Lastmoment
Als Lastmoment oder Gegenmoment bezeichnet man in der Antriebstechnik das Moment, das eine anzutreibende Arbeitsmaschine dem antreibenden Motor entgegensetzt.<ref name= "Quelle 4" /> Das Lastmoment setzt sich zusammen aus dem Trägheitsmoment der beweglichen Teile, der Reibung und der Last.<ref name= "Quelle 3" /> Um das Lastmoment zu überwinden, muss der antreibende Motor so dimensioniert sein, dass er ein Moment aufbringt, das während der gesamten Hochlaufphase über dem Gegenmoment der Arbeitsmaschine liegt.<ref name= "Quelle 1" />
Grundlagen
Das Anlaufverhalten eines Antriebes wird bestimmt durch das vom Motor entwickelte Drehmoment und den Gegenmomenten der anzutreibenden Maschine.<ref name="Quelle 5" /> Abhängig von der Differenz dieser beiden Momente kann die antreibende Maschine das vorhandene Beschleunigungsmoment nutzen, um auf Nenndrehzahl zu kommen.<ref name= "Quelle 4" /> Je größer das Beschleunigungsmoment ist, desto kleiner ist die Anlaufzeit, das heißt, desto schneller kommt der Motor auf Nenndrehzahl.<ref name= "Quelle 2" /> Die Höhe des Lastmoments hat einen Einfluss bei der Auswahl und Verwendung des jeweiligen erforderlichen Anlassverfahrens.<ref name="Quelle 5" /> Bei Betrieb mit wechselnder Drehzahl wird das Lastmoment als Funktion der Drehzahl (Lastmomentkennlinie) angegeben.<ref name= "Quelle 1" /> Das den Antrieb bestimmende Lastmoment kann auch höher sein als das bei Betrieb mit konstanter Drehzahl, wenn ein Drehzahlbereich mit höherem Drehmoment durchfahren werden muss, oder wenn schnell angefahren, das heißt schnell beschleunigt, werden soll.<ref name= "Quelle 2" /> Das Beschleunigungsmoment hängt vom Trägheitsmoment der hochzufahrenden Arbeitsmaschine und der Kraftmaschine und von der vorgegebenen Anfahrzeit ab.<ref name="Quelle 6" />
Lastmoment als Funktion der Drehzahl: Lastmomentkennlinien
Man unterscheidet folgende vier Grundabhängigkeiten:
- Lastmoment konstant
- Lastmoment linear ansteigend
- Lastmoment quadratisch ansteigend
- Lastmoment linear-reziprok abnehmend
Quelle:<ref name="Quelle 5" />
Lastmoment konstant
Das Lastmoment ist konstant über den gesamten Drehzahlbereich.
- <math>M \approx konst.</math>
Die erforderliche Leistung steigt hierbei proportional mit der Drehzahl an.<ref name="Quelle 7" />
- <math>P \thicksim n</math>
Dieses Lastmoment gilt für Werkzeugmaschinen bei konstanter Schnittgeschwindigkeit, Förderbänder, Krane, Walzwerke, Hebezeuge, Winden und Extrudern.<ref name="Quelle 6" />
Lastmoment linear ansteigend
Das Lastmoment steigt proportional mit der Drehzahl an.
- <math>M \thicksim n</math>
Die erforderliche Antriebsleistung wächst quadratisch mit der Drehzahl.<ref name="Quelle 7" />
- <math>P \thicksim n^2</math>
Typisch ist dieses Lastmoment bei Kalandern (zur Bearbeitung von Papier, Textilien oder Gummifolien), Wirbelstrombremsen, Frequenzumformern, Generatoren (aufgrund von geschwindigkeitsproportionaler Reibung).<ref name="Quelle 5" />
Lastmoment quadratisch ansteigend
Das Lastmoment steigt mit dem Quadrat der Drehzahl an.
- <math>M \thicksim n^2</math>
Die erforderliche Leistung wächst mit der dritten Potenz der Drehzahl.<ref name="Quelle 7" />
- <math>P \thicksim n^3</math>
Immer dann, wenn Flüssigkeits- oder Luftwiderstände zu überwinden sind, sind diese Zusammenhänge relevant. Arbeitsmaschinen mit quadratisch ansteigendem Lastmoment sind Gebläse, Kreiselpumpen, Verdichter, Zentrifugen.<ref name="Quelle 6" />
Lastmoment linear-reziprok abnehmend
Das Lastmoment fällt linear-reziprok zur Drehzahl.
- <math>M \thicksim 1/n</math>
Die erforderliche Antriebsleistung bleibt konstant.<ref name="Quelle 7" />
- <math>P \approx konst.</math>
Typische Arbeitsmaschinen mit diesem Verhalten sind Dreh- und Wickelmaschinen.<ref name="Quelle 5" /><ref name="Quelle 6" />
Antriebsauslegung
Die Antriebsmaschinen für Arbeitsmaschinen sind vielfältig.<ref name="Quelle 7" /> Die heute häufigsten Antriebsmaschinen sind Verbrennungs- und Elektromotoren.<ref name="Quelle 6" /> Bei der Antriebsauslegung wird die Lastmomentkennlinie der anzutreibenden Arbeitsmaschine für die Auswahl des antreibenden Motors als Planungsgrundlage gewählt.<ref name="Quelle 5" /> Das vom Motor abgegebene Drehmoment ist gerade ausreichend, wenn sich die Motorkennlinie mit der Lastmomentkennlinie der Arbeitsmaschine im Betriebspunkt schneidet.<ref name="Quelle 7" /> Die Auslegung eines dieser Motoren kann ausschließlich mit Hilfe der Lastmomentkennlinie der anzutreibenden Arbeitsmaschine erfolgen, falls eine lange Anfahrzeit in Kauf genommen werden kann.<ref name= "Quelle 3" /> Die Antriebsmaschine ist dann genügend dimensioniert, wenn sich ihre Momentenkennlinie mit der Lastmomentkennlinie im Betriebspunkt der Arbeitsmaschine schneidet (Ausnahme, wenn „unter Last“ anzufahren ist, das Anlaufmoment höher als das Betriebsmoment ist und bei fallender Lastkennlinie).<ref name="Quelle 5" /> Für elektrische Motoren gilt als Faustregel, dass ihr Ausgangsmoment etwa 20 % höher als das Lastmoment der Arbeitsmaschine sein soll. Wenn schneller Hochlauf nötig ist, muss das Beschleunigungsmoment ermittelt und zum Lastmoment addiert werden.<ref name= "Quelle 2" />
Siehe auch
Literatur
- Andreas Kremser: Elektrische Maschinen und Antriebe, Grundlagen, Motoren und Anwendungen. 2. Auflage, Teubner Verlag, Stuttgart, 2004, ISBN 3-519-16188-5
- H.R. Risg: Elektrotechnik für den Praktiker. 1. Auflage, Buchverlag Elektrotechnik Walter Liechti, Aarau (Schweiz) 1990, ISBN 3-905214-11-3
Einzelnachweise
<references>
<ref name= "Quelle 1">Rockwell Automation (Hrsg.): Starten von Motoren. Grundlagen für die Praxis, S. 2.2.</ref> <ref name= "Quelle 2">Helmut Greiner: Anlaufen, Bremsen, Positionieren mit Drehstrommotoren. Danfoss GmbH, Online (abgerufen am 25. Juli 2016) S. 20, 23, 60–63, 68–69, 74, 76, 82.</ref> <ref name= "Quelle 3">ABB Automation Group Ltd (Hrsg.): Drehzahlgeregelte Antriebe. Technische Anleitung 4, Mannheim 2000, S. 16–18, 30.</ref> <ref name= "Quelle 4">Bundesamt für Konjunkturfragen (Hrsg.): Antriebstechnik im Maschinenbau. Ravel, Bern 1995, S. 25–28.</ref> <ref name="Quelle 5">Franz Moeller, Paul Vaske (Hrsg.): Elektrische Maschinen und Umformer. Teil 1 Aufbau, Wirkungsweise und Betriebsverhalten, 11. überarbeitete Auflage, B. G. Teubner, Stuttgart 1970, S. 19–23.</ref> <ref name="Quelle 6">Hans-Jürgen Bederke, Robert Ptassek, Georg Rothenbach, Paul Vaske: Elektrische Antriebe und Steuerungen 2. neu bearbeitete Auflage, B. G. Teubner, Stuttgart 1975, S. 11–17.</ref> <ref name="Quelle 7">Reinhard Mansius: Praxishandbuch Antriebsauslegung. Grundlagen - Tools - Beispiele. 2. überarbeitete und erweiterte Auflage. Vogel Business Media, Würzburg 2017, ISBN 978-3-8343-3406-0, S. 11–13.</ref>
</references>
Weblinks
- Kennlinien von Motoren und Arbeitsmaschinen (abgerufen am 21. Juli 2016)