehzahl in rpm.

Beispiel: Ein Motor mit 1,5 kW, einer Ausgangsdrehzahl von 50 rpm und einem angenommenen Wirkungsgrad von 0,9:

T = 9.550 × 1,5 × 0,9 / 50 ≈ 258 Nm

Das obige Ergebnis dient nur zur vorläufigen Auswahl. Bei der endgültigen Modellauswahl müssen das Nenndrehmoment, der Betriebsfaktor, die Radiallast und die Axiallast gemäß dem Katalog des Herstellers überprüft werden.

Der Wirkungsgrad sollte nicht eigenmächtig angenommen werden, wenn der Getriebetyp und die Anzahl der Getriebestufen nicht bestimmt sind.

4. Überprüfung des Anlaufdrehmoments

Das erforderliche Drehmoment beim Anlaufen der Maschine ist in der Regel höher als das Drehmoment im stationären Betrieb.

Dies ist besonders wichtig bei:

• Beladenen Förderbändern.

• Schneckenförderern mit Materialfüllung.

• Schwerlastmischern.

• Hebezeugen und Becherwerken.

• Mechanismen mit Bremsen.

• Maschinen mit häufigen Anlaufvorgängen.

Vor der Auswahl müssen folgende Punkte geklärt werden:

• Startet die Maschine unter Last oder im Leerlauf?

• Erforderliche Beschleunigungszeit.

• Anzahl der Starts pro Stunde.

• Gibt es häufige Drehrichtungsumkehrungen?

• Wird ein Frequenzumrichter verwendet?

Ein Frequenzumrichter kann den Sanftanlauf und die Drehmomentregelung unterstützen, ersetzt jedoch nicht die Auswahl der korrekten Leistung und Übersetzung.

5. Auswahl des Getriebemotors nach Betriebszeit

Die Betriebsdauer beeinflusst direkt die Motortemperatur, das Schmieröl, die Lager und die Lebensdauer des Getriebes.

Betrieb unter 8 Stunden pro Tag

Bei konstanter Last und geringer Startfrequenz sind die betrieblichen Anforderungen meist geringer. Dennoch müssen das Lastmoment und die Umgebungsbedingungen überprüft werden.

Betrieb von 8 bis 16 Stunden pro Tag

Hier ist auf die Wärmeabfuhr, die tatsächliche Last und den Schmierungszustand zu achten. Der Motor sollte in heißen Umgebungen oder bei schlechter Belüftung nicht dauerhaft nahe der Belastungsgrenze arbeiten.

Dauerbetrieb 24/7

Getriebemotoren im Dauerbetrieb müssen gemäß dem vom Hersteller angegebenen Betriebsfaktor ausgewählt werden. Zudem sind Umgebungstemperatur, Ölwechselintervalle, Wirkungsgradklasse des Motors und Wartungsfreundlichkeit zu prüfen.

Aussetzbetrieb mit häufigen Starts

Die Laufzeit mag kurz sein, aber der Anlaufstrom und wiederkehrende Stoßbelastungen führen dennoch zur Erwärmung des Motors. In diesem Fall ist die Anzahl der Starts pro Stunde ebenso wichtig wie die gesamte Betriebsdauer.

6. Betriebsfaktor und Leistungsreserve

Der Betriebsfaktor (Service Factor) spiegelt die Schwere der Betriebsbedingungen im Vergleich zur Nennlast wider.

Dieser Wert hängt in der Regel ab von:

• Art der Last.

• Betriebsstunden pro Tag.

• Anzahl der Starts.

• Stoßbelastungsgrad.

• Häufigkeit der Drehrichtungsumkehr.

• Umgebungstemperatur.

• Antriebsart.

Es sollte keine allgemeine Regel angewendet werden, wie z. B. die Wahl eines Motors mit 20 % oder 30 % Leistungsreserve. Die Reserve muss auf der tatsächlichen Last und den Auswahltabellen des jeweiligen Herstellers basieren.

Eine zu großzügige Dimensionierung kann zudem die Kosten, die Größe des Maschinenrahmens und den Systemstrom unnötig erhöhen.

7. Überprüfung von Radial- und Axiallasten

Neben dem Drehmoment kann die Abtriebswelle auch radialen und axialen Kräften ausgesetzt sein.

Radiallast

Radiallasten treten häufig auf, wenn an der Abtriebswelle Folgendes montiert ist:

• Kettenräder.

• Riemenscheiben.

• Zahnräder.

• Förderbandtrommeln.

Je weiter die Krafteinwirkung vom Wellenbund entfernt ist, desto höher sind die Belastungen für Welle und Lager. Daher muss neben dem Wellendurchmesser auch die Montageposition des Kettenrads oder der Riemenscheibe überprüft werden.

Axiallast

Eine Axiallast ist eine Zug- oder Druckkraft in Richtung der Wellenachse. Diese Lastart kann bei Schneckenförderern, Rührwerken oder Direktantrieben auftreten.

Die zulässigen Lastwerte müssen gemäß dem Katalog des jeweiligen Modells überprüft werden.

8. Auswahl des geeigneten Getriebetyps

Es gibt kein Getriebe, das für alle Anwendungen gleichermaßen optimal ist. Die Auswahl muss auf Basis der Last, des Bauraums, des Wirkungsgrads, der Wellenausrichtung und der Wartungsanforderungen erfolgen.

9. Auswahl der Montageart

Getriebemotoren können in verschiedenen Konfigurationen eingesetzt werden:

• Fußmontage.

• Flanschmontage.

• Horizontale Montage.

• Vertikale Montage.

• Vollwelle.

• Hohlwelle.

Die Fußmontage eignet sich für Maschinen mit einem Fundament und ist oft vorteilhaft bei der Ausrichtung oder Wartung. Die Flanschmontage ist ideal, wenn eine direkte Montage an der Maschinenwand erforderlich ist oder eine kompakte Bauweise gewünscht wird.

Vollwellen übertragen das Drehmoment meist über Kupplungen, Zahnräder oder Riemenscheiben. Hohlwellen können direkt auf die Maschinenwelle aufgesteckt werden, wobei jedoch Durchmesser, Passfedern, Verdrehsicherung und einwirkende Kräfte überprüft werden müssen.

Bei einem Fabrikatwechsel müssen die Zeichnungen für Fußmaße, Flanschabmessungen, Wellenmittenhöhe und Abtriebsabmessungen vor der Bestellung abgeglichen werden.

Mehr erfahren: Was ist der Unterschied zwischen Fuß- und Flanschgetriebemotoren?

10. Getriebemotoren mit Frequenzumrichter

Ein Frequenzumrichter ermöglicht die Drehzahlregelung, einen Sanftanlauf und reduziert mechanische Stoßbelastungen. Dabei ist jedoch Folgendes zu beachten:

• Der Dauerbetrieb bei niedriger Drehzahl kann aufgrund der langsamen Lüfterdrehzahl zu einer unzureichenden Kühlung führen.

• Eine Erhöhung der Frequenz steigert die mechanische Geschwindigkeit des Motors und des Getriebes.

• Das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen hängt von der Regelungsart des Frequenzumrichters ab.

• Ein Frequenzumrichter sollte nicht dazu verwendet werden, ein falsch gewähltes Übersetzungsverhältnis auszugleichen.

• Bei kontinuierlichem Betrieb mit niedriger Drehzahl kann ein fremdbelüfteter Motor erforderlich sein.

Der zulässige Frequenzbereich muss gemäß den technischen Unterlagen des Motors und des Getriebes bestätigt werden.

11. Tabelle der erforderlichen Informationen für die Auswahl eines Getriebemotors

Wenn ein alter Motor ersetzt werden muss, sollten Sie zusätzlich Fotos des Typenschilds, Zeichnungen, Wellenabmessungen sowie Bilder der Einbausituation an der Maschine einsenden.

Mehr dazu: DSK Getriebemotoren - MFG Serie

12. Beispiel für die Auswahl eines Getriebemotors für ein Förderband

Angenommen, ein Förderband erfordert eine Abtriebsdrehzahl von 40 U/min, läuft 16 Stunden täglich, startet unter Last, wird über Kettenräder angetrieben und verwendet einen Frequenzumrichter.

Der Auswahlprozess sollte wie folgt durchgeführt werden:

1. Berechnung der Zugkraft des Förderbands basierend auf der Lastmasse, Reibung und dem Neigungswinkel.

2. Bestimmung des Drehmoments an der Antriebstrommel basierend auf Zugkraft und Trommelradius.

3. Berechnung der erforderlichen Leistung aus Drehmoment und Drehzahl.

4. Auswahl des Übersetzungsverhältnisses basierend auf Motordrehzahl und Abtriebsdrehzahl.

5. Überprüfung des Anlaufdrehmoments bei beladenem Förderband.

6. Anwendung des Betriebsfaktors basierend auf der täglichen Betriebsdauer.

7. Überprüfung der Radiallast durch Kettenräder.

8. Auswahl der passenden Montageart für den Förderbandrahmen.

9. Überprüfung des Drehzahlbereichs und der Kühlleistung bei Betrieb mit Frequenzumrichter.

Ohne ausreichende Angaben zu Zugkraft, Trommeldurchmesser und Lastbedingungen sollte kein spezifisches Modell allein aufgrund der Abtriebsdrehzahl festgelegt werden.

Häufige Fehler bei der Auswahl von Getriebemotoren

• Auswahl ausschließlich basierend auf der Leistung des alten Motors.

• Fehlende Berechnung des Anlaufdrehmoments.

• Fehlende Überprüfung der Radiallast.

• Auswahl des Übersetzungsverhältnisses ohne Überprüfung der tatsächlichen Drehzahl.

• Nichtberücksichtigung der täglichen Betriebsstunden.

• Ignorieren der Anzahl der Starts und Drehrichtungsumkehrungen.

• Falsche Wahl von Fuß, Flansch oder Einbaulage.

• Langzeitbetrieb mit Frequenzumrichter bei zu niedriger oder zu hoher Drehzahl.

• Fehlender Abgleich der Zeichnungen vor der Bearbeitung des Maschinenrahmens.

Fazit

Die korrekte Auswahl eines Getriebemotors muss auf drei Faktoren basieren: Last, Drehzahl und Betriebsdauer. Die Last bestimmt Drehmoment und Leistung; die Drehzahl bestimmt das Übersetzungsverhältnis; die Betriebsdauer beeinflusst den Betriebsfaktor, die Wärmeentwicklung und die Lebensdauer des Geräts.

MDriveTech unterstützt Sie bei der Auswahl von Getriebemotoren basierend auf Last, Drehzahl, Betriebsdauer und Maschinenkonstruktion. Kunden können Lastparameter, Maschinenbilder, Zeichnungen oder Fotos des Typenschilds der verwendeten Geräte einsenden, um eine Prüfung und Empfehlung für ein geeignetes Modell zu erhalten.

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Häufig gestellte Fragen

Wie groß sollte ein Getriebemotor im Verhältnis zur Last gewählt werden?

Es gibt kein allgemeingültiges Sicherheitsverhältnis für alle Anwendungen. Die Sicherheitsmarge hängt von der Lastart, den Betriebsstunden, der Anzahl der Startvorgänge, dem Stoßgrad und den Umgebungsbedingungen ab. Es wird empfohlen, das tatsächliche Drehmoment zu berechnen und mit dem Betriebsfaktor im Originalkatalog abzugleichen.

Kann ein Getriebemotor allein nach der Leistung ausgewählt werden?

Nein. Zwei Getriebemotoren mit derselben Leistung können unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse, Ausgangsdrehmomente, zulässige Lasten, Wellendurchmesser und Montagearten aufweisen. Die Leistung ist nur einer der zu prüfenden Parameter.

Was ist bei einem 24-Stunden-Dauerbetrieb des Motors zu beachten?

Der Betriebsfaktor, die Wärmeabfuhr, die Effizienzklasse des Motors, das Schmieröl und die Umgebungstemperatur müssen überprüft werden. Der Motor sollte nicht ständig an seiner Leistungsgrenze betrieben werden, wenn die Kühlbedingungen oder die Last instabil sind.

Kann bei Verwendung eines Frequenzumrichters ein kleinerer Motor gewählt werden?

Dies sollte nicht als Standard angenommen werden. Der Frequenzumrichter unterstützt den Anlauf und die Drehzahlregelung, aber der Motor muss dennoch das erforderliche Drehmoment für die Last liefern. Wenn der Motor zu klein gewählt wird, kann das System dennoch überlastet werden oder nicht anlaufen.

Wie wählt man einen Motor aus, wenn das Typenschild des Altgeräts verloren gegangen ist?

Es ist notwendig, die Ausgangsdrehzahl, den Wellendurchmesser, die Abmessungen des Fußes oder Flansches zu messen sowie die Last und den Betriebsstrom zu bestimmen. Es wird empfohlen, Fotos des gesamten Geräts und der Einbausituation an den technischen Support zu senden, um das Ersatzmodell vor der Auswahl zu prüfen.