Jörg Horn­berger, Fach­ex­perte Entwick­lung Indus­tri­elle Antriebe
Markus Flaig, Leiter Entwick­lung Indus­tri­elle Antriebe

Die Dauer­leis­tung eines Motors wird in vielen Appli­ka­tionen durch seinen ther­mi­schen Haus­halt begrenzt. Damit der Motor in einer Anwen­dung nicht über­hitzt, ist eine opti­male Ausle­gung elementar. Für die Ausle­gung wird in der Regel auf das Nenn­mo­ment zurück­ge­griffen. Das bezieht sich aller­dings auf einen Motor, der im Dauer­be­trieb in einem klar defi­nierten Arbeits­punkt mit gleich­blei­bender Dreh­zahl und konstantem Dreh­mo­ment läuft. In diesem Fall stellt sich nach einer gewissen Zeit ein ther­misch einge­schwun­gener Betrieb ein.

In vielen Anwen­dungen, vor allem im dyna­mi­schen Betrieb, ändern sich jedoch die Arbeits­punkte ständig. Zum Beispiel bei einem Shuttle in einem Hoch­re­gal­lager. Sobald es den Auftrag erhält, ein Fördergut zu holen, beschleu­nigt es vom Start­punkt aus auf die benö­tigte Dreh­zahl. Es fährt dann mit konstanter Dreh­zahl in Rich­tung Zielort und bremst dort ab, um am gewünschten Punkt zum Stehen zu kommen. Die benö­tigten Dreh­mo­mente für Beschleu­ni­gung, Konstant­fahrt und Bremsen sind dabei jeweils unter­schied­lich. Das Beispiel verdeut­licht, dass in dyna­mi­schen Anwen­dungen mehr Para­meter in der Ausle­gung berück­sich­tigt werden müssen als in einem einfa­chen Dauer­be­trieb: Beschleu­ni­gungs-, Fahr- und Brems­mo­mente sowie Still­stands­zeiten.

Beispiel­zy­klus für ein Effek­tiv­mo­ment

Die am Anfang darge­stellte Formel für das effek­tive Dreh­mo­ment bildet einen solchen Zyklus­be­trieb idea­li­siert ab. M_A und t_A berück­sich­tigen dabei Anlauf­mo­ment und Hoch­lauf­zeit — um im Beispiel zu bleiben, die Beschleu­ni­gungs­phase des Shut­tles. M_L und t_L Last­mo­ment und Belas­tungs­zeit der Fahrt zum Zielort, während M_Br und t_Br den Brems­vor­gang in die Formel inte­grieren. Mit t_St wird auch die Still­stands­zeit (ohne Dreh­mo­ment) berück­sich­tigt.

Die Formel ist abhängig vom tatsäch­li­chen Zyklus beliebig erwei­terbar und ermög­licht es, das einem Dauer­be­trieb entspre­chende effek­tive Dreh­mo­ment zu bestimmen. So lässt sich beur­teilen, ob der gewählte Motor für die Anwen­dung geeignet ist. Das effek­tive Dreh­mo­ment der Appli­ka­tion muss dabei kleiner oder gleich dem Nenn­mo­ment des gewählten Motors sein.

Das effek­tive Dreh­mo­ment ist eine Hilfe für die Auswahl des passenden Motors. In der Motor­ent­wick­lung verwenden wir reprä­sen­ta­tive Arbeits­punkte (Dauer­be­trieb) für die Ausle­gung und Charak­te­ristik der verschie­denen Motor­größen. Sie basieren auf Erfah­rungs­werten aus Anwen­dungs­fällen.