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Auslegung elektrischer Antriebe

 

Mechanische Motorauslegung

Ableitung der mechanischen Kenngrößen

In der mechanischen Motorauslegung wird ein Motor anhand seiner Kenngrößen aus einer Liste verfügbarer Motoren ausgewählt. Die Liste der verfügbaren Motoren kann z.B. alle Motoren eines Herstellers oder die in einem Unternehmen zugelassenen Motoren enthalten. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten wird dabei der Motor gesucht, der die geforderten Kenngrößen gerade erfüllt und so gering wie möglich überdimensioniert ist.
Die entscheidenden Kenngrößen sind die erforderliche Motordrehzahl und das vom Motor aufzubringende Drehmoment. Diese Bewegungsgrößen müssen aus den eigentlichen Prozessgrößen ermittelt werden. Als Ergebnis dieser Tätigkeit liegen die folgenden zwei Diagramme vor:

• Verlauf der Motordrehzahl als Funktion der Zeit
• Verlauf des Drehmomentes an der Motorwelle als Funktion der Zeit

Unter Verwendung dieser Diagramme kann ein passender Motor ausgewählt werden.

Zwischen der Motorwelle und dem im Prozess wirkenden Maschinenelement sind in vielen Fällen ein oder mehrere Getriebe angeordnet. Die Getriebe wirken als Kenngrößenwandler und dienen zur Anpassung des Motors an die Arbeitsmaschine. Getriebe wandeln

• eine rotatorische Bewegung in ein lineare Bewegung oder
• eine rotatorische Bewegung in eine andere rotatorische Bewegung

um. Andere Getriebetypen sollen nicht betrachtet werden.

 

Ermittlung der Motordrehzahl für Anwendungen mit Getriebe

Zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit im Prozess, der Lastgeschwindigkeit und der eigentlichen Motordrehzahl besteht bei den meisten Anwendungen ein einfacher linearer Zusammenhang. Die Motordrehzahl kann durch Multiplikation mit einem durch die Getriebekonstruktion vorgegebenen Faktor aus der Lastgeschwindigkeit ermittelt werden. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Zusammenhänge für die wichtigsten Getriebearten.

 

 

Getriebe	Darstellung	Bewegungsgröße Abtrieb	Bewegungsgröße Antrieb	Wandlungs- gesetz
Riemen- trieb		Geschwindigkeit: v(t)	Drehzahl: n(t)	v(t)=n(t)*u
Spindel		Geschwindigkeit: v(t)	Drehzahl: n(t)	v(t)=n(t)*p
Zahn- stange		Geschwindigkeit: v(t)	Drehzahl: n(t)	v(t)=n(t)*u
Rot. Getriebe		Drehzahl: n1(t)	Drehzahl: n2(t)	n1(t)=n2(t)*i

 

Sind mehrere Getriebe hintereinander angeordnet, ergibt sich die Motordrehzahl durch Multiplikation der Lastgeschwindigkeit mit den Wandlungsfaktoren aller Getriebe.

Beispiel:
Im oben dargestellten Bild sind ein Riementrieb und ein rotatorisches Getriebe hintereinander geschaltet. Die Motordrehzahl ergibt sich damit zu:

				i	mit	n(t):	Motordrehzahl
n(t)	=	v(t)	*			v(t):	Geschwindigkeit der Last
				u		u:	Umfang der Umlenkrolle des Riemens
						i:	Übersetzungsverhältnis des Getriebes

Die Ermittlung des Drehzahlverlaufs an der Motorwelle erfolgt durch abschnittsweise Multiplikation der Lastgeschwindigkeit im Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm mit den entsprechenden Wandlungsfaktoren. Im Ergebnis entsteht der gewünschte Verlauf der Motordrehzahl als Funktion der Zeit. Aus ihm können bereits die maximale Drehzahl und die maximale Beschleunigung des Motors entnommen werden. Sie sind wichtige Kriterien zur Auswahl eines geeigneten Motors.