Getriebemotoren für Dosiergeräte: Auswahl von Drehzahl, Drehmoment und Leistung

Getriebemotoren für Dosiergeräte: Auswahl von Drehzahl, Drehmoment und Leistung

Getriebemotoren für Dosiergeräte sind Antriebseinheiten bestehend aus einem Elektromotor und einem Getriebe, deren Aufgabe es ist, eine niedrige Ausgangsdrehzahl und ein geeignetes Drehmoment für den Transport oder die Dosierung von Material bereitzustellen. Diese Konfiguration wird häufig für Schneckendosierer, Förderbänder, Kettenförderer, Zellenradschleusen und Dosierschnecken eingesetzt.

Die Auswahl darf nicht allein auf der Motorleistung basieren. Ein Antrieb mit ausreichender kW-Leistung kann möglicherweise nicht anlaufen, wenn das Gerät mit Material gefüllt ist, die Durchflussrate falsch ist oder das Gerät vorzeitig ausfällt, wenn das Übersetzungsverhältnis, das Drehmoment, die Bauform und die externe Last nicht aufeinander abgestimmt sind. Daher müssen Durchsatz, Ausgangsdrehzahl, Materialeigenschaften, Anlaufmoment und Betriebsart gleichzeitig berücksichtigt werden.

Dosiergeräte: Getriebemotor oder separates Getriebe?

Bei den meisten rotierenden Dosiergeräten wird ein kompletter Getriebemotor verwendet. Der Motor erzeugt die Bewegung, während das Getriebe die Drehzahl reduziert und das erforderliche Ausgangsdrehmoment an der Maschinenwelle bereitstellt.

Dosiergetriebe ist die zutreffende Bezeichnung, wenn das Getriebe separat montiert ist und den Antrieb von folgenden Komponenten erhält:

• Einem separat montierten Elektromotor

• Einer Kupplung

• Einem Riemen- oder Kettenantrieb

• Einer Zwischenwelle

• Einer bereits an der Maschine vorhandenen Antriebsquelle

Die Unterscheidung kann wie folgt getroffen werden:

Wenn eine komplette Antriebseinheit gesucht wird, ist Getriebemotor für Dosiergeräte die Bezeichnung, die der praktischen Anwendung am nächsten kommt. Die endgültige Konfiguration muss jedoch immer auf der Maschinenkonstruktion und dem Montagekonzept basieren.

Gängige Dosierförderertypen mit Getriebemotor

Schneckenförderer

Schneckenförderer nutzen eine Förderschnecke, um Pulver, Granulat oder Schüttgut horizontal oder geneigt zu transportieren.

Eigenschaften der Schneckenlast:

• Niedrige Abtriebsdrehzahl

• Relativ hohes Betriebsdrehmoment

• Anlauf unter Last schwieriger als im Leerlauf

• Feuchtes, klebriges oder verklumptes Material kann zu einem starken Lastanstieg führen

• Die Schneckenwelle kann Axiallasten erzeugen

• Lange Schnecken erfordern eine geeignete Lagerung

Der Getriebemotor für Schneckenförderer muss unter Berücksichtigung der tatsächlichen Anlaufbedingungen geprüft werden. Die Getriebewelle sollte ohne entsprechende Berechnung nicht mit dem gesamten Gewicht, Biegemomenten und Axialkräften der Schneckeneinheit belastet werden.

Bandförderer

Bandförderer transportieren Material zu Brechern, Mischern, Verpackungsmaschinen oder nachfolgenden Produktionsprozessen.

Die Antriebsanforderungen umfassen in der Regel:

• Stabile Bandgeschwindigkeit

• Anlauf unter Last

• Durchsatzregelung möglich

• Gleichmäßiger Lauf zur Vermeidung von Laststößen

• Überprüfung der Radiallast an Kettenrädern, Riemenscheiben oder Antriebstrommeln

Bei einer Kraftübertragung vom Getriebe zur Trommel mittels Kette oder Riemen sind der Durchmesser der Kettenräder, die Riemenspannung und die Einbauposition relativ zum Wellenabsatz zu beachten. Bei geneigten Förderbändern muss zusätzlich das Risiko des Rücklaufs bei Maschinenstillstand bewertet werden.

Kettenförderer

Kettenförderer eignen sich für schweres Material, hohe Lasten oder Arbeitsbedingungen mit Stoßbelastungen.

Typische Merkmale:

• Relativ niedrige Geschwindigkeit

• Hohes Abtriebsdrehmoment

• Hohe Anlaufbelastung

• Laständerungen je nach Materialmenge

• Mögliche Stoßbelastungen an Kette und Zugmechanismus

Der Motor für Kettenförderer sollte nicht allein nach der Durchschnittsleistung ausgelegt werden. Es sind das Anlaufmoment, das maximale Drehmoment, die Schalthäufigkeit sowie die Belastbarkeit des Getriebes zu prüfen.

Zellenradschleusen

Zellenradschleusen verwenden rotierende Flügel, um Pulver oder Granulat durch einzelne Dosierkammern zu fördern.

Auch wenn die Motorleistung gering sein mag, muss der Antrieb folgende Anforderungen erfüllen:

• Niedrige und stabile Drehzahl

• Ausreichendes Drehmoment zur Überwindung der Reibung

• Anlauffähigkeit unter Materiallast

• Risiko des Einklemmens von Partikeln zwischen Flügel und Gehäuse

• Durchsatzregelung über die Drehzahl

• Schutzkonzept bei Blockierung

Der Motor für Zellenradschleusen muss basierend auf dem tatsächlichen Drehmoment ausgewählt werden und nicht nur anhand der Motorgröße einer ähnlichen Maschine.

Schneckendosierer

Schneckendosierer erfordern eine stabile Drehzahl, da die Schneckengeschwindigkeit den Materialdurchsatz direkt beeinflusst.

Bei der Auswahl sind folgende Punkte zu prüfen:

• Schneckendurchmesser und -steigung

• Füllgrad der Schnecke

• Fließeigenschaften des Materials

• Drehzahlregelbereich

• Durchsatzstabilität

• Last beim Anlauf und Stopp

Vibrationsförderer stellen einen Sonderfall dar. Dieser Typ verwendet in der Regel Vibrationsmotoren, elektromagnetische Vibrationsantriebe oder spezielle Schwingungserzeuger und nutzt standardmäßig keine Getriebemotoren.

Auswahl eines Getriebemotors für Förderanlagen

Bestimmung des zu fördernden Materials

Die Materialeigenschaften beeinflussen direkt das Lastmoment und das Anlaufverhalten.

Wichtige Informationen umfassen:

• Schüttdichte

• Korngröße

• Feuchtigkeitsgehalt

• Klebrigkeit

• Klumpneigung

• Abrasivität

• Materialtemperatur

• Fließfähigkeit

Derselbe Maschinentyp kann bei einem Wechsel von trockenem Schüttgut zu feuchtem oder klebrigem Material eine deutlich höhere Last aufweisen. Daher sollte die Konfiguration des Getriebemotors bei geänderten Materialeigenschaften nicht unverändert übernommen werden.

Bestimmung der Förderleistung

Die Förderleistung kann wie folgt angegeben werden:

• kg/h

• t/h

• m³/h

• l/min

• Stück/min

Die Förderleistung lässt sich nicht direkt in die Motorleistung umrechnen, ohne das Funktionsprinzip und die Abmessungen der Maschine zu kennen.

Bei Schneckenförderern sind zusätzlich Schneckendurchmesser, Steigung, Länge, Neigungswinkel und Füllgrad erforderlich. Bei Förderbändern sind Bandlänge, Breite, Neigungswinkel, Materiallast und Trommeldurchmesser zu berücksichtigen.

Bestimmung der Ausgangsdrehzahl

Die Ausgangsdrehzahl beeinflusst direkt den Materialdurchsatz.

Das grundlegende Verhältnis zwischen Motordrehzahl und Untersetzungsverhältnis lautet:

n₂ = n₁ / i

Dabei gilt:

• n₁: Motordrehzahl, U/min

• n₂: Ausgangsdrehzahl, U/min

• i: Untersetzungsverhältnis

Beispiel: Ein Motor mit 1.400 U/min kombiniert mit einem Untersetzungsverhältnis von 28:

n₂ = 1.400 / 28 = 50 U/min

Dies ist lediglich die theoretische Drehzahl. Die tatsächliche Drehzahl hängt zudem von den Motoreigenschaften, der Last und dem Schlupf ab. Das obige Beispiel stellt keine Empfehlung für 50 U/min für alle Förderanlagen dar.

Berechnung des Betriebsdrehmoments

Sobald die mechanische Leistung an der betrachteten Welle bekannt ist, kann das Drehmoment näherungsweise berechnet werden:

T = 9.550 × P / n

Dabei gilt:

• T: Drehmoment, Nm

• P: mechanische Leistung, kW

• n: Drehzahl, U/min

Wenn die Motorleistung zur Schätzung des Drehmoments am Getriebeausgang verwendet wird, müssen die Verluste des Antriebsstrangs berücksichtigt werden. Die Motorleistung sollte nicht direkt mit dem Untersetzungsverhältnis multipliziert werden, um das tatsächliche Ausgangsdrehmoment zu erhalten.

Die anfänglichen Berechnungsergebnisse dienen nur der vorläufigen Auswahl. Das endgültige Modell muss das kontinuierliche Drehmoment, kurzzeitige Lastspitzen und die Betriebsbedingungen der Maschine erfüllen.

Überprüfung des Anlaufdrehmoments

Förderanlagen erfordern häufig ein höheres Anlaufdrehmoment, wenn:

• Die Schnecke mit Material gefüllt ist

• Das Förderband unter Volllast anläuft

• Das Material verdichtet oder verklumpt ist

• Der Zellenradschleuse durch Partikel blockiert ist

• Die Maschine längere Zeit mit Material im Inneren stillstand

• Der Mechanismus eine hohe Haftreibung aufweist

Der Motor muss ein ausreichendes Drehmoment erzeugen, um den anfänglichen Widerstand zu überwinden und das System zu beschleunigen. Das Getriebe muss zudem kurzzeitigen Drehmomentbelastungen während des Anlaufvorgangs standhalten.

Ein Antriebssystem kann im Dauerbetrieb über ein ausreichendes Drehmoment verfügen, aber dennoch nicht anlaufen, wenn das Anlaufmoment nicht den Anforderungen entspricht.

Überprüfung der Betriebsbedingungen

Folgende Punkte müssen genau bestimmt werden:

• Dauerbetrieb oder Chargenbetrieb

• Betriebsstunden pro Tag

• Anzahl der Starts pro Stunde

• Reversierbetrieb erforderlich oder nicht

• Leeranlauf oder Volllastanlauf

• Grad der Lastschwankungen

• Umgebungstemperatur

• Staub- und Feuchtigkeitsbelastung

Maschinen im Dauerbetrieb, mit häufigen Starts oder regelmäßigen Blockaden müssen anders bewertet werden als Maschinen mit Kurzzeitbetrieb und konstanter Last.

Überprüfung von Radial- und Axiallasten

Kettenräder, Riemenscheiben, Zahnräder und Trommeln erzeugen Radiallasten auf die Getriebewelle. Diese Lasten nehmen zu, wenn:

• Kettenräder oder Riemenscheiben einen kleinen Durchmesser haben

• Ketten oder Riemen übermäßig gespannt sind

• Antriebselemente weit vom Wellenbund entfernt montiert sind

• Stoßbelastungen auftreten

• Trommeln oder Riemenscheiben ein hohes Eigengewicht haben

Schneckenförderer können zudem Axiallasten durch den Schub des Förderguts erzeugen. Lange Schneckenwellen oder Trommeln benötigen eigene Lagerungen. Die Getriebewelle sollte nicht als alleiniges Lager dienen, sofern die Belastbarkeit nicht überprüft wurde.

Auswahl des geeigneten Getriebemotors

Stirnradgetriebemotor

Geeignet für Förderbänder, Schneckenförderer, Zellenradschleusen und Dosiergeräte, wenn ein relativ ruhiger Lauf, ein guter Wirkungsgrad und Dauerbetrieb erforderlich sind.

Je nach Maschinenkonstruktion ist eine Fuß- oder Flanschausführung wählbar.

Flachgetriebemotor

Geeignet, wenn ein hohes Ausgangsdrehmoment erforderlich ist und der Motor parallel zur Maschinenwelle angeordnet werden soll. Diese Konfiguration trägt oft zur Reduzierung der Gesamtlänge in axialer Richtung bei.

Kegelradgetriebemotor

Geeignet, wenn die Antriebsrichtung um 90 Grad geändert werden muss oder der Bauraum für eine fluchtende Motormontage begrenzt ist.

Die Eignung muss anhand der Last, der Einbaulage und des spezifischen Getriebetyps überprüft werden.

Hohlwellengetriebemotor

Die Hohlwellenausführung kann direkt auf die Maschinenwelle montiert werden, was Kupplungen überflüssig macht und den Antrieb kompakter gestaltet.

Vor der Auswahl müssen folgende Punkte geprüft werden:

• Durchmesser der Maschinenwelle

• Passfedernut

• Einbaulänge

• Drehmomentstütze

• Montage- und Demontagefreiraum

• Wartungskonzept

Es gibt keinen universell passenden Getriebemotor für alle Zuführmaschinen. Die Auswahl hängt von Platzverhältnissen, Last, Antriebsrichtung und mechanischer Konstruktion ab.

Sollte ein Frequenzumrichter für Zuführmaschinen verwendet werden?

Ein Frequenzumrichter ist geeignet, wenn:

• Die Zuführleistung geregelt werden muss

• Ein sanfter Anlauf und Stopp erforderlich ist

• Eine Synchronisation mit nachfolgenden Prozessschritten nötig ist

• Mehrere Geschwindigkeitsstufen erforderlich sind

• Eine sensorbasierte Steuerung gewünscht ist

• Der Anlaufstrom begrenzt werden soll

Eine zu starke Reduzierung der Motordrehzahl über einen längeren Zeitraum kann jedoch die Eigenkühlung beeinträchtigen. Bei Lasten, die ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl erfordern, müssen die Motorkennlinien, die Regelungsart und die Überlastfähigkeit des Frequenzumrichters überprüft werden.

Die korrekt einzustellenden Parameter umfassen:

• Motorspannung und Motorstrom

• Nennleistung und Nennfrequenz

• Beschleunigungszeit

• Verzögerungszeit

• Strombegrenzung

• Steuerungsmodus

Der Frequenzumrichter kann ein Drehmomentdefizit nicht ausgleichen, wenn der Motor, das Getriebe oder das Übersetzungsverhältnis falsch gewählt wurden.

Schnellauswahltabelle nach Zuführgerätetyp

Häufige Fehler bei der Auswahl

Ausschließliche Auswahl nach kW-Leistung

Bei gleicher Leistung führen unterschiedliche Ausgangsdrehzahlen zu unterschiedlichen Drehmomenten. Die Leistung allein reicht nicht aus, um die geeignete Antriebseinheit zu bestimmen.

Fehlende Prüfung der Anlauflast

Die Maschine läuft im Leerlauf möglicherweise einwandfrei, kann aber nicht anlaufen, wenn Schnecke, Förderband oder Zellenradschleuse mit Material gefüllt sind.

Materialänderung bei gleichbleibender Konfiguration

Materialien mit höherer Dichte, hohem Feuchtigkeitsgehalt oder Neigung zur Klumpenbildung können das Lastmoment stark erhöhen.

Zu starke Drehzahlreduzierung durch Frequenzumrichter

Motoren, die über längere Zeit mit niedriger Drehzahl betrieben werden, können überhitzen und das erforderliche Drehmoment nicht aufrechterhalten, wenn sie nicht entsprechend ausgelegt sind.

Übertragung der gesamten externen Last auf die Getriebewelle

Schnecken, Trommeln und Riemenscheiben benötigen eine geeignete Lagerung. Die Getriebewelle sollte nicht standardmäßig als Hauptlagerung verwendet werden.

Ignorieren von Materialstau

Das Drehmoment bei Materialstau oder Verklumpung kann deutlich höher sein als unter normalen Betriebsbedingungen.

Fehlende Prüfung der Einbaulage

Horizontale, vertikale oder geneigte Montage kann die Schmierung, die Wellendichtringe, die Entlüftung und die Lebensdauer der Lager beeinträchtigen.

Erforderliche Informationen für die Auswahl von Getriebemotoren

Für eine präzise Auswahl sollten Kunden folgende Angaben bereitstellen:

• Art der Zuführeinrichtung

• Materialart

• Schüttdichte

• Erforderliche Förderleistung

• Abtriebsdrehzahl

• Abmessungen der Schnecke, des Bandes oder des Zellenradschleuse

• Anlauf unter Leer- oder Volllast

• Betriebsdauer

• Anzahl der Schaltspiele

• Reversierbetrieb erforderlich

• Einbaulage

• Wellenabmessungen

• Einsatz eines Frequenzumrichters

• Fotos oder Zeichnungen der Maschine

Häufig gestellte Fragen

Sollten für Zuführeinrichtungen Getriebemotoren oder separate Getriebe verwendet werden?

Die meisten rotierenden Zuführeinrichtungen verwenden komplette Getriebemotoren. Separate Getriebe sind geeignet, wenn Motor und Getriebe unabhängig voneinander angeordnet werden müssen oder die Maschine bereits über eine Antriebsquelle verfügt.

Mit welcher Drehzahl sollte ein Getriebemotor für eine Zuführeinrichtung betrieben werden?

Es gibt keine allgemeine Drehzahl. Diese hängt von der Art der Maschine, der Größe des Mechanismus, den Materialeigenschaften und der erforderlichen Förderleistung ab.

Sollte bei Maschinenstau die Motorleistung erhöht werden?

Die Leistung sollte nicht sofort erhöht werden. Es ist erforderlich, das Material, das mechanische Spiel, das Übersetzungsverhältnis, das Anlaufmoment und die Belastbarkeit des Getriebes zu prüfen.

Kann ein Frequenzumrichter zur Durchflussregelung verwendet werden?

Ja. Durch Ändern der Drehzahl kann der Durchfluss von Förderschnecken, Förderbändern oder Zellenradschleusen geregelt werden. Es muss jedoch das Drehmoment und die Kühlfähigkeit des Motors bei niedrigen Drehzahlen überprüft werden.

Kann eine Förderschnecke direkt mit der Getriebewelle verbunden werden?

Eine direkte Verbindung ist möglich, jedoch benötigt die Schneckenwelle dennoch ein geeignetes Lagersystem. Die Getriebewelle sollte nicht das gesamte Gewicht und die Axiallast der Schnecke tragen.

Benötigen geneigte Zuführeinrichtungen eine Bremse oder Rücklaufsperre?

Dies kann erforderlich sein, wenn die Last beim Stoppen zum Zurückrollen neigt. Die Auswahl hängt von der Maschinenkonstruktion, der Last und den Sicherheitsanforderungen ab.

MDriveTech Beratung für Getriebemotoren in Zuführeinrichtungen

MDriveTech unterstützt bei der Auswahl von Getriebemotoren und Getrieben von DSK, Nara Samyang und NK für:

• Schneckenförderer

• Bandförderer

• Kettenförderer

• Zellenradschleusen

• Dosiergeräte

• Materialzuführsysteme

Für eine geeignete Auswahl sollten Kunden Informationen zu Material, Förderleistung, Abtriebsdrehzahl, Mechanismusabmessungen, Einbaulage und Anlaufbedingungen bereitstellen.

Hotline: 0868 789 647
E-Mail: [email protected]

Fazit

Die meisten Schneckenförderer, Förderbänder, Kettenförderer oder Zellenradschleusen verwenden Getriebemotoren, um niedrige Drehzahlen und das erforderliche Drehmoment zu erzeugen. Separate Getriebe werden eingesetzt, wenn Motor und Getriebe unabhängig voneinander angeordnet werden müssen oder das System bereits über eine Antriebsquelle verfügt.

Bei der Auswahl eines Getriebemotors für Dosiergeräte müssen Drehzahl, Drehmoment, Materialbeschaffenheit, Durchsatz, Anlaufmoment und Einbaubedingungen gleichzeitig bewertet werden. Es sollte nicht allein auf die kW-Leistung vertraut oder die Konfiguration von einer Maschine mit anderen Betriebsbedingungen kopiert werden.