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Grundlagen: Das Antriebsdrehmoment berechnen (unter Berücksichtigung aller Verluste innerhalb eines Antriebsstrangs) – Theorie und Praxisanwendung
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Das Antriebsmoment berechnen unter Idealbedingungen. Die Formel und wichtige Faktoren in der Praxis & Anwendungsbeispiele
Wer das Antriebsmoment berechnen möchte, sollte es zunächst als Drehmoment in Motoren betrachten. Basis zum Berechnen ist demnach auch die Formel für das Drehmoment. Unter Idealbedingungen wäre die Antriebsmoment Formel: M = F x r. Dabei ist r die Länge eines Hebels der an der Drehachse ansetzt und an dessen Ende die Kraft F senkrecht wirkt. Der Angriffspunkt kann aber auch beliebig sein. In diesem Fall lohnt es sich die Formel als Vektorprodukt zu betrachten. In der konkreten Anwendung als Antriebsmoment müssen jedoch zahlreiche weitere Faktoren mit einberechnet werden, die beispielsweise über Reibungskräfte entstehen und die Berechnung für den individuellen Fall deutlich verkomplizieren. Aus diesem Grund können sie nicht verallgemeinert werden.
Diese Faktoren beeinflussen das Antriebsmoment
Für das Berechnen sind einige Faktoren relevant. Diese ergeben sich vor allem aus Reibungsverlusten, z. B. im Getriebe. Da das Drehmoment in der Praxisanwendung nicht in einem Vakuum zum Einsatz kommt, wirken die Reibungskräfte der Kraft F entgegengesetzt. Dadurch erhöht sich der Energieaufwand, der aufgebracht werden muss, um das gewünschte Drehmoment zu erzeugen.
Hieraus ergibt sich der Wirkungsgrad. Er stellt den Anteil der aufgewendeten Energie dar, der in nutzbare Kraft umgewandelt werden kann. Für einen Elektromotor bedeutet das, dass von der zugeführten elektrischen Leistung nur ein Anteil als mechanische Antriebsleistung übrig bleibt. Die technologische Herausforderung für uns bei Baumüller ist unter anderem die Optimierung des Wirkungsgrades, um energieeffizientere Antriebslösungen zu entwickeln.
Lösungsmöglichkeiten
Eine Möglichkeit ist der komplette Verzicht auf ein Getriebe. Hierfür eignen sich Direktantriebe, z.B. Torque-Motoren. Die entsprechenden Antriebe können extrem hohe Drehmomente erzeugen, ohne dass dabei Getriebeverluste hingenommen werden müssen. Auch im Vergleich zu Hydrauliksystemen bietet das Vorteile, da keine Druckverluste auftreten. Möchte man das Antriebsmoment berechnen, fällt der Faktor Getriebeverlust schon einmal weg. Der Wirkungsgrad ist hier sehr hoch, was zu einer besseren Annäherung an Idealzustände führt.
Weitere Vorteile bei der Verwendung von Direktantrieben
In der Praxis muss man das Antriebsmoment meist nicht selbst berechnen. Wichtig ist häufig nur die tatsächliche Erreichbarkeit von einem hohen Drehmoment, z. B. in Extrudern oder Servopressen. Baumüller High-Torque-Motoren leisten bis zu 60.000 Nm und bieten darüber hinaus zahlreiche weitere Vorteile, die über die gute Energieeffizienz durch den hohen Wirkungsgrad hinausgehen. Dazu gehören:
- Weniger Emissonen
- Geringere Betriebsfläche
- Weniger Wartung
- Keine zusätzlich benötigte Lärmdämmung
Zusammengenommen lässt sich so eine deutliche Kostenreduktion erreichen – zum einen durch die geringe Wartungsintensität und zum andern durch ein besseres Nutzungsverhältnis von aufgewendeter und tatsächlich verwendbarer Energie.
Matthias Beetz
Training Engineer Academy I Baumüller Nürnberg GmbH