Elektromotor 51)
Elektromotor-Glossar-Blog
Drehmoment beim D Mot

Was ist das Drehmoment beim Elektromotor? Wie unterscheiden
sich Leistung (kW) und Kraft (Nm)? Formel & Praxisbeispiele.

Leistung in Kilowatt ist nicht gleich Kraft: Das Drehmoment
eines Elektromotors hängt maßgeblich von der Drehzahl ab. Wir
erklären die physikalische Formel, typische Verluste und die
Unterschiede in der Praxis.

Elektromoto Glossar Blog Drehmoment mit Getriebe größere ... Nm

Das Drehmoment (vergleiche hierzu auch unseren Beitrag zum Anzugsmoment)
beschreibt die effektive mechanische Kraft, die an der Welle des Elektromotors
zur Verfügung steht. Diese Rotationskraft entsteht im Inneren des Motors durch
das Zusammenspiel der magnetischen Felder von Stator und Rotor. Die
Magnetfelder ziehen sich gegenseitig an und stoßen sich ab. Aus diesen
kontinuierlichen Teilbewegungen setzt sich die synchrone oder asynchrone
Rotorbewegung zusammen, die schließlich gleichmäßig und rund läuft.

Die Stärke dieser Magnetfelder ist grundlegend für das Drehmoment an der Welle.
Sie hängt direkt von der elektrischen Spannung und vor allem von der
Stromstärke ab, welche zusammen die zugeführte elektrische Leistung bilden.


Unterschied zwischen Leistung (kW) und Drehmoment (Nm)

In der Praxis wird die elektrische oder mechanische Leistung in Kilowatt (kW)
fälschlicherweise oft mit der tatsächlichen Kraft, dem Drehmoment in
Newtonmetern (Nm), gleichgesetzt. Das ist physikalisch jedoch nicht korrekt, da
die Drehzahl des Motors einen entscheidenden Einfluss auf das resultierende
Drehmoment nimmt.

Zur Vereinfachung lässt sich das Drehmoment eines Elektromotors mit folgender
Formel berechnen:

kW * 9800 / U/min = Nm

In der Praxis verdeutlicht diese Formel den klaren Zusammenhang:

* kW = Abgegebene Leistung des Elektromotors
* 9800 = Mathematische Konstante zur Umrechnung
* U/min = Drehzahl des Motors in Umdrehungen pro Minute
* Nm = Newtonmeter als Maßeinheit für das Drehmoment

Dieser kurze Ausflug in die Physik zeigt deutlich, dass Leistung allein nicht
für die Kraft des Elektromotors verantwortlich ist. Als anschauliche
Eselsbrücke dient folgender Vergleich: Ein Elektromotor mit einer bestimmten
Leistung in Kilowatt hat bei einer Drehzahl von ca. 1.500 U/min ein definiertes
Drehmoment in Newtonmetern. Besitzt ein Motor dieselbe Leistung in Kilowatt,
dreht jedoch mit 3.000 U/min, halbiert sich seine verfügbare Kraft.


Veranschaulichung aus der Praxis: Das Beispiel der Standbohrmaschine

Jeder, der schon einmal an einer klassischen Tisch- oder Standbohrmaschine den
Keilriemen umgelegt hat, kennt diesen Effekt aus der eigenen Erfahrung. Wird
die Riemenscheibe auf eine langsame Drehzahl eingestellt, lässt sich das
Bohrfutter selbst mit großem Kraftaufwand nicht mit der Hand festhalten.

Wird der Keilriemen hingegen auf eine schnelle Drehzahl umgelegt, kann man das
Bohrfutter deutlich einfacher stoppen. Die verfügbare Kraft – also das
Drehmoment – ist durch die höhere Drehzahl spürbar geringer geworden, obwohl
die Motorleistung absolut identisch geblieben ist.

Hinweis zur Drehzahlregelung: Bei der elektronischen Drehzahlveränderung über
einen Frequenzumrichter verhält sich der Drehmomentverlauf anders als bei einer
rein mechanischen Übersetzungsänderung per Keilriemen.


Elektrische Verluste und Wirkungsgrad des Motors

Strom und Spannung bestimmen als elektrische Leistung das Drehmoment
maßgeblich mit. Allerdings reicht die reine Betrachtung der Eingangsleistung
nicht aus. Es muss zwischen der aufgenommenen Leistung aus dem Stromnetz und
der tatsächlich abgegebenen Leistung an der Motorwelle unterschieden werden.

Die aus dem Stromnetz aufgenommene elektrische Leistung ist stets höher als die
mechanische Leistung an der Welle. Die Differenz zwischen diesen beiden Werten
entspricht den Verlusten des Elektromotors:

1. Wärmeverlust in den Wicklungen und im Blechpaket
2. Reibungsverlust in den Kugellagern und am Lüfterrad
3. Elektrischer und magnetischer Verlust (beispielsweise cos phi)

Erst wenn sämtliche Verlustleistungen abgezogen sind, steht die verbleibende
Restleistung dem effektiven Drehmoment an der Welle zur Verfügung.


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Zu dem Bild rechts:

Elektromoto Glossar Blog Drehmoment mit einem Getriebe wird das Drehmoment größer,

hier sind es sogar 2 Getriebe, der E Motor 6 polig, das kleine Stirnradgetriebe

dazwischen und am Ende das Schneckengetriebe, eine Antriebseinheit

mit hohem Drehmoment und einer sehr niedrigere Drehzahl.

Bild füge ich ein.

Elektromotor-Glossar-Blog Drehmoment

Drehmoment (vergleiche auch Anzugsmoment hier…) ist die Kraft an der E-Motor-Welle, die aus den Magnetfeldern im Inneren heraus kommt. Die Magnetfelder ziehen sich an und schubsen sich ab, aus diesen Teilbewegungen setzt sich die immer schneller werdende Rotorbewegung zusammen, bei der „rund“ läuft. Die Magnetfelder sind also für die Kraft an der Welle erforderlich, und diese wiederum von der Spannungshöhe und wesentlicher von der Stromstärke (die ergeben zusammen die elektrische Leistung).

Hier wird gerne Leistung (kW) mit der Kraft Drehmoment gleichgesetzt, was insofern nicht stimmt, weil die Drehzahl einen erheblichen Einfluss noch darauf nimmt. Das Drehmoment wird nämlich so berechnet:

kW * 9800 : U/min = Nm

kW = Leistung elektrisch

9800 = Konstante

U/min =Drehzahl

Nm = Newtonmeter / Kraft

Der kurze Ausflug in Physik und Mathematik genügt hier, nur um den Zusammenhang zu verdeutlichen, dass Leistung eben nicht die Kraft vom E-Motor ist, eventuell noch eine „Eselsbrücke“ dazu. Ein E-Motor hat eine Leistung … kW, bei einer Drehzahl von ca. 1.500 U/min, das sind … Nm, die gleiche Leistung in kW, aber bei 3.000 U/min, da hat er nur halb so viel Kraft.

Haben Sie bei einer Bohrmaschine schon den Keilriemen umgelegt von langsam auf schnell?? Bei langsam können Sie mit der Hand das Futter nicht festhalten, bei schnellerem Drehen schon… Die Kraft, das Drehmoment, ist geringer geworden. Bei der Drehzahlveränderung von einem Frequenzumrichter ist es anders – nicht verwechseln, mehr dazu hier …

Es ist natürlich richtig, dass Strom und Spannung als elektrische Leistung das Drehmoment, die eigentliche Motorkraft, bestimmen, allerdings, mitbestimmen – nicht alleine, siehe das vorangegangene Beispiel vom Drehzahleinfluss.

Bleibt noch zu sagen, bzw. zu schreiben, dass die Leistung kW für das Drehmoment, nicht die Leistung aus dem Stromnetz ist, diese ist nochmal höher, die Differenz sind die „kW“, die der E-Motor an Verlusten hat. Wärmeverlust, Reibungsverlust, elektrischer Verlust (cos Phi z. B.), dann erst der Rest steht dem Drehmoment zur Verfügung.

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