Lastmoment

Als Lastmoment oder Gegenmoment bezeichnet man in der Antriebstechnik das an der Welle gemessene Drehmoment, das eine Arbeitsmaschine der antreibenden Kraftmaschine (Motor) entgegensetzt.

Dabei kann allein das Moment für den Betriebszustand bei konstanter Drehzahl (Nenndrehzahl) gemeint sein. Bei Betrieb mit wechselnder Drehzahl wird das Lastmoment als Funktion der Drehzahl (Lastmomentkennlinie) angegeben. Das den Antrieb bestimmende Lastmoment kann auch höher sein als das bei Betrieb mit konstanter Drehzahl, wenn ein Drehzahlbereich mit höherem erforderlichen Drehmoment durchfahren werden muss, oder wenn schnell angefahren, das heißt schnell beschleunigt werden soll. Das Beschleunigungsmoment hängt vom Trägheitsmoment der hochzufahrenden Arbeitsmaschine und der Kraftmaschine und von der vorgegebenen Anfahrzeit ab.

Lastmoment als Funktion der Drehzahl: Lastmomentkennlinien

Lastmomentkennlinie: konstantes Lastmoment, linear steigende Leistung

Lastmomentkennlinie: Lastmoment linear, Leistung quadratisch steigend

Lastmomentkennlinie: Lastmoment quadratisch, Leistung kubisch steigend

Lastmomentkennlinie: Lastmoment linear-reziprok abnehmend, Leistung konstant

Man unterscheidet folgende vier Grundabhängigkeiten:

• Lastmoment konstant
• Lastmoment linear ansteigend
• Lastmoment quadratisch ansteigend
• Lastmoment linear-reziprok abnehmend

Lastmoment konstant

Das Lastmoment ist konstant über der gesamten Drehzahlbereich.

$M \approx konst.$

Die erforderliche Leistung steigt hierbei proportional mit der Drehzahl an.

$P \thicksim n$

Dieses Lastmoment gilt für Werkzeugmaschinen bei konstanter Schnittgeschwindigkeit, Förderbänder, Krane, Walzwerke, Hebezeuge, Verdichter, Winden.

Lastmoment linear ansteigend

Das Lastmoment steigt proportional mit der Drehzahl an.

$M \thicksim n$

Die erforderliche Antriebsleistung wächst quadratisch mit der Drehzahl.

$P \thicksim n^2$

Typisch ist dieses Lastmoment bei Kalandern (zur Bearbeitung von Textil-, Papier- oder Gummifließen), Wirbelstrombremsen, Frequenzumformern, Generatoren.

Lastmoment quadratisch ansteigend

Das Lastmoment steigt mit dem Quadrat der Drehzahl an.

$M \thicksim n^2$

Die erforderliche Leistung wächst mit der dritten Potenz der Drehzahl.

$P \thicksim n^3$

Immer dann wenn Flüssigkeits- oder Luftwiderstände zu überwinden sind, sind diese Zusammenhänge vorhanden. Arbeitsmaschinen mit quadratisch ansteigendem Lastmoment sind Lüfter, Pumpen, Zentrifugen.

Lastmoment linear-reziprok abnehmend

Das Lastmoment fällt linear-reziprok zur Drehzahl.

$M \thicksim 1/n$

Die erforderliche Antriebsleistung bleibt konstant.

$P \approx konst.$

Typische Arbeitsmaschinen mit diesem Verhalten sind Drehmaschinen und Wickelmaschinen.

Antriebsauslegung

Die Antriebsmaschinen für Arbeitsmaschinen sind vielfältig. In annähernd chronologischer Reihenfolge sind es Wind- und Wasserräder, Dampfmaschinen, Verbrennungsmotoren, Wind-, Wasser-, Dampf- und Gasturbinen und Elektromotoren. Die heute häufigsten Antriebsmaschinen sind Verbrennungs- und Elektromotoren. Die Auslegung eines dieser Motoren kann ausschließlich mit Hilfe der Lastmomentkennlinie der anzutreibenden Arbeitsmaschine erfolgen, falls eine lange Anfahrzeit in Kauf genommen werden kann. 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). Für elektrische Motoren gilt als Faustregel, dass ihr Ausgangsmoment etwa 20% höheres Moment als das Lastmoment der Arbeitsmaschine sein soll. Wenn schneller Hochlauf nötig ist, muss das Beschleunigungsmoment ermittelt und zum Lastmoment addiert werden.

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

Weblinks

• Aseg-Antriebstechnik: Betriebsbedingungen
• AEM Dessau Drehstrom Asynchronmotoren
• Anlaufen, Bremsen, Positionieren mit Drehstrommotoren