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Drehmoment, Leistung und Drehzahl: Zusammenhänge verstehen

Das Drehmoment beschreibt die Drehwirkung, die Drehzahl die Rotationsgeschwindigkeit und die Leistung verbindet beide Größen. Ein hohes Drehmoment bedeutet nicht automatisch, dass ein Motor leistungsstärker ist.

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Kleine ÜbersetzungGroße ÜbersetzungKettenblattRadRaddrehzahl ↓Raddrehmoment ↑KettenblattRadRaddrehzahl ↑Raddrehmoment ↓Bei vergleichbarer Leistung bedeutet mehr Drehmoment eine geringere Drehzahl.
Das Übersetzungsverhältnis tauscht Drehzahl gegen Drehmoment; es erzeugt keine Leistung.

Drei unterschiedliche Größen

Das Drehmoment T in N·m beschreibt die Fähigkeit einer Kraft, eine Welle zu drehen. Die Drehzahl n in U/min gibt die Umdrehungen je Minute an. Die Leistung P in W oder kW beschreibt, wie schnell mechanische Energie übertragen wird.

Zwei Motoren gleicher Leistung können daher sehr unterschiedliche Drehmomente liefern, wenn sie mit unterschiedlichen Drehzahlen laufen.

Der grundlegende Zusammenhang

P = T · ω = 2π · T · n / 60

Die Formel P = T·ω verwendet die Winkelgeschwindigkeit ω in rad/s. Gibt das Typenschild n in U/min an, wird zunächst ω = 2πn/60 berechnet und anschließend mit dem Drehmoment multipliziert.

Eine schnelle Plausibilitätsprüfung lautet T(N·m) ≈ 9550 × P(kW) / n(U/min).

Was ein Getriebe tatsächlich bewirkt

Ein Untersetzungsgetriebe verringert die Abtriebsdrehzahl und erhöht das theoretische Drehmoment ungefähr entsprechend dem Übersetzungsverhältnis. Es erzeugt keine Energie: Wegen der Verluste ist die Abtriebsleistung kleiner als die Antriebsleistung.

Das kinematische Übersetzungsverhältnis, das die Drehzahlen verbindet, muss daher vom mechanischen Wirkungsgrad getrennt betrachtet werden.

Häufige Fehler

Die häufigsten Fehler entstehen durch eine falsche Umrechnung oder durch Vergleiche bei unterschiedlichen Drehzahlen.

  • U/min direkt in P = T·ω einsetzen.
  • Drehmomente vergleichen, ohne die zugehörigen Drehzahlen zu berücksichtigen.
  • Nennleistung und tatsächlich übertragene Leistung verwechseln.
  • Den Wirkungsgrad von Motor, Getriebe oder Riemen nicht berücksichtigen.

Zahlenbeispiel

Durchgerechnetes Beispiel: Drehmoment eines Motors bestimmen

Ein Motor liefert 15 kW bei 1 500 U/min. Gesucht ist das an seiner Welle vor dem Getriebe verfügbare Drehmoment.

  1. Leistung umrechnen: P = 15 000 W.
  2. Drehzahl umrechnen: ω = 2π × 1 500 / 60 = 157,08 rad/s.
  3. T = P/ω = 15 000 / 157,08 anwenden.
  4. Die Anzahl der Stellen an die Genauigkeit der Eingangsdaten anpassen.

Ergebnis: Das Drehmoment beträgt ungefähr 95,5 N·m. Mit einem Getriebe 5:1 und einem Wirkungsgrad von 90 % läge das korrigierte Abtriebsdrehmoment bei etwa 430 N·m.

Methode nach dem OpenStax-Kapitel über Arbeit und Leistung bei Rotationsbewegungen. Genaue Quelle öffnen ↗

Zur Prüfung und Vertiefung

Direkte Quellen

Jeder Link führt zur konkret verwendeten Kurs-, Norm- oder Veröffentlichungsseite und nicht nur zu einer allgemeinen Startseite.

  1. Arbeit und Leistung bei RotationsbewegungenOpenStax — University Physics, Band 1Frei zugängliches Lehrbuchkapitel über Arbeit, Drehmoment und Rotationsleistung.
  2. Mechanik und Werkstoffe IMIT OpenCourseWareUniversitätskurs über angewandte Mechanik und Festigkeitslehre.
  3. Das Internationale Einheitensystem, 9. AuflageInternationales Büro für Maß und Gewicht (BIPM)Offizielle Referenz für kohärente Einheiten, Symbole und Umrechnungen.
  4. NIST Special Publication 811 — Leitfaden zum SINational Institute of Standards and TechnologyPraktische Regeln zur korrekten Schreibweise und Umrechnung physikalischer Größen.

Leistungsübertragung

Zusammenhänge zwischen Drehmoment, Leistung, Drehzahl und Übersetzung

Eine Übersetzung tauscht Drehzahl gegen Drehmoment, ohne Leistung zu erzeugen. Der Wirkungsgrad verringert das tatsächlich verfügbare Drehmoment.

Drehmoment aus P und n

Mit P in kW und n in U/min wird das Ergebnis in N·m erhalten.

T = 9 549,3 · P / n

Übersetzungsverhältnis

Zahnräder: Z₂/Z₁. Riemenscheiben: D₂/D₁ ohne Schlupf.

n₂ = n₁ / i

Abtriebsdrehmoment

Wenden Sie zunächst das Übersetzungsverhältnis und anschließend den Wirkungsgrad an.

T₂ = T₁ · i · η