Getriebemotoren sind ein Eckpfeiler moderner Antriebssysteme. Sie vereinen Elektromotor und Getriebe zu einer kompakten, effizienten Einheit. Die Übersetzung ist entscheidend für die Gesamtleistung des Systems. Ob Roboter, Förderbänder, medizinische Geräte oder die industrielle Automatisierung – das Verständnis der Auswirkungen der Übersetzung auf Drehzahl und Drehmoment ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Getriebemotors für jede Anwendung.

Übersetzungsverhältnisse bei Getriebemotoren

Was ist ein Übersetzungsverhältnis?

In einem Getriebemotorsystem bestimmt das Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangszahnrad das Übersetzungsverhältnis, das wiederum bestimmt, wie Geschwindigkeit und Drehmoment umgewandelt werden.

Formel:

Übersetzungsverhältnis = Anzahl der Zähne am Ausgangszahnrad/Anzahl der Zähne am Eingangszahnrad

Alternativ für Getriebemotoren:

Übersetzungsverhältnis = Eingangsdrehzahl (Motordrehzahl)/Ausgangsdrehzahl (Getriebedrehzahl)

Beispiel:

Wenn der Motor mit 3000 U/min dreht und die Getriebeausgangswelle mit 100 U/min rotiert, beträgt das Übersetzungsverhältnis:

3000/100 = 30:1

Einfluss der Übersetzungsverhältnisse auf Geschwindigkeit und Drehmoment

Die Hauptaufgabe von Übersetzungsverhältnissen besteht darin, Drehzahl in Drehmoment und umgekehrt umzuwandeln. Bei Getriebemotoren ist diese Umwandlung entscheidend, um die mechanischen Anforderungen verschiedener Anwendungen zu erfüllen.

Übersetzungsverhältnis-Typ Geschwindigkeitsänderung Drehmomentänderung Anwendungsbeispiel
Hohes Verhältnis (z. B. 100:1) Ausgangsgeschwindigkeit stark reduziert Drehmoment stark erhöht Hebevorrichtungen, Förderbänder
Niedriges Verhältnis (z. B. 5:1) Ausgangsgeschwindigkeit leicht reduziert Drehmoment leicht erhöht Robotik, Ventilatoren, Pumpen
1:1 Verhältnis Keine Änderung Keine Änderung Direktantriebssysteme

Haupteffekte:

Höhere Übersetzungsverhältnisse = Niedrigere Geschwindigkeit, höheres Drehmoment

Niedrigere Übersetzungsverhältnisse = Höhere Geschwindigkeit, geringeres Drehmoment

Diese Beziehung ist umgekehrt proportional: Erhöht man den einen Wert, verringert sich der andere.

Drehmoment-Drehzahl-Kompromiss erklärt

Getriebemotoren unterliegen dem Prinzip der Leistungserhaltung abzüglich mechanischer Verluste. Wenn ein Motor eine bestimmte Leistung (P) erzeugt, dann:

P = Drehmoment × Winkelgeschwindigkeit

Wird die Drehzahl (Winkelgeschwindigkeit) über ein Getriebe reduziert, muss bei gleichbleibender Leistung (und Vernachlässigung von Verlusten) das Drehmoment steigen.

Formel zur Drehmomentverstärkung:

Ausgangsdrehmoment = Motordrehmoment × Übersetzungsverhältnis × Wirkungsgrad

Effizienzfaktor:

Getriebe sind nicht zu 100 % effizient. Typische Wirkungsgrade liegen zwischen:

  • Stirnräder: 95–98 %
  • Planetengetriebe: 90–95 %
  • Schneckengetriebe: 70–90 %

Auswahl der richtigen Übersetzung

Getriebearten und ihre Übersetzungsverhältnisse

Stirnradgetriebe

  • Einfaches Design, leicht herzustellen
  • Wird in Anwendungen mit niedriger Geschwindigkeit und niedrigem Drehmoment verwendet
  • Übersetzungsverhältnisse: 1:1 bis 12:1 typischerweise

Planetengetriebe

  • Hohe Drehmomentdichte
  • Kompakte Größe
  • Verhältnisse: 3:1 bis 100:1+

Schneckengetriebe

  • Hohe Übersetzungsverhältnisse in einer einzigen Stufe (bis zu 100:1)
  • Selbsthemmende Funktion
  • Geringerer Wirkungsgrad durch Schleifkontakt

Auswahl der richtigen Übersetzung

Bei der Auswahl eines Getriebemotors ist die Wahl des richtigen Übersetzungsverhältnisses entscheidend, um sicherzustellen, dass der Motor:

  • Arbeitet mit der gewünschten Geschwindigkeit und dem gewünschten Drehmoment
  • Verhindert Überhitzung oder Abwürgen
  • Entspricht den Belastungsanforderungen

Praktische Überlegungen:

  • Lastdrehmomentbedarf: Berechnen Sie, wie viel Drehmoment Ihre Anwendung benötigt.
  • Motordrehmoment: Stellen Sie sicher, dass der Motor unter Berücksichtigung von Übersetzungsverhältnis und Effizienzverlusten ein ausreichendes Drehmoment liefert.
  • Geschwindigkeitsanforderung: Wählen Sie ein Verhältnis, das die Motordrehzahl auf die Zieldrehzahl senkt.
  • Arbeitszyklus: Bei Dauerbetrieb sollte das Wärmemanagement priorisiert werden.

Beispiele aus der Praxis

Lassen Sie uns den Zusammenhang zwischen Übersetzungsverhältnis, Drehzahl und Drehmoment anhand von Beispielen veranschaulichen.

Beispiel 1: Fördersystem

Spezifikation Wert
Motordrehzahl 3000 U/min
Erforderliche Riemengeschwindigkeit 100 U/min
Erforderliches Lastmoment 10 Nm
Getriebewirkungsgrad 90 %

Schritt 1: Berechnen Sie das erforderliche Übersetzungsverhältnis

Übersetzungsverhältnis = 3000/100 = 30:1

Schritt 2: Motordrehmoment berechnen

  • Motordrehmoment = 10 Nm/30 × 0,9 = 0,37 Nm
  • Somit kann ein Motor mit mindestens 0,4 Nm Drehmoment und einem 30:1-Getriebe das System antreiben.

Gängige Übersetzungsverhältnisse und ihre Anwendungen

Übersetzungsverhältnis Ausgangsdrehzahl (bei Motor = 3000 U/min) Drehmomentzuwachs Typische Anwendung
5:1 600 U/min 5× Kleine Pumpen, Ventilatoren
10:1 300 U/min 10× Leichtförderbänder
30:1 100 U/min 30× Verpackungsmaschinen
60:1 50 U/min 60× Hebeplattformen
100:1 30 U/min 100× Schwere Industrieantriebe

Berechnen der Ausgabeparameter

Wenn ein Motor und ein Übersetzungsverhältnis vorliegen, können Sie das Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl wie folgt bestimmen:

Ausgangsdrehzahl = Motordrehzahl/Übersetzungsverhältnis

Ausgangsdrehmoment = Motordrehmoment × Übersetzungsverhältnis × Wirkungsgrad

Beispieltabelle:

Motordrehmoment (Nm) Übersetzungsverhältnis Wirkungsgrad (%) Ausgangsdrehmoment (Nm)
0,5 10:1 95 % 4,75
0,5 20:1 90 % 9,00
0,5 50:1 85 % 21,25

Wenn das Übersetzungsverhältnis nicht stimmt

Eine falsche Gangwahl kann zu Folgendem führen:

  • Überdrehzahl: Unzureichendes Drehmoment, Gefahr des Abwürgens
  • Überdrehmoment: Überbeanspruchung mechanischer Teile
  • Hitzestau: Ineffiziente Kraftübertragung
  • Systeminstabilität: Schwingungen in präzisen Steuerungssystemen

So vermeiden Sie diese Probleme:

  • Berechnen Sie immer die Drehmomentreserve
  • Motorkennlinien und Getriebekennwerte einsehen
  • Berücksichtigen Sie Trägheit und Lastschwankungen

Tipps zur Optimierung des Übersetzungsverhältnisses

  • Beginnen Sie mit den Lastanforderungen: Die Geschwindigkeits- und Drehmomentanforderungen bestimmen Ihre Motor-Getriebe-Wahl.
  • Vermeiden Sie eine Übersetzung: Hohe Übersetzungsverhältnisse reduzieren die Geschwindigkeit zu stark und erhöhen die Systemgröße.
  • Berücksichtigen Sie das Spiel: Getriebe mit hoher Übersetzung können Spiel verursachen, das für Präzisionsaufgaben entscheidend ist.
  • Sicherheitsmarge berücksichtigen: Addieren Sie für reale Bedingungen 20–30 % zum Drehmomentbedarf.
  • Test unter Last: Simulieren Sie die tatsächlichen Bedingungen, um sicherzustellen, dass der Getriebemotor zuverlässig funktioniert.

Die Übersetzungsverhältnisse sind entscheidend für die Leistung eines Getriebemotors. Sie beeinflussen direkt die Leistungsabgabe des Motors – indem sie die Drehzahl reduzieren und das Drehmoment erhöhen oder umgekehrt. Die Wahl der richtigen Übersetzung stellt sicher, dass Ihr Getriebemotor die Anwendungsanforderungen effizient, zuverlässig und sicher erfüllt.

Als Getriebemotorenhersteller bieten wir anpassbare Übersetzungsverhältnisse, die Ihren spezifischen Drehzahl- und Drehmomentanforderungen entsprechen. Unser Engineering-Team unterstützt Sie bei der Auswahl oder Konstruktion von Getriebemotoren, die Ihre Systemleistung optimieren und gleichzeitig die Energieeffizienz und Langlebigkeit maximieren.

Ganz gleich, ob Sie Produktionslinien automatisieren oder Präzisionsroboter entwickeln: Das Verständnis der Übersetzungsverhältnisse ermöglicht Ihnen intelligentere Entscheidungen, die Ihre Projekte voranbringen.