Das Übersetzungsverhältnis bestimmt, um wie viel die Motordrehzahl reduziert und das Drehmoment erhöht wird. Ein geeignetes Übersetzungsverhältnis trägt dazu bei, dass das Antriebssystem eine stabile Drehzahl, ein ausreichendes Drehmoment, einen gleichmäßigen Lauf und eine zuverlässige Lebensdauer erreicht.

Ein gut abgestimmter Planetengetriebemotor kann die Leistung der Anlage verbessern, Energieverluste reduzieren, die Lebensdauer verlängern und einen stabileren Maschinenbetrieb gewährleisten.

Was ist das Übersetzungsverhältnis in einem Planetengetriebemotor?

Das Übersetzungsverhältnis beschreibt das Untersetzungsverhältnis zwischen dem Motoreingang und dem Getriebeausgang.

Einfach ausgedrückt gibt es die Anzahl der Motorumdrehungen an, die für eine Umdrehung der Abtriebswelle erforderlich sind.

Beispiel:

Ein Übersetzungsverhältnis von 10:1 bedeutet, dass sich der Motor 10 Mal dreht, um die Abtriebswelle um eine volle Umdrehung anzutreiben.

Grundformel

Punkt	Formel	Bedeutung
Ausgangsdrehzahl	Motordrehzahl ÷ Übersetzungsverhältnis	Bestimmt die endgültige Arbeitsdrehzahl
Ausgangsdrehmoment	Motordrehmoment × Übersetzungsverhältnis × Wirkungsgrad	Bestimmt die Lastkapazität
Übersetzungsverhältnis	Motordrehzahl ÷ Abtriebsdrehzahl	Zeigt den Untersetzungsgrad an

Bei einem Motor mit 3000 U/min und einem Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 30:1 berechnet sich die theoretische Abtriebsdrehzahl wie folgt.

3000 ÷ 30 = 100 U/min

In der Praxis müssen beim Abtriebsdrehmoment auch der Wirkungsgrad des Getriebes, die Lastbedingungen, der Arbeitszyklus und mechanische Verluste berücksichtigt werden.

So funktioniert das Übersetzungsverhältnis eines Planetengetriebes

Die Motorleistung treibt das Sonnenrad an, während die Planetenräder die Drehung auf den Träger übertragen. Das Hohlrad umgibt die Planetenräder und ermöglicht eine kompakte Drehmomentübertragung.

Mehrere Planetenräder verteilen die Last gleichmäßig, sodass Planetengetriebe ein hohes Drehmoment bei kompakter Bauweise für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot und hohen Kräften liefern können.

Das Übersetzungsverhältnis hängt von der Zahnanzahl des Sonnenrads und des Hohlrads sowie von der Anzahl der Untersetzungsstufen ab.

Warum das Übersetzungsverhältnis bei Planetengetriebemotoren wichtig ist

Das Übersetzungsverhältnis beeinflusst Drehmoment, Drehzahl und Leistung. Es verändert die Leistungsfähigkeit des gesamten Antriebssystems.

Ein höheres Übersetzungsverhältnis bedeutet in der Regel:

• Niedrigere Abtriebsdrehzahl
• Höheres Abtriebsdrehmoment
• Bessere Lastübertragungsfähigkeit
• Langsamere Beschleunigungsreaktion
• Möglicherweise höhere Spielakkumulation
• Mehr Getriebestufen bei einigen Ausführungen

Ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis bedeutet in der Regel:

• Höhere Abtriebsdrehzahl
• Geringeres Abtriebsdrehmoment
• Schnellere Reaktion
• In vielen Fällen besserer Wirkungsgrad
• Geringere Untersetzungsleistung

Die Wahl eines falschen Übersetzungsverhältnisses kann zu einer schlechten Leistung führen, selbst wenn der Motor selbst leistungsstark genug erscheint.

Übersetzungsverhältnis vs. Drehzahl

Die direkteste Auswirkung des Übersetzungsverhältnisses ist die Reduzierung der Abtriebsdrehzahl.

Bleibt die Motordrehzahl gleich, führt ein höheres Übersetzungsverhältnis zu einer niedrigeren Abtriebsdrehzahl.

Motordrehzahl	Übersetzungsverhältnis	Ungefähre Abtriebsdrehzahl	Geeignete Anwendung
3000 U/min	5:1	600 U/min	Schnelle Bewegung, geringe Belastung
3000 U/min	10:1	300 U/min	Allgemeine Automatisierung
3000 U/min	30:1	100 U/min	Mittlere Drehzahl, höheres Drehmoment
3000 U/min	50:1	60 U/min	Hohe Belastung, langsamere Bewegung
3000 U/min	100:1	30 U/min	Hohes Drehmoment, niedrige Drehzahl

Für Anwendungen mit hohen Drehzahlen, wie z. B. kleine Förderantriebe oder leichte Stellantriebe, kann ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis ausreichend sein.

Für langsame und kraftvolle Bewegungen, wie z. B. Heben, Indexieren, Spannen oder rotierende Positionierung, ist in der Regel ein höheres Übersetzungsverhältnis erforderlich.

Übersetzungsverhältnis vs. Drehmoment

Das Übersetzungsverhältnis erhöht auch das Abtriebsdrehmoment.

Wenn das Übersetzungsverhältnis steigt, vervielfacht das Getriebe das Drehmoment des Motors. Dadurch kann ein kleinerer Motor eine schwerere Last antreiben.

Ein 1-Nm-Motor mit einem 20:1-Getriebe bei 90 % Wirkungsgrad erzeugt:

Ausgangsdrehmoment = 1 × 20 × 0,9 = 18 Nm

Ein höheres Übersetzungsverhältnis ist nicht immer die beste Wahl für jede Anwendung. Sehr hohe Übersetzungsverhältnisse können den Wirkungsgrad verringern, die Größe des Getriebes erhöhen, das Spiel vergrößern und die Ausgangsdrehzahl begrenzen.

Das richtige Übersetzungsverhältnis sollte Drehmoment, Drehzahl, Präzision, Wirkungsgrad und Kosten in Einklang bringen.

Übliche Übersetzungsbereiche bei Planetengetriebemotoren

Planetengetriebemotoren bieten eine Vielzahl von Untersetzungsverhältnissen. Zu den gängigen Übersetzungen gehören 3:1, 5:1, 10:1, 20:1, 30:1, 50:1, 100:1 und höher.

Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Übersetzungsbereiche.

Übersetzungsbereich	Hauptmerkmal	Übliche Anwendungen
3:1–10:1	Höhere Drehzahl, mittleres Drehmoment	Leichte Automatisierung, kleine Förderanlagen, Drehantriebe
10:1–30:1	Ausgewogenes Verhältnis von Drehzahl und Drehmoment	Verpackungsmaschinen, intelligente Geräte, medizinische Geräte
30:1–100:1	Höheres Drehmoment, niedrigere Drehzahl	Hubsysteme, Rundschalttische, Hochleistungsantriebe
100:1+	Sehr niedrige Drehzahl, hohes Drehmoment	Spezialmaschinen, langsame Positionierung, Schwerlastsysteme

Für die meisten industriellen Anwendungen werden üblicherweise Übersetzungsverhältnisse zwischen 10:1 und 50:1 verwendet, da sie ein praktisches Gleichgewicht zwischen Abtriebsdrehzahl und Drehmoment bieten.

Einstufige vs. mehrstufige Planetengetriebe

Planetengetriebe können mit einer oder mehreren Getriebestufen gebaut werden.

Ein einstufiges Planetengetriebe bietet in der Regel ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis und einen höheren Wirkungsgrad. Ein mehrstufiges Planetengetriebe kombiniert mehrere Untersetzungsstufen, um ein höheres Gesamtübersetzungsverhältnis zu erreichen.

Beispiel:

Eine erste Stufe von 5:1 und eine zweite Stufe von 4:1 ergeben ein Gesamtübersetzungsverhältnis von:

5 × 4 = 20:1

Mehrstufige Konstruktionen sind nützlich, wenn ein hohes Drehmoment und eine niedrige Drehzahl benötigt werden, können jedoch auch die Länge des Getriebes, die Kosten und die mechanischen Verluste erhöhen.

So wählen Sie das richtige Übersetzungsverhältnis

Die Auswahl des richtigen Übersetzungsverhältnisses für einen Planetengetriebemotor sollte von den tatsächlichen Anwendungsanforderungen ausgehen, nicht nur vom Motorkatalog.

Legen Sie vor der Auswahl die Abtriebsdrehzahl, die Drehmomentbelastung, den Einschaltdauer, die Platzverhältnisse, die Präzisionsanforderungen und die Betriebsbedingungen fest.

Bestimmen Sie die erforderliche Abtriebsdrehzahl

Ermitteln Sie zunächst die Enddrehzahl, die Ihre Anlage benötigt.

Beispiel:

• Geschwindigkeit der Förderrolle
• Drehzahl des Drehtisches
• Bewegungsgeschwindigkeit des Stellantriebs
• Taktgeschwindigkeit der Verpackungsmaschine
• Drehgeschwindigkeit des Robotergelenks

Sobald die erforderliche Ausgangsgeschwindigkeit bekannt ist, können Sie das ungefähre Übersetzungsverhältnis berechnen.

Übersetzungsverhältnis = Nenndrehzahl des Motors ÷ Erforderliche Ausgangsgeschwindigkeit

Beispiel: Motor mit 3000 U/min, erforderliche Ausgangsgeschwindigkeit 150 U/min.

3000 ÷ 150 = 20

Ein Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 20:1 könnte als Ausgangspunkt geeignet sein.

Berechnung des erforderlichen Abtriebsdrehmoments

Nach der Drehzahl ist das Drehmoment der nächste entscheidende Faktor.

Das Getriebe muss ein stabiles Drehmoment liefern, um eine sichere Bewegung der Last zu gewährleisten. Der Drehmomentbedarf hängt vom Lastgewicht, der Reibung, der Beschleunigung, dem Arbeitswinkel und dem äußeren Widerstand ab.

Bei der Konstruktion von B2B-Anlagen wird empfohlen, einen Sicherheitsfaktor einzubeziehen. Beträgt das berechnete Lastdrehmoment 10 Nm, kann die Wahl eines Getriebes, das 15–20 Nm aushält, eine höhere Zuverlässigkeit gewährleisten.

Das ausgewählte Getriebe darf jedoch sein Nenn-Drehmoment, sein Spitzendrehmoment oder seine radiale Belastbarkeit nicht überschreiten.

Berücksichtigen Sie den Wirkungsgrad des Getriebes

Planetengetriebe sind im Allgemeinen effizient, doch der Wirkungsgrad nimmt dennoch leicht ab, wenn weitere Stufen hinzugefügt werden.

Ein einstufiges Getriebe kann einen höheren Wirkungsgrad aufweisen als ein mehrstufiges Getriebe. Wenn Energieverbrauch, Wärmeentwicklung oder Batterielebensdauer eine wichtige Rolle spielen, sollte der Wirkungsgrad des Getriebes sorgfältig geprüft werden.

Dies ist besonders wichtig für:

• Batteriebetriebene Geräte
• Medizinische Geräte
• Intelligente Möbelsysteme
• Mobile Roboter
• Kompakte Automatisierungsmodule

Anforderungen an das Spiel prüfen

Spiel ist das Spiel im Getriebe, das sich auf Präzision und Stabilität auswirkt. Für einfache Drehzahlreduzierung oder Lastantrieb kann Standardspiel akzeptabel sein.

Für Präzisionsanwendungen wird ein Planetengetriebe mit geringem Spiel bevorzugt.

Typische Anwendungen, die geringeres Spiel erfordern, sind unter anderem:

• Servomotorsysteme
• Robotergelenke
• CNC-Hilfsachsen
• Automatisierte Prüfgeräte
• Präzisionsdrehtische

Ein höheres Übersetzungsverhältnis mit mehreren Stufen kann das Gesamtspiel erhöhen, daher sollte das Übersetzungsverhältnis unter Berücksichtigung der Präzisionsanforderungen ausgewählt werden.

Anpassung des Übersetzungsverhältnisses an den Motortyp

Planetengetriebe können mit verschiedenen Motortypen kombiniert werden, darunter Gleichstrommotoren, bürstenlose Gleichstrommotoren, Schrittmotoren und Servomotoren.

Verschiedene Motoren weisen unterschiedliche Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien auf.

Beispiel:

Ein bürstenloser Gleichstrommotor kann mit höherer Drehzahl laufen und profitiert von einer höheren Untersetzung, um ein stabiles Ausgangsdrehmoment zu erzeugen.

Ein Schrittmotor benötigt möglicherweise ein Getriebe, um das Drehmoment zu erhöhen und die Lasthaltung zu verbessern, doch ein zu hohes Übersetzungsverhältnis kann die Ansprechgeschwindigkeit verringern.

Ein Servomotor erfordert häufig ein Planetengetriebe zur Drehmomentvervielfachung, Trägheitsanpassung und präzisen Positionierung.

Berücksichtigen Sie die Art der Last und den Arbeitszyklus

Das gleiche Übersetzungsverhältnis kann unter verschiedenen Lastbedingungen unterschiedlich ausfallen.

Für eine leichte, intermittierende Anwendung kann ein kleineres Getriebe verwendet werden. Eine kontinuierliche Anwendung mit hoher Last erfordert eine höhere Drehmomentkapazität, eine bessere Wärmeableitung und eine robustere Getriebekonstruktion.

Sie sollten Folgendes berücksichtigen:

• Dauerbetrieb oder intermittierender Betrieb
• Häufige Start-Stopp-Zyklen
• Stoßbelastung oder gleichmäßige Belastung
• Horizontale oder vertikale Bewegung
• Erforderliche Lebensdauer
• Betriebstemperatur und Umgebung

Für Hebe- oder vertikale Lastanwendungen ist in der Regel eine höhere Sicherheitsmarge erforderlich.

Häufige Fehler bei der Auswahl

Viele Probleme mit Getriebemotoren sind auf eine falsche Auswahl des Übersetzungsverhältnisses zurückzuführen.

Auswahl ausschließlich nach Drehmoment

Manche Käufer konzentrieren sich ausschließlich auf das Drehmoment und wählen ein sehr hohes Übersetzungsverhältnis. Dies kann die Abtriebsdrehzahl zu stark reduzieren und die Maschineneffizienz beeinträchtigen.

Ignorieren von Effizienzverlusten

Höhere Übersetzungsverhältnisse erfordern in der Regel mehrstufige Getriebekonstruktionen. Mehr Stufen können Reibung und Wärmeentwicklung erhöhen, insbesondere bei kompakten Getriebemotoren.

Ignorieren des Spiels

Für Positionieranwendungen reicht das Drehmoment nicht aus. Auch das Spiel muss berücksichtigt werden.

Auswahl eines überdimensionierten Getriebes

Ein größeres Getriebe kann Kosten, Gewicht und den Montageaufwand erhöhen. Das optimale Modell ist dasjenige, das zu Ihrer Anwendung passt.

Ignorieren der tatsächlichen Betriebsbedingungen

Katalogdaten basieren in der Regel auf Standard-Testbedingungen. In realen Anwendungen können Staub, Vibrationen, Stoßbelastungen, hohe Temperaturen oder lange Betriebszeiten auftreten.

Leitfaden zur Auswahl des Übersetzungsverhältnisses nach Anwendung

Anwendung	Empfohlener Übersetzungsbereich	Wichtige Auswahlkriterien
Förderantrieb	5:1–30:1	Drehzahlstabilität, Drehmoment, Dauerbetrieb
Robotergelenk	20:1–100:1	Drehmomentdichte, Spiel, Präzision
Verpackungsmaschine	10:1–50:1	Taktgeschwindigkeit, Zuverlässigkeit, kompakte Bauweise
Medizinische Geräte	10:1–60:1	Geringe Geräuschentwicklung, gleichmäßige Bewegung, Sicherheit
Intelligente Möbel	20:1–100:1	Leiser Betrieb, hohe Tragkraft, kompakte Bauweise
Drehtisch	30:1–100:1	Positioniergenauigkeit, Abtriebsdrehmoment
Linearantriebssystem	20:1–100:1	Hubkraft, selbsthemmende Ausführung, Lebensdauer

Diese Bereiche dienen nur als allgemeine Richtwerte. Die endgültige Auswahl sollte auf einer detaillierten Drehmomentberechnung, den Drehzahlanforderungen und den Getriebespezifikationen basieren.

Auswahl eines Übersetzungsverhältnisses

Angenommen, eine Automatisierungsvorrichtung verwendet einen Motor mit einer Nenndrehzahl von 3000 U/min. Die gewünschte Abtriebsdrehzahl beträgt 100 U/min.

Das Übersetzungsverhältnis lässt sich wie folgt berechnen:

3000 ÷ 100 = 30

Somit kommt ein Planetengetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 30:1 in Betracht.

Nehmen wir als Nächstes an, das erforderliche Abtriebsdrehmoment beträgt 12 Nm. Bei einem Wirkungsgrad des Getriebes von 90 % ergibt sich das erforderliche Motordrehmoment wie folgt:

12 ÷ 30 ÷ 0,9 = 0,44 Nm

In diesem Fall sollte der Motor ein Nenndrehmoment von mindestens 0,44 Nm liefern und das Getriebe ein Ausgangsdrehmoment von mindestens 12 Nm unterstützen. Je nach Einschaltdauer und Lastart sollte zudem ein Sicherheitsfaktor hinzugerechnet werden.

Wenn die Anwendung häufige Start-Stopp-Bewegungen, Stoßbelastungen oder vertikales Heben beinhaltet, kann eine höhere Drehmomentreserve erforderlich sein.