Ratgeber
Getriebemotoren: Leistungsstarke Motoren für Ihren Betrieb
Die Entwicklung von Elektromotoren begann in den frühen 1820er Jahren mit Pionieren wie Michael Faraday. Über die Jahre hinweg verbesserten zahlreiche Erfinder die Effizienz und Leistungsfähigkeit von Elektromotoren – nicht zuletzt durch die Integration von Getrieben.
Sie gab es in verschiedenen Formen schon lange vor der Erfindung des Elektromotors, zum Beispiel in mechanischen Geräten und Uhren. In der modernen Technik haben sich Getriebemotoren weiter spezialisiert. In unserem Ratgeber stellen wir Ihnen die wichtigsten Typen vor und erklären deren Funktion.
Ein elektrischer Getriebemotor ist eine Kombination aus einem Elektromotor und einem Getriebe. Diese Konfiguration verbessert die Effizienz der Kraftübertragung und passt die Leistung des Motors an spezifische Anforderungen an.
Der Getriebeteil des Motors ändert dabei das Drehmoment und die Geschwindigkeit. Durch die Getriebeübersetzung kann der Motor bei höherer Geschwindigkeit laufen, während das Getriebe die Drehzahl auf ein nutzbares Niveau reduziert und gleichzeitig das Drehmoment erhöht.
Der integrierte Aufbau des Getriebemotors spart Platz und kann effizienter sein als der separate Einsatz von Motor und Getriebe. Dies ist besonders in Anwendungen vorteilhaft, bei denen die Abmessungen for den Motoreinbau beschränkt sind.
Zu finden sind elektrische Getriebemotoren in vielen Bereichen, darunter in der Automatisierungstechnik, im Maschinenbau, in der Fertigung und in der Robotik.
Typen und Bauformen von Getriebemotoren
Grundsätzlich lässt sich ein moderner Elektromotor entweder mit Wechselstrom – AC – oder Gleichstrom – DC – betreiben. Der AC-Getriebemotor ist eine integrierte Einheit, bestehend aus einem Wechselstrommotor und einem Getriebe. Mit dieser Kombination sind das Drehmoment und die Geschwindigkeit für verschiedene industrielle und mechanische Anwendungen anpassbar.
Mit Stator wird der feststehende Teil des AC-Elektromotors bezeichnet. Er enthält Wicklungen, durch die Wechselstrom fließt und ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Der bewegliche Rotor befindet sich im Inneren des Stators und enthält einen Elektromagneten. Er wird durch das magnetische Feld des Stators zum Drehen gebracht. In den meisten AC-Motoren ist der Rotor als Käfigläufer ausgeführt.
Das von den Statorwicklungen erzeugte Magnetfeld ändert wie der zugeführte Wechselstrom periodisch seine Richtung. Diese Wechselwirkung erzeugt eine Drehkraft, das sogenannte Drehmoment, das den Rotor in Bewegung setzt.
Wechselstrommotoren sind besonders nützlich in Anwendungen, in denen eine hohe Leistung bei geringerer Geschwindigkeit benötigt wird. Dazu gehören zum Beispiel Förderbänder, Aufzüge oder andere Antriebssysteme. Die Leistung – also die Geschwindigkeit und das Drehmoment – des Elektromotors lassen sich durch verschiedene Methoden steuern, etwa durch Frequenzumrichter. Sie variieren die Frequenz und die Amplitude des an den Motor angelegten Wechselstroms.
Ein DC-Getriebemotor kombiniert einen Gleichstrommotor mit einem Getriebe. Diese Variante wird oft in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine präzise Steuerung der Motorgeschwindigkeit erforderlich ist.
Wie der Motor mit Wechselstromantrieb besitzt auch der Gleichstrommotor einen Stator und einen Rotor. Während in früheren DC-Motoren ein sogenannter mechanischer Kommutator und Bürsten für den Wechsel der Stromrichtung sorgten, dominieren heute bürstenlose Motoren den Markt. Sie sind in vielen modernen Anwendungen weit verbreitet, da diese Motoren effizienter, langlebiger und wartungsärmer.
Der Stator eines bürstenlosen DC-Motors enthält mehrere Elektromagnetspulen, die ein rotierendes Magnetfeld erzeugen. Er ist in der Regel feststehend.
Im Gegensatz zu gebürsteten Motoren, bei denen der Rotor aus einem oder mehreren Elektromagneten besteht, enthält der Rotor eines bürstenlosen Motors Permanentmagnete. Der Polwechsel erfolgt durch einen elektronischen Controller. Er ersetzt die mechanischen Bürsten und den Kommutator und steuert die Stromzufuhr zu den Statorspulen des Motors.
DC-Getriebemotoren sind in einer Vielzahl von Anwendungen zu finden, darunter in automatisierten Geräten, in der Robotik und in Fahrzeugen. Die Steuerung der Motorgeschwindigkeit und damit der Leistung erfolgt typischerweise durch Variation der angelegten Spannung oder durch Verwendung von elektronischen Drehzahlreglern zur Anpassung von Spannung und Strom.
Typen und Bauformen von Getrieben
Jeder Typ und jede Bauform besitzt spezifische Vor- und Nachteile, die bei der Auswahl eines Getriebemotors für eine bestimmte Anwendung berücksichtigt werden sollten. Die wichtigsten Kriterien sind Drehmomentgröße, Geschwindigkeitskontrolle, Raumverfügbarkeit und andere betriebliche Anforderungen.
1. Antriebszahnrad | 2.Antriebswelle |3.Abtriebswelle | 4. Abtriebszahnrad
Ein Stirnradgetriebe, oft auch als Zahnradgetriebe bezeichnet, ist eine der häufigsten Arten von Getrieben, die in der mechanischen Konstruktion verwendet werden. Es besteht aus Zahnrädern, deren Zähne parallel zur Motor-Drehachse angeordnet sind. Stirnradgetriebe sind extrem vielseitig und finden sich in vielen mechanischen Systemen, von Uhren und Haushaltsgeräten bis hin zu Autos und Industriemaschinen.
Sie sind besonders nützlich in Anwendungen, die eine zuverlässige, robuste und kostengünstige Lösung für die Drehmomentübertragung benötigen.
Vorteile
Einfache Herstellung und Montage.
Hohe Zuverlässigkeit und Effizienz bei der Kraftübertragung.
Vielseitigkeit in der Anwendung und die Fähigkeit, große Drehmomente zu übertragen.
Nachteile
Geräuschentwicklung bei hohen Geschwindigkeiten, insbesondere mit geraden Zähnen.
Erfordert eine präzise Ausrichtung und regelmäßige Wartung zur Vermeidung von Verschleiß und vorzeitigem Ausfall.
Ein Kegelradgetriebe wird hauptsächlich dazu verwendet, um die Drehbewegung zwischen sich schneidenden Achsen zu übertragen. Im Gegensatz zu Stirnrädern mit ihren parallelen Achsen, ermöglichen Kegelräder eine effiziente Kraftübertragung zwischen Achsen, die typischerweise in einem Winkel von 90 Grad zueinander stehen.
Kegelradgetriebe werden in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, von Fahrzeugen – wie in Differenzialen, die Kraft auf die Räder übertragen – bis hin zu industriellen Maschinen, bei denen präzise Winkelübertragungen notwendig sind.
Gefragt sind Kegelradgetriebe vor allem in Situationen, in denen die Raumverhältnisse eine kompakte und rechtwinklige Übertragung der Leistung erfordern.
Vorteile
Effiziente Übertragung von Drehmoment und Bewegung über rechtwinklige Achsen.
Kompakte Bauweise, die in beengten Platzverhältnissen eingesetzt werden kann.
Variabilität im Achsenwinkel, abhängig von der Konstruktion.
Nachteile
Kegelradgetriebe sind in der Herstellung komplizierter und teurer als einfache Stirnradgetriebe.
Sie benötigen präzise Montage und Ausrichtung, um vorzeitigen Verschleiß und Geräuschbildung zu vermeiden.
Haupteinsatzgebiet von Schneckengetrieben ist die Übertragung von Drehbewegungen zwischen nicht-parallelen, sich kreuzenden Achsen, typischerweise im rechten Winkel. Schneckengetriebe bestehen aus einer Schnecke und einem Schneckenrad.
Ein bemerkenswertes Merkmal vieler Schneckengetriebe ist die Selbsthemmung. Das bedeutet: Das Getriebe kann durch die Last nicht zurückgedreht werden. Dies ist besonders nützlich für Anwendungen wie Aufzüge oder Hebezeuge, bei denen Sicherheit gegen Rücklauf erforderlich ist. Nicht alle Schneckengetriebe sind allerdings selbsthemmend. Die Eigenschaft hängt von der Steigung der Schnecke und dem Reibungskoeffizienten zwischen den Materialien von Schnecke und Rad ab.
Vorteile
Hohe Untersetzungsrate in einem kompakten Design.
Kann selbsthemmend sein, was die Sicherheit in kritischen Anwendungen erhöht.
Läuft ruhig und kann hohe Belastungen vertragen.
Nachteile
Im Vergleich zu anderen Getriebearten weniger effizient aufgrund der hohen Gleitreibung zwischen Schnecke und Schneckenrad.
Potenzieller Verschleiß der Schnecke und des Schneckenrades aufgrund der Reibung.
1. Sonnenrad | 2. Hohlzahnrad | 3.Planetenradträger |
4. Planetenräder
Ein Planetengetriebe, auch bekannt als Epizykloidgetriebe, ist ein komplexes und hocheffizientes Getriebesystem, das typischerweise für hohe Leistungen in einem kompakten Raum verwendet wird. Es besteht aus mehreren Zahnrädern, angeordnet in einer einzigartigen Konfiguration, um die Drehbewegung und das Drehmoment effektiv zu übertragen und zu steigern.
Abhängig von der Konstruktion des Getriebes und dem gewünschten Ergebnis kann der Abtrieb über das Hohlzahnrad, den Planetenradträger oder das Sonnenrad erfolgen. In vielen Anwendungen dreht sich der Planetenradträger und führt die Abtriebswelle. Planetengetriebe sind daher eine bevorzugte Wahl für viele Ingenieure, wenn es um die zuverlässige und effiziente Übertragung von Drehbewegung und Drehmoment in einem kompakten Raum geht.
Vorteile
Planetengetriebe können sehr hohe Wirkungsgrade erreichen, da die Last über mehrere Punkte verteilt ist, was den internen Reibungsverlust reduziert.
Die Anordnung der Planetenräder um das Sonnenrad herum ermöglicht ein kompaktes und robustes Design.
Aufgrund der Lastverteilung auf mehrere Zahnräder können Planetengetriebe hohe Drehmomente bewältigen.